短距视频信号无线通信网络G题.docx
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短距视频信号无线通信网络G题
2015年全国大学生电子设计竞赛
短距视频信号无线通信网络（G题）
2015年8月12日
摘要
本作品以MSP430G2553为主控芯片，通过无线收发模块,将B节点与C节点由AV摄像头采集的视频信号传送到A节点。
通过MSP430G2553单片机采集开关信号,完成对B、C节点视频显示的选择。
再由同步视频分离芯片LM18811n、字符叠加芯片UPD6453gt、高速运放芯片OPA836及其外围电路，在B、C节点发射的视频信号上，完成对应字符“B”、“C”图案的叠加,及B节点完成对C节点与A节点的中继通信。
C节点在作为中继转发B节点视频信号至A节点的同时，仍能传输自己的视频信号,且满足节点B和C的输出功率小于150mW,图像质量无失真等要求。
关键词：
MSP430视频无线通信视频字符添加
Abstract
Throughthewirelesstransceivermodule,thissystemusesMSP430G2553singlechipmicrocomputerasthemaincontrolchip.ThevideosignalofBandCnodes,whichiscapturedbyAVcamera,istransmittedtoAnodes.Bycapturingswitchingsignal,theMSP430G2553microcomputeraccomplishesthedisplayingchosenofthenodeBorC.ThenbySynchronousvideoseparationchipLM18811n,charactersuperpositionchipUPD6453gt,high-speedop-ampchipsOPA836andtheirperipheralcircuits,weaddthecharacterdesign'B'or'C'atthevideosignaloftheBorCnode.WealsofinishrelaycommunicationfromBnodetoAnodeinCnode.ThevideosignalisstillcanbesentfromBnodetoAnodewhentheCnodeisastherelayandthepowerconsumptionislessthan150mwandthereisnodistortionoftheimage.
Keywords:
Videowirelesscommunication,Videocharactersuperimposition
目录
1系统方案1
1.1主控芯片的论证与选择1
1.2无线收发模块的论证与选择1
1.2.1发射模块1
1.2.2接收模块1
1.3视频同步分离模块的论证与选择2
1.4视频字符叠加模块的论证与选择2
1.5选择通道模块的论证与选择2
1.6运算放大模块的论证与选择2
2系统理论分析与电路设计2
2.2彩色视频信号的分析3
2.3无线收发模块的分析3
2.5同步分离信号模块的分析4
2.6字符叠加模块4
2.6.1UPD6453字符叠加芯片的字符生产实现4
2.6.2视频字符叠加模块5
2.7运算放大模块的分析6
2.8系统控制模块的分析6
3程序的设计7
3.1程序功能描述与设计思路7
4测试方案与测试结果7
4.1测试方案7
4.2测试条件与仪器7
4.3测试结果及分析7
4.3.1测试结果（数据）7
4.3.2测试分析与结论8
参考文献8
附录1：
电路原理图9
附录2：
源程序9
短距视频信号无线通信网络（G题）
1系统方案
本系统主要由无线收发模块、视频输入模块、同步信号分离模块、字符叠加模块、运算放大模块以及系统控制模块等组成，下面分别论证其中主要几个模块的选择。
1.1主控芯片的论证与选择
方案一：
采用FPGA作为系统的控制器
FPGA采用并行的输入输出方式，提高了系统的处理速度，适合作为大规模实时系统控制核心。
但由于本设计对数据处理的速度要求不高，同时由于芯片的引脚较多，电路板布线复杂，加大了电路设计和实际焊接的工作量。
方案二：
AT89C52控制芯片
AT89C52控制芯片是一个低电压，片内含8kbytes的可反复擦写的只读程序存储器和256bytes的随机存取数择方据存储器，器件采用的高密度、非易失性存储技术生产，但是作为一块初级的单片机，很多别的单片机内部集成的硬件模块都需要用软件来实现。
方案三：
采用MSP430系列的单片机作为主控制器
MSP430系列单片机具有最低工作功耗，在1.8V-3.6V的工作电压范围内性能高达25MIPS。
包含一个用于优化功耗的创新电源管理模块。
超低功耗低至：
0.1μARAM（保持模式）2.5μA（实时时钟模式）165μA/MIPS（工作模式）在5μs之内快速从待机模式唤醒。
综合以上三种方案，考虑到成本，功耗和后续编程等因素，选择方案三，采用MSP430系列的单片机作为主控制器。
1.2无线收发模块的论证与选择
由于题目的要求，一般的收发模块很难做到近距离视频低功耗地传输，故经综合考虑，采用2.4G50mW发射模块和2.4G接收模块。
1.2.1发射模块
采用2.4G50mW发射模块，它的供电为3.3V-5V，电流约为50mA，稳定条件下，供电可低至1.7V左右，可以有效地在短距离传输中降低功耗。
能够完成完整无压缩传输AV模拟音视频信号。
1.2.2接收模块
采用2.4G接收模块，它的工作频率为2.4GHz，工作灵敏度为-93dBm，工作电压为3.7V-5V，电流消耗为130mA。
且有2组频率8个信道可选，能够避开干扰频率。
1.3视频同步分离模块的论证与选择
DP1881是一款视频同步信号分离芯片，主要应用于ntsc，pal，SECAM制式，幅度0.5V～2V之间的视频同步信号分离。
芯片也可以用于非标准或者行频速度更快的视频信号。
标准视频信号的场脉冲输出开始于输入信号的场脉冲沿，而当输入的是非标准视频信号时，场脉冲输出在特定延迟后发生。
1.4视频字符叠加模块的论证与选择
方案一：
采用MAX7456芯片
发生器MAX7456，这一芯片集成了外同步视频驱动，信号分离器，视频切换与EEPR.OM等模块，但是由于芯片的价格较高，所以容易导致成本过高。
方案二：
采用UPD6453芯片
UPD6453作为专用字符叠加芯片，它的特点是显示编辑功能强，可以在屏幕上显示12行24列的字符，每个字符为12×18点阵，字符的大小、闪烁频率可以根据需要进行调整，同时为了达到显示的多样性，屏幕的背景色、字符的边缘色以及字符本身的颜色也可以进行修改。
综合考虑以上方案，考虑到成本和功耗的原因，选择方案二，采用UPD6453芯片。
1.5选择通道模块的论证与选择
74HC4052是一块带有公共使能输入控制位的2路四选一模拟开关电路。
每一个多路选择开关都有四个独立的输入/输出（
到
）、一个公共的输入/输出端（Z）和选择输入端（A）。
公共使能输入控制位包括两个选择输入端A0、A1和一个低有效的使能输入端E。
1.6运算放大模块的论证与选择
方案一：
LM324运放
LM324芯片带有真差动输入的四运算放大器，具有真正的差分输入。
与单电源应用场合的标准运算放大器相比，它们有一些显著优点。
该放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的电源下，静态电流为MC1741的静态电流的五分之一。
共模输入范围包括负电源，因而消除了在许多应用场合中采用外部偏置元件的必要性。
但对于本次竞赛题目来说，功耗过大，也不适用于高频电子线路，不宜选择。
方案二：
OPA836运放
OPA386芯片是单通道和双通道超低功耗、轨到轨输出、负电源输入、电压反馈运算放大器，专为在2.5V至5.5V的单电源范围和±1,。
25至±2.75的双电源范围内的运行而设计。
每个通道的电流消耗仅为1mA，并具有250MHz的单位增益带宽，对于功耗十分重要的电池供电型便携式应用而言，OPA386的低功耗及高频性能提供了其他器件无法获得的性能与功耗比。
2系统理论分析与电路设计
2.1系统总体框图
本系统将AV摄像头通过AV电缆与B（或C）节点相连，由无线收发模块将视频信号传送给A节点处的无线收发模块，通过DA转换电路输入B（或C）节点的信号。
该进行转换后的视频信号一路通过视频同步分离模块分离出场信号与行信号，与字符叠加模块相连接，以达到场同步与行同步的目的；另一路直接与高速模拟开关相连，作为基本的视频信号。
然后，通过MSP430G2553与字符叠加模块进行通信，控制字符叠加模块输出“B”（或“C”）图案字符视频信号，与高速模拟开关相连接。
由高速模拟开关将基本的视频模拟信号与字符视频信号相叠加，输出叠加后的视频图像。
对于选通要求，系统再添加了一个按键模块，由MSP430G2553采集按键信号，来决定输出B节点视频信号或是C节点视频信号。
2.2彩色视频信号的分析
彩色视频信号与黑白视频信号相比，行、场同步信号，消隐信号和均衡脉冲是一致的；不同的是黑白视频中像素仅表示亮度，而色彩视频洗好中像素不仅包括亮度，还包括色度，需要对R、G、B三基色进行调制。
2.3无线收发模块的分析
接收模块有8个接收频道，分别为CH1=2414MHz、CH2=2432MHz、CH3=2450MHz、CH4=2468MHz、CH5=2390MHz、CH6=2490MHz、CH7=2370MHz、CH8=2510MHz。
且当发送模块的发送频率为以上其中一个时，即可以进行无线传输。
2.4视频输入模块
在本系统中视频输入通过无线收发模块进入，准备进行下步的同步分离模块，
为视频输入端，电路图下：
图1视频输入电路
2.5同步分离信号模块的分析
视频同步分离模块的作用是完成行、场同步信号分离。
把需要叠加字符的视频信号先分离出行、场同步信号再送往芯片以保证现实的字符和视频信号同步。
对于行、场同步信号的提取，有许多专用的集成电路。
目前，常用的可实现行、场同步信号分离的芯片是LM1881。
如图2，就是使用LM1881的同步信号分离电路原理图。
图2，视频输入
（引脚2）是由视频输出模块输出的视频信号。
这样通过此电路就可以得到复合同步信号CS（引脚1）、场同步信号VS（引脚3）以及奇偶场输出的同步信号。
图2使用LM188ln的视频同步分离电路
2.6字符叠加模块
2.6.1UPD6453字符叠加芯片的字符生产实现
UPD6453通过20、19引脚接受外部视频的行、场同步信号以保证其输出叠加字符信号与视频信号严格同步。
同时也有2、3、4引脚接收单片机的指令，输出要加的字符点叠阵，其接法如下图：
图3UPD6453外接电路图
2.6.2视频字符叠加模块
外部要叠加符的视频信号和UPD6453生成的字符信号一起输入74HC4052，控制端输入一定频率（50Hz左右）的脉冲切换信号（如UPD6453的
端口输出的信号）。
这样视频图像和字符将在给定频率下交替输出到终端。
根据人眼惰性，选择一定频率就不会感到闪烁，也就达到了叠加的需要,以便于发射信号直接发射进行无线传输。
74HC4052的管脚连接如图4。
图中视频信号由B、C节点AV摄像机提供，经视频处理后输入；字符信号和切换信号由字符叠加器输入；其输出将送到视频输出模块，经处理后输出。
图474HC4052连接图
2.7运算放大模块的分析
由于电路中所用到的运算放大电路很多，由于OPA836运放电路的低功耗及高频性能为我们提供了其他器件所无法获得的性能与功耗比。
OPA836芯片的输入电压为5V，根据以下公式一、二：
（一）
（二）
其具体电路图为：
图5OPA836运放电路
2.8系统控制模块的分析
本系统采用的是MSP430G2553作为CPU进行控制。
它主要完成的以下方面的控制：
•与字符叠加模块UPD6453进行SPI通信，控制字符叠加模块输出字符视频信号“B”图案或“C”图案。
•接收来自按键的信号，以控制显示B节点视频叠加信号或C节点视频叠加信号。
•对无线收发模块进行控制，以完成B节点与C节点视频信号的收取。
图6MSP430G2553电路图
3程序的设计
程序功能描述根据题目要求软件部分主要实现在视频信号上叠加相应的字符图案。
（1）MSP430G2553与UPD6453的通信：
采用SPI同步串行设置，根据时序图完成相应的通信要求。
（2）对UPD6453完成初始化配置：
根据UPD6453数据手册写控制命令，完成所要求的字符背景、颜色、位置等控制。
（3）字符显示部分：
根据数据手册，通过对UPD6453写数据，完成字符显示部分。
4测试方案与测试结果
4.1测试方案
1、硬件测试
通过万用表加电压测试
2、软件仿真测试
3、硬件软件联调
4.2测试条件与仪器
测试条件：
检查多次，仿真电路和硬件电路必须与系统原理图完全相同，并且检查无误，硬件电路保证无虚焊。
测试仪器：
高精度的数字毫伏表，模拟示波器，数字示波器，数字万用表，指针式万用表。
4.3测试结果及分析
4.3.1测试结果（数据）
2V档信号测试结果好下表所示：
（单位/V）
信号值
0.2050
0.2100
0.2045
0.4026
1.007
1.542
1.669
1.999
显示
0.2051
0.2100
0.2044
0.4026
1.006
1.542
1.669
1.999
4.3.2测试分析与结论
根据上述测试数据，XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX，由此可以得出以下结论：
1、
2、
3、
综上所述，本设计达到设计要求。
参考文献
[1]刘小兵.视频字符叠加与短距离红外无线传输技术研究.南京理工大学2004级硕士论文
[2]赵坚勇.简易字符叠加器设计.电视技术.1999年08期
[3]袁庆丹，张自英.单片机视频字符叠加器的研究与设计[J].甘肃科学学报.2004年01期
[4]叶丽娜，刘申友.字符叠加芯片UPD6453/6465.国外电子元器件.2002年8月
附录1：
电路原理图
1电源模块电路图
2稳压模块电路图
附录2：
源程序
升级会员 