基于STM32的多种格式视频信号源控制系统_孙海洲.pdf

第 卷 第期青 岛 大 学 学 报（工 程 技 术 版）年 月 （）文章编号：（）；：基于 的多种格式视频信号源控制系统孙海洲，祝月文，王哲，王素珍（青岛大学电子信息学院，青岛 ）摘要：结合工厂实际生产测试需求，本文基于 芯片，实现了多种格式视频信号源的输出控制系统。该系统使用 编程开发平台，在 芯片上通过设计 多级菜单显示和控制指令接口等功能模块，实现了多种格式视频信号源的输出控制，并联合按键和多级控制菜单显示功能，实时控制下游视频信号源的输出，实现了可视化操作，方便自动控制测试。同时，使用 通信和多管脚并行发码，保证了控制指令准确性和可靠性。测试结果表明，该系统操作简单有效，控制发码准确，系统稳定可靠，验证了整体算法的正确性和有效性。该研究在控制多种格式视频信号源方面具有一定的应用价值。关键词：控制系统；视频信号源；多级菜单中图分类号：文献标识码：收稿日期：；修回日期：基金项目：山东省自然科学基金资助项目（）；山东校企联合基金资助项目（）。作者简介：孙海洲（），男，硕士研究生，主要研究方向为视频传输技术和 应用技术。通信作者：王素珍（），女，博士，教授，主要研究方向为视频传输技术与 应用技术研究。：对于市场对 超高清电视和 高清电视日益增长的需求，电视机生产厂家需要同时检验多种格式的视频信号源，满足人工快速测试或机械自动化测试要求。宫海波等人 已在视频信号源领域做了前瞻性研究，实现了可产生模拟信号等视频信号的多功能视频信号源。经过长时间实验研究，本团队也自主研发了基于 芯片的多种格式视频信号发生器 。视频信号源需匹配一种高效的控制系统，对多路信号的电视机主板进行测试。芯片具有成本较低、集成度高、处理速度快、可复用的 管脚资源丰富、程序编译下载快捷等特点，广泛应用于控制系统等方面。毕家钦等人 在工业控制领域应用 芯片，实现了工业智能控制；唐正兵等人 将 芯片应用于数控运动控制和步进电机控制，实现了实时控制；杨卫东等人 将 芯片应用于库房远程控制、温室智能控制和智能家居控制方面，展示了 在远程控制方面的巨大优势；郭文婷 基于 芯片，实现了一种嵌入式系统液晶显示菜单结构，实现了多级菜单控制。芯片工作时钟频率为 ，内置 的 闪存和 的 ，具有 个 管脚，可连接多种外部设备。基于此，本文结合实际应用场景，基于 芯片，实现多种格式视频信号源控制系统。系统使用按键和多级控制菜单，实时控制下游视频信号源输出多种格式的彩条测试信号，实现了控制系统可视化操作，方便自动控制测试。同时，使用组控制指令接口，与下游视频信号源进行 通信和多管脚并行发码，保证了控制指令准确性和可靠性，实现了多种格式视频信号源。该研究为检验多种格式视频信号源提供了理论参考。系统整体方案设计本文设计的控制系统采用块基于 芯片的上位机，控制下游块基于 的视频信号源的信号输出状态，最多可同时测试块 超高清电视机主板、块 高清电视机主板和块模拟电视机主板的性能，控制系统工作原理如图所示。用户通过按键和基于 屏显示的多级控制菜单操作青 岛 大 学 学 报（工 程 技 术 版）第 卷控制系统，同时控制下游基于 的视频信号源、，并行输出多种独立的彩条测试信号，对多块电视机主板进行测试。视频信号源、为本团队自主研发的基于 系 芯片的多种格式视频信号发生器，基于枚 芯片，同时生成模拟视频信号、和 的并行数字视频信号。模拟部分通过 转换的 芯片，生成路独立的不同分辨率的模拟彩条测试信号，经 接口、分量接口和接口输出；数字视频信号（格式）经过 芯片（需 配置）转换为串行的 接口信号，生成路独立的不同分辨率的彩条测试信号，经 、和 接口输出；超高清数字视频信号（格式）经过 芯片（需 配置）转换为串行 信号，生成路独立的不同分辨率超高清的彩条测试信号，经 和 接口输出。图控制系统工作原理该视频信号源系统可满足市场上主流的 高清电视机主板和 超高清电视机主板的测试，且兼容模拟电视机主板的测试。控制系统通过控制指令接口使用 通信配置视频信号源的 芯片和 芯片，向下游 发送并行控制码控制视频信号源，产生路彩条测试信号，同时对块模拟电视机主板、块 高清电视机主板和块超高清 电视机主板进行测试，对应的彩条测试结果显示在电视机主板连接的显示器上。受控的视频信号源与的结构和功能完全相同。控制系统面板结构控制系统面板分为正面及背面部分，各功能模块通过 电路板内部线路与 主控芯片管脚相连，控制系统面板结构示意图如图所示。显示屏正面可显示多级控制菜单，用户通过“”、“”、“”、“”和“”等按键，选择信号源的不同格式视频信号输出；“”、“”、“”分别为系统复位及信号源及的复位按键。背面由供电模块、芯片、程序下载口和控制指令接口、组成。芯片为主控芯片，完成主控程序执行和数据处理；程序下载口可下载更新控制系统软件程序；控制指令接口、通过排线与下游视频信号源、连接，使用 通信配置下游视频信号源的 芯片和 芯片，向 芯片发送并行控制码，控制下游块视频信号源，输出相应格式的视频信号。第期孙海洲，等：基于 的多种格式视频信号源控制系统图控制系统面板结构示意图图控制系统整体算法流程 控制系统算法控制系统按照功能分为多级菜单显示和指令输出控制部分，控制系统整体算法流程如图所示。上电后，控制系统首先将各项基础功能模块初始化，如 口、屏化、按键、外部中断和 通信等。然后，控制系统轮巡检测下游视频信号源的 热插拔信号（来自 芯片和 芯片的 管脚），信号拉高代表下游 视频 信 号 源 的 口有待测试电视机主板接入。当检测到 信号拉高时，控制系统使用 通信读写下游视频信号源的 芯片和 芯片的相关寄存器，完成对芯片功能的配置，使其能够输出高清和超高清的 接口信号，而控制系统将显示多级控制菜单，由按键控制选择。当控制系 统 检测 到 按 下“”、“”、“”、“”、“”键时，系统的多级菜单显示将产生相应变化，用户可选择多级菜单的选项，执行不同功能，如向 发送并行控制码等。当控制系统检测到按下“”、“”键时，控制系统将重新轮巡检测下游视频信号源的 信 号，完 成 对 下 游 视 频 信 号 源 和 芯片的配置，并向下游 发送并行控制码，命令下游视频信号源恢复初始输出状态。当控制系统检测到按下“”键时，完成系统复位操作。下游基于 的视频信号源、，接收到上游控制系统发送的并行控制码后，将向待测试电视机主板传输对应的彩条测试信号，测试结果将在电视机主板连接的显示屏上显示。多级菜单显示控制系统配置了一块 寸 分辨率的 显示屏，用于显示多级控制菜单，方便用户实时查看和选择下游受控视频信号源、的信号输出状态。控制系统配置了枚按键，用户可使用按键操作多级控制菜单，完成控制发码和系统复位等操作。显示屏的四级多级控制菜单选择输出控制信号，多级菜单结构如图所示。第一级菜单为主菜单，包含的个选项为“”（在断电前存储当前青 岛 大 学 学 报（工 程 技 术 版）第 卷下游两路视频信号源的信号输出状态，以实现断电保护）、“”（读取断电保护存储的数据，向下游视频信号源发送并行控制码，恢复视频信号源在断电前的信号输出状态）、“通道”（控制下游基于 的视频信号源的信号输出状态）、“通道”（控制下游基于 的视频信号源的信号输出状态，通道和通道的信号可同时独立输出）。在第一级主菜单选择“通道”（或“通道”），进入第二级菜单（通道、的第二、三、四级菜单结构相同，下文只介绍通道的菜单结构），在第二级菜单选择“模拟视频信号”或“高清视频信号”或“超高清视频信号”后将进入第三级菜单，选择下游视频信号源的、等接口，然后进入第四级菜单，选择各种分辨率的彩条测试视频信号输出。其中，包括“”、“”、“”和“”接口的第四级菜单，结构相同，皆可选择输出“”、“”、“”和“”种彩条测试信号；“”和“”接口的第四级菜单结构相同，皆可选择输出“”、“”种彩条测试信号。当在第四级菜单中选择某种分辨率的彩条测试视频信号输出后，控制系统将向下游 发送并行控制码，控制视频信号源输出对应的彩条测试信号。图多级菜单结构多级菜单显示算法流程如图所示。以绘制多级菜单某一级菜单显示界面为例，具体算法流程如下：）建立一个存储当前级菜单参数的结构体，主要参数包括菜单的功能项数量、菜单的标题、各功能项名称、各功能项类型（设置个常量 和 ，代表功能项有下级子菜单，代表功能项无子菜单有关联的可执行功能函数）、指向各功能项关联的子菜单结构体，或各功能项关联的可执行功能函数的指针和指向当前级菜单上一级菜单的结构体的指针（若无上一级子菜单，指针指向 ）。）获取当前级菜单结构体中存储的功能项数量、标题及名称信息，并在 屏上显示。）设置一个功能项，选择光标计数变量并归零，使 屏上显示功能项选择光标，并指向当前级菜单的第一个功能项。）获取当前级菜单结构体中各功能项的类型，判断并获取指向下一级子菜单结构体或其关联的可执行功能函数的指针，然后获取指向当前级菜单上一级菜单结构体的指针，以备返回上一级菜单。）持续检测按键中断。当检测到按下“”键时，判断当前光标所指向的功能项是否有下级子菜单，若有，则利用其指向下一级菜单结构体的指针，绘制下一级菜单的显示界面，否则，执行指针指向可执行功能函数。第期孙海洲，等：基于 的多种格式视频信号源控制系统图多级菜单显示算法流程当检测到按下“”键时，判断当前级菜单是否有上级子菜单，若有，则利用其指向上一级菜单结构体的指针，绘制上一级菜单的显示界面，否则在 屏上显示字符“已到达第一级菜单（主菜单）”；当检测到按下“”键时，判断当前功能项，选择光标计数是否为（即功能项选择光标是否已到达当前级菜单的第一个功能项），若为，则将功能项选择光标计数的值变为当前级菜单结构体中的功能项数量减，使 屏上青 岛 大 学 学 报（工 程 技 术 版）第 卷的功能项选择光标到达当前级菜单的最后一个功能项，否则将当前功能项选择光标计数减，使光标到达当前选择光标所在功能项的上一个功能项；当检测到按下“”键时，判断当前功能项选择光标计数是否等于当前级菜单结构体中的功能项数量减（即功能项选择光标是否已到达当前级菜单的最后一个功能项），若等于则将功能项选择光标计数的值归，使光标到达当前级菜单的第一个功能项，否则将当前功能项选择光标计数值加，使光标到达当前选择光标所在功能项的下一个功能项；当检测到按下“”键时，则在 屏上绘制“当前输出状态”界面，然后持续检测按键中断，判断是否按下“”键，若按下，则绘制第一级菜单（主菜单）显示界面，否则将停留在“当前输出状态”界面。指令输出控制控制系统配置了、组控制指令接口，使用 通信配置下游视频信号源的 芯片和 芯片，并向 芯片发送并行控制码，控制下游视频信号源、。控制指令接口控制指令接口结构如图所示。控制系统的 芯片通过、组控制指令接口与下游视频信号源、连接，实现控制操作。组控制指令接口各由一个双排 列插针连接器（）组成，将 芯片的 管脚与下游视频信号源的 芯片、芯片和 芯片连接，控制指令接口包括个模拟（）信号控制管脚、个 信号控制管脚、个 信号控制管脚、个配置 芯片的 通信管脚（检测下游热插拔信号，和 管脚模拟 通信协议的 和 总线）、个配置 芯片的 通信管脚、个共地管脚（将控制系统与下游视频信号源共地）和个悬空管脚。芯片自身的硬件 较不稳定，为降低误码率，控制系统使用 管脚模拟 通信协议 和 总线的时序，采用模拟 的方式进行 通信。由于下游视频信号源的 芯片处理并行数据，控制指令接口采用多管脚并行发码，进一步减少控制过程的误码率。图控制指令接口结构并行控制码控制系统采用多管脚并行发码方式，发送并行控制码每组控制指令接口的个模拟信号，控制管脚的高低电平状态，将生成位二进制模拟并行控制码（前位为选择输出接口的控制码位，后位为选择分辨率的控制码位），与下游视频信号源的 芯片进行通信，决定下游视频信号源模拟视频信号的输出状态，控制模拟视频信号输出的位并行控制码如表所示。个 信号控制管脚，生成位二进制 并行控制码（前位为选择输出接口的控制码位，后位为选择分辨率的控制码位），决定下游视频信号源 高清视频信号的输出