1 引言
以多媒體和國際互聯(lián)網(wǎng)為代表的信息技術(shù)正在以驚人的速度改變著人類生存方式。同時(shí)，對(duì)傳統(tǒng)的教育模式也帶來了很大的沖擊。信息技術(shù)使教育傳播媒體已不再僅限于書本中的單一文字，還有融文字、聲音、圖形、動(dòng)畫、影像為一體的電子教科書、多媒體軟件以及網(wǎng)上傳輸?shù)挠耙暪?jié)目、衛(wèi)星節(jié)目和虛擬現(xiàn)實(shí)的學(xué)習(xí)環(huán)境等等。多媒體綜合教室是將計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用到教學(xué)領(lǐng)域形成的，將圖像、聲音、文字、動(dòng)畫等媒體融合起來，為學(xué)生提供豐富生動(dòng)教學(xué)素材，達(dá)到寓教于樂效果的新型教室。
隨著＂后PC時(shí)代"的概念提出，嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)不再局限于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線控制領(lǐng)域，而以其特有的優(yōu)勢(shì)被廣泛的應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域。而我們所開發(fā)的系統(tǒng)也正是以單片機(jī)為核心的多媒體綜合控制系統(tǒng)
2 多媒體綜合控制系統(tǒng)的原理與關(guān)鍵技術(shù)
多媒體綜合控制系統(tǒng)要將錄像機(jī)、影碟機(jī)、多媒體計(jì)算機(jī)、實(shí)物展示臺(tái)、投影機(jī)等先進(jìn)的視聽設(shè)備以及其它環(huán)境設(shè)備有機(jī)地連接起來，由教師根據(jù)教學(xué)需要來有選擇的播放多媒體課件和調(diào)節(jié)環(huán)境。
系統(tǒng)要對(duì)多中播放媒體進(jìn)行選擇播放并控制播放設(shè)備。如圖 1所示，MPU（主處理器）部分學(xué)習(xí)、記憶設(shè)備的遙控碼，并回控設(shè)備；對(duì)計(jì)算機(jī)VGA增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)，分路輸出；對(duì)錄像機(jī)、影碟機(jī)等模擬視音頻按鍵盤掃描有選擇的切換；對(duì)電動(dòng)窗簾、屏幕、燈光等的控制。
系統(tǒng)選用了內(nèi)部自帶Flash Memory 的高性能微處理器--Motorola MC68HC08GP32作為中央控制器，由它實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，進(jìn)行容錯(cuò)處理，實(shí)現(xiàn)紅外信號(hào)讀取、判別和存儲(chǔ)以及輸出紅外遙控信號(hào)，完成視、音頻矩陣開關(guān)切換控制。
圖 1 多媒體綜合控制系統(tǒng)原理圖
紅外遙控發(fā)射與接收是本系統(tǒng)的核心。紅外遙控發(fā)射器是一種脈沖編碼調(diào)制器，它在發(fā)射遙控指令時(shí)把二進(jìn)制數(shù)調(diào)制成一系列的脈沖串信號(hào)（載波信號(hào)）后發(fā)射出去，常用的調(diào)制方法有脈沖寬度調(diào)制（PWM）和脈沖位置調(diào)制（PPM）兩種．紅外遙控信號(hào)處理過程如圖2所示，信號(hào)經(jīng)遙控發(fā)射器發(fā)送，由遙控受光前置放大器接收，解調(diào)（解碼）、放大后為脈沖輸出，最后送入微處理器進(jìn)行譯碼、存碼，并回控設(shè)備。
圖 2 紅外遙控接受發(fā)射基本原理
圖 3 CX20106A原理圖
目前，各國電器生產(chǎn)廠家對(duì)遙控脈沖編碼及碼流還沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。其中最為常用的是PWM碼(脈沖寬度調(diào)制碼)和PPM碼(脈沖位置調(diào)制碼)。前者以寬脈沖表示1，窄脈沖表示0。后者脈沖寬度一樣，但是碼位的寬度不一樣，碼位寬的代表1，碼位窄的代表0。大多數(shù)都采用圖中所示的方法表示"0"和"1"。其中 tw一定，tp0≠tp1。如圖 4所示。
圖 5 遙控碼碼流結(jié)構(gòu)分析
圖 6 單片機(jī)接收到的碼流
2.3 視音頻矩陣切換
從圖1可以看出，要實(shí)現(xiàn)對(duì)不同的信號(hào)輸入源的選擇播放，就需要視/音頻矩陣切換電路來完成對(duì)多路輸入信號(hào)的選擇播放。MT8816是8＊16模擬開關(guān)矩陣。它由7～128線地址譯碼器、128位控制數(shù)據(jù)鎖存器和8*16模擬開關(guān)陣列組成。它的電路原理如圖7所示，圖中用PA0~PA6 作為MT8816的行地址和列地址控制線，PB0～PB3分別作為選通脈沖ST、數(shù)據(jù)輸入DI、片選信號(hào)CS的復(fù)位信號(hào)RESET。ROWo～ROW15 作為輸入，COLo～COL7作為輸出。即16路輸入，8路輸出。
圖7 視頻矩陣切換原理圖
2.4 VGA矩陣切換
VGA標(biāo)準(zhǔn)同以往的CGA、EGA等標(biāo)準(zhǔn)都不一樣，它采用數(shù)模轉(zhuǎn)換技術(shù)，輸出模擬視頻信號(hào)，因此同TTL數(shù)字信號(hào)比，其彩幀顯示能力大大增強(qiáng)，原則上可顯示無窮多的顏色，是后來所有顯示技術(shù)的發(fā)展基礎(chǔ)。VGA標(biāo)準(zhǔn)采用15針頭D型插頭。VGA有紅、綠、藍(lán)三種基色和行、場(chǎng)兩個(gè)同步信號(hào)。它的最高分辨率為 640*480，行頻為31HZ，場(chǎng)頻為60HZ或70HZ。它可以兼容CGA、EGA顯示標(biāo)準(zhǔn)。為了兼容CGA卡的200線的顯示方式，采用了兩次掃描的技術(shù)，即對(duì)200線中的每一線都顯示為相鄰的兩行，兩行的內(nèi)容一樣。
MAX465是由美國MAXIM公司生產(chǎn)的模擬開關(guān)，它提供了二組（3）輸入．一組（3）輸出，也就是說有六路輸入和三路輸出。它具有2倍的電壓增益輸出，并且能在帶寬為90Mhz內(nèi)可以獲得穩(wěn)定的2倍電壓增益。
在本系統(tǒng)中，主要是對(duì)VGA的三基色和行、場(chǎng)信號(hào)進(jìn)行處理�？梢圆捎脙善琈AX465級(jí)連控制即可。
2.5 智能處理器
Motorola系列的單片機(jī)是目前世界上銷量最高的8位單片機(jī)之一。由于其價(jià)格低廉，系列品種多等諸多優(yōu)點(diǎn)，因此在家用電器、儀器儀表、移動(dòng)通信和簡易的控制系統(tǒng)等方面得到了極其廣泛的應(yīng)用。
MC68HC08GP32繼承HC05編程模式，內(nèi)有512字節(jié)RAM，32,256字節(jié)Flash Memory。片內(nèi)I/O功能較強(qiáng)，除有常見的并行I/O外，還有串行I/O、輸入捕捉、PWM（Pulse-Width Modulation）輸出和實(shí)時(shí)時(shí)鐘RTC等功能。有一個(gè)多功能的16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，具有輸入捕捉和輸出比較功能，并自帶Watchdog 監(jiān)控功能。
2.5.1外部EEPROM擴(kuò)展
系統(tǒng)在讀碼、析碼之后，需要對(duì)數(shù)據(jù)碼進(jìn)行不可遺失性存儲(chǔ)。這就需要外擴(kuò)EEPROM。鑒于對(duì)鍵盤實(shí)時(shí)掃描已占用了單片機(jī)大量的端口，因此選用24C32A 這一基于I2C的4K*8兩線串行讀/寫EEPROM，它具有較強(qiáng)的總線擴(kuò)展功能，可以擴(kuò)展到8片。如圖7所示，系統(tǒng)使用兩片EEPROM。
同時(shí)，由于設(shè)備遙控碼的長度并不一定，而且差異很大。因此，為了不浪費(fèi)存儲(chǔ)空間，對(duì)遙控碼的存儲(chǔ)采用動(dòng)態(tài)分配存儲(chǔ)空間的方式。即系統(tǒng)在每塊存儲(chǔ)器起始位置留出特定的存儲(chǔ)空間用來存放本片內(nèi)各個(gè)遙控碼的起始位置信息。
在對(duì)存儲(chǔ)器的讀寫控制中，由單片機(jī)提供時(shí)鐘信號(hào)（SCL），控制總線的讀/寫。如圖8所示，一個(gè)讀寫周期一般包括寫控制字節(jié)選擇存儲(chǔ)器、送高8位地址字節(jié)、送低8位地址字節(jié)，讀/寫數(shù)據(jù)。對(duì)存儲(chǔ)器的讀/寫要以應(yīng)答方式進(jìn)行。
