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1、大学毕业设计题目：视频矩阵切换器目 录一、 摘要、关键字.1二、 引言.2三、 硬件部分.71、 MAX4358.82、 MAX202153、 8032AH.174、 外部地址锁存器74LS373215、 27256.226、 2816A.247、 62256.278、 HD6120230四、 软件部分.35五、 结束语.37六、 参考文献.371、MAX4358随着视频监控系统的广泛应用，视频矩阵系统正发挥着越来越重要的作用。目前，视频矩阵系统正朝着大容量，多功能，可联网等方面发展。绝大多数的视频矩阵系统是采用MITEL公司的MT8816矩阵切换芯片或MAXIM公司的MAX456矩阵切换芯片
2、来实现视频切换。MT8816的容量为16 *8，而MAX456的容量为8*8。显然，用它们来设计容量不大的视频矩阵系统是比较理想的，但如果用来设计大容量视频矩阵系统，则会因为所用的矩阵切换芯片的不断增多，而导致越来越多的硬件和软件设计。如设计容量为256*32的视频矩阵系统，则需要64片MT8816或128片MAX456，要使这么多矩阵切换芯片协调一致的工作，而且串扰失真等指标又要符合要求，这无疑将对硬件及软件提出更高的要求。最近MAXIM公司推出的容量为32*16的矩阵切换芯片MAX4358简化了这些问题。如用它来设计256*32视频矩阵系统，只需16片即可。这样，无论是硬件还是软件均比用M
3、T8816或MAX456要简单得多。下面就介绍一下4358及其应用。 图5 MAX4358管脚图l MAX4358的功能特性及引脚MAX4358的输入，输出均带缓冲放大，工作电压可选择正负3V，正负5V或正5V。它既可对16个输出一起编程，也可对某个输出单独编程。输出缓冲器的增益可编程设定为AV=+1V/V或+2V/V，当某个输出端设定为禁止输出时，其对外呈现高阻态，因而多片MAX4358的输出端,可直接用导线并接。MAX4358的最小串扰为-62dB,6MHz时的隔离度为-110dB,微分增益为0.05%，微分相位为0.1度，功率消耗为195mW,工作温度范围为-40+85，它可直接驱动75
4、视频负载。当系统上电复位后，所有的输出均初始化成禁止状态，这样可以避免大容量系统中MAX4358的输出互相干扰问题。另外，该芯片还具有在屏显示（OSD）插入功能，并可在视频信号上叠加其它模拟信号（如字符信号等）。MAX4358采用TQFP144脚封装形式。表1所列是其各引脚的功能说明。l 工作原理1. 模拟输入和输出MAX4358提供有32个模拟输入，所有的输入信号在到达矩阵交叉点开关之前均经过缓冲放大，该缓冲放大器是一个输入阻抗高、输入偏置电流小的电压负反馈放大器，任意输入均可连接到16路输出的任一输出。MAX4358的输出是一个能直接驱动75终端的高速放大器，可通过串行控制字的第5位来选择
5、放大器的增益（Av=+1v/v或+2v/v）。而通过串行控制字的第6位可将输出端设定为允许或禁止状态。当输出端设为禁止状态时，对外呈现高阻态，并允许多个MAX4358级联在一起组成大容量的矩阵系统。在系统上电复位后，所有的输出均设定为禁止状态，以防止各片之间的输出互相干扰。2. OSDFILL和OSDKEY输出MAX4358有在屏显示（On-Screen Display）插入功能。能通过对OSDKEY的控制，16路OSDFILL模拟信号通过缓冲放大后可叠加到对应某一路的输出信号上，利用此功能可在视频信号上叠加字符信息。3. 数字接口MAX4358的数字接口包括以下引脚：DIN、DOUT、SCL
6、K、AOUT、UPDATE、CE、A3-A0、MODE和RESET。其中DIN为串行数据输入脚，DOUT为串行数据输出脚，SCLK为时钟输入脚，在SCLK的下降沿，DIN数据输入至内部的寄存器，而在UPDATE的下降沿，MAX4358将锁存所输入的数据并对矩阵开关进行编程，CE为片选端，为低电平有效。MODE为编程模式选择脚，高电平时，选择模式1编程模式，低电平时，选择模式0编程模式。A3-A0为芯片地址输入脚。对于模式0来说，在大容量矩阵系统中，每片MAX4358必须有一个特定地址。而在模式1中，则无需芯片地址A3-A0。RESET为复位脚，低电平有效。当该脚为低电平时所有的模拟输出缓冲都为
7、高阻态。当芯片复位完成后，输出仍然保持高阻态，并可通过输入控制命令将输出缓冲变为允许状态。4. 两种编程模式a. 模式0 当MODE引脚为低电平时，为模式0编程模式。此时，可对单个输出通道进行单独编程，编程数据包含16位。各位的含义如下：0- 4位：输入通道选择，可选择32个输入通道中的任意一个。5位：输出缓冲器增益选择。该位为0时，Av=1v/v；该位为1时Av=2v/v6位：输出使能控制，该位为0时，禁止输出；为1时，允许输出。7-10位：输出通道选择。11-14位：芯片地址，在大容量矩阵系统中，每一片MAX4358均有一个地址。15位：无关项。编程数据串行输入时，应特别注意高位在前、低位
8、在后。b. 模式1当MODE引脚为高电平时，即为模式1。此时可以一次性对16个输出通道进行编程，编程数据包含112位，每个输出通道占7位。各位的含义如下：0- 4：输出通道选择，含义同模式0。5位：输出缓冲器增益选择，含义同模式0。6位：输出使能控制，含义同模式0。数据串行输入时，第15个输出通道的数据先输入，然后是第14个输出通道，最后是第0个输出通道的数据，且高位在前，低位在后。引 脚 号 名称功能1，3，5，7，9，11，13，15，17，19，21，23，25，27，29，31，33，35，37，39，41，43，45，127，129，131，133，135，137，139，141，1
9、43IN0-IN31模拟输入2，4，6，8，10，12，14，16，18，20，22，24，26，28，30，32，34，72，73，107，108，109，126，128，130，132，134，136，138，140，142AGND模拟地38，40，42，44A3-A0芯片地址编程输入脚，在模拟0时，可将其与DGND或VDD相连以决定芯片地址36，74，78，82，86，90，94，98，102，106Vcc模拟正电源输入脚，各引脚接0.1F 电容旁路到地，其中一个引脚接10F电容旁路到地46DGND数字地47AOUT地址确认输出，芯片地址被成功确认后，该脚输出低电平48MODE串行接口模
10、式选择，该脚为低时选模式0，该脚为高时选模式149DIN串行数据输入，SCLK的下降沿串行输入数据50SCLK串行时钟输入51UPDATE刷新输入，该脚为低电平时，将模式寄存器中的数据传送给矩阵开关52RESET异步复位输入，该脚为低时复位该芯片，所有的模拟输出均被禁止53CE芯片使能输入，低电平时允许串行数据输入54DOUT串行数据输出5570OSDKEY0OSDKEY15数字控制输出入，高电平时模拟输入与输出缓冲器相连，低电平时OSDFILL输入与对应的输出缓冲器相连71VDD数字电源，接0.1F电容旁路到地75，77，79，81，83，85，87，89，91，93，95，97，99，10
11、1，103，105OUT0OUT15模拟输出，上电后，所有输出均处于禁止状态76，80，84，88，92，96，100，104，144VEE模拟负电源输入脚，各引脚接0.1F 电容旁路到地，其中一个引脚接10F电容旁路到地110，111，112，113，114，115，116，117，118，119，120，121，122，123，124，125OSDFILL0OSDFILL15OSD模拟信号输入脚 表1 MAX4358的引脚功能l MAX4358的应用MAX4358易于构建大规模的开关阵列，所需芯片取决于输入通道数和输出通道数。可参照图6构建大规模视频切换系统。由于芯片输出缓冲器可被设置成“
12、禁止”状态，“禁止”时输出为高阻态，因此，视频矩阵的输出端允许线或连接。32 MAX 16In 4358 Out32 MAX 16In 4358 OutInputs(0-31)32 MAX 16In 4358 Out32 MAX 16In 4358 OutInputs(32-63)32 MAX 16In 4358 Out32 MAX 16In 4358 OutInputs(64-95)32 MAX 16In 4358 Out32 MAX 16In 4358 OutInputs(96-127) Outputs(0-15) Outputs(16-31) 图6 128路输入，32路输出视频矩阵开关1
13、. 容性负载由图6可以看出，在实际电路中需要将许多个输出端连接在一起，每路输出阻抗不仅包括缓冲器的标准负载阻抗，还包括与相关节点连接的其他处于“禁止”状态缓冲器的输出阻抗，该阻抗包括阻性和容性元件，阻性元件降低了输出驱动电路的有效负载，对输出性能影响不大。对线或连接影响较大的是容性负载，所有处于“禁止”状态的输出电容相加，等效电容的大小与视频阵列的尺寸有关，另外，较大规模的视频阵列通常存在较长的PC板引线，这也导致容性负载的增大。为克服容性负载的影响，MAX4358系列产品的输出级采用独特的设计，使其在驱动30PF电容时仍能保持较好的交流响应特征（在20MHz频带内保持0.1dB的增益平坦度），如果视频阵列开关数量过多导致容性负载过大，使系统性能降低时，可采取以下措施改善系统性能：首先，通过添加矩阵开关器件减少输出端的连接数（图7）。另一种解决方案是在输出端串联一个小电阻（5至30）将负载与输出隔离开，该电阻使输出级能够驱动不受限制的容性负载，同时他将与寄生电容共同构成一阶RC低通滤波器，单阶RC网络对视频信号的性能没有影响，
