基于JS-6B1的視頻前端系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

摘 要：JS-6B1/111是一款全I2C控制的頻率合成多制式視頻電子調(diào)諧器，介紹了該芯片的特點、功能。并利用JS-6B1/111設(shè)計了電視信號前端處理系統(tǒng)，給出了其硬件結(jié)構(gòu)以及軟件流程。
關(guān)鍵字：高頻頭；調(diào)臺；單片機；I2C總線；電視

1 概述

       常用的電視接收機大多采用電子調(diào)諧器（高頻頭）選擇接收電視信號，高頻頭的好壞是決定收視質(zhì)量的重要因素之一，其作用是從天線感應(yīng)的電信號中選擇出欲接收頻道的高頻電視信號，并將選出的微弱的高頻電視信號進行放大，以提高接收機的靈敏度，最后變頻，將接收機的任何一個頻道的高載頻電視信號，經(jīng)過混頻級產(chǎn)生一個固定的圖像中頻電視信號和伴音第一中頻信號輸出。調(diào)諧器一般還要和中頻放大電路進行連接，將調(diào)諧器輸出的圖像和伴音信號送入到圖像中放通道中進行放大，最后通過后端的一些其他處理在各種顯示器上顯示。

       本電視信號前端處理系統(tǒng)采用的是成都旭光的多制式視頻電子調(diào)諧器，它集分立式調(diào)諧器和中放電路于一體，性能穩(wěn)定，可直接從射頻信號中解調(diào)出視頻信號和音頻信號，目前在視頻接收等方面應(yīng)用廣泛，并取得了良好的效果。

2 電視信號前端處理系統(tǒng)的硬件電路組成

       圖1給出了該電視信號前端處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。如圖中所示，該系統(tǒng)主要由圖像處理部分、LED顯示部分、存儲部分、音頻處理部分以及單片機控制等幾部分組成。

圖像處理部分由高頻調(diào)諧器JS-6B1/111組成，它把從天線接收到的PAL、NTSC制式的高頻電視信號進行處理，搜索出相應(yīng)頻道的電視節(jié)目，最后輸出復(fù)合視頻信號（CVBS）給后端的電路處理，拿液晶電視為例，此CVBS信號會輸入到數(shù)字視頻解碼器進行亮度/色度分離并在圖像處理器（scaler）中還原成RGB信號,最終進行圖像的顯示；系統(tǒng)中的E²PROM采用AT24C02,用于存儲高頻頭搜索到的電視節(jié)目；LED顯示部分，就用于顯示電視頻道的頻道號；該視頻前端處理系統(tǒng)另外一部分為音頻部分，在高頻調(diào)諧器中輸出的聲音信號會輸入到此部分電路，其中音效控制器選用杭州仕蘭公司生產(chǎn)的SC7313，音頻功率放大器選用TI公司生產(chǎn)的TPA1517。SC7313含有輸入多路選擇器可以輸入三路立體聲，可對其平衡度和響度進行每級1.25dB衰減和提升，獨立的靜音控制，具有音量、高低音控制功能。TPA1517NE是6 W的音響功率放大器，完成對SC7313輸出的信號進行功率放大，最終推動揚聲器發(fā)聲。

                     圖1 電視信號前端處理系統(tǒng)

    整個系統(tǒng)采用單片機C8051FO23進行控制。C8051F023是選用美國Silabs公司推出的一款與51單片機內(nèi)核兼容的單片機，具有高速、高性能、高集成度的特點。系統(tǒng)的程序存儲在內(nèi)部64KB的FLASH程序存儲器中。其作用是通過內(nèi)部帶有的I²C總線對系統(tǒng)中的JS-6B1/111、SC7313以及TPA1517NE的內(nèi)部寄存器進行設(shè)置，完成指定的功能，協(xié)調(diào)整個系統(tǒng)的工作。

3高頻調(diào)諧器JS-6B1/111的功能和特點簡介

       JS-6B1/111采用+5V電壓供電，全增補電視頻道，多制式接收，包括PAL B/G、I、D/K；NTSC M/N電視制式，調(diào)諧和中放一體化，全I²C控制調(diào)諧，地址譯碼，AFC狀態(tài)信息等?？芍苯咏庹{(diào)，圖像輸出峰-峰值為1V±0.2V(p-p)和音頻輸出500±150mV(rms)。

       JS-6B1/111內(nèi)部電路集成在一個全金屬長方形屏蔽罩內(nèi)，能夠有效的抵抗電磁雜波。內(nèi)部功能主要由射頻鎖相環(huán)部分（采用飛利浦的TDA6500TT）及中頻鎖相環(huán)（采用飛利浦的TDA9885TS）兩部分實現(xiàn)。JS-6B1/111的主要工作原理為：首先將天線接收的射頻電視信號輸入到三個不同頻段的濾波器中進行放大和濾波，將頻率劃分為高中低三個頻段VL、VH、VUF，并且同對應(yīng)的三個頻段的晶體振蕩器進行混頻，混頻器產(chǎn)生一個圖像中頻信號，送入到中頻放大器中進行放大。該中頻信號經(jīng)過SIF SAW(圖像中頻聲表面波濾波器)后輸入到鎖相環(huán)控制中頻解調(diào)模塊中，該模塊最后輸出復(fù)合視頻信號和聲音信號。

JS-6B1/111內(nèi)部具有I²C接口，可與微處理器進行通信。對JS-6B1/111操作主要有讀和寫兩種工作模式。頻道的選擇和頻道的切換主要是通過單片機使用I²C接口對調(diào)諧器鎖相環(huán)部分寫入進行控制實現(xiàn)的，內(nèi)部寄存器如表1所示。

表1 JS-6B1/111 I²C寫控制方式邏輯

       在表1中，A為調(diào)諧器被成功寫入一個字節(jié)后的應(yīng)答信號。地址字節(jié)中MA1,MA0用于I²C地址選擇，由高頻頭JS-6B1/111的第9腳的輸入電壓決定，地址可以有四個包括0XC0、0XC2、0XC4、0XC6，一般該引腳直接接地，對應(yīng)MA1、MA0 值為 0、0 ，I²C地址則為0XC0。另外 R/W表示讀寫位，當此位為0時表示對芯片進行寫操作，為1時表示對芯片進行讀操作；分頻比是用來設(shè)定接收的電視頻道的射頻信號頻率的，其設(shè)置使用分頻編程字節(jié)1和分頻編程字節(jié)2，如下面公式所示：

N=20×（Frf.pc(MHz)+Fif.pc(MHz)）=20×Fosc(MHz)

=8192×n13+4096×n12+2048×n11+1024×n10+512×n9+256×n8+128×n7+64×n6   + 32×n5+16×n4+8×n3+4×n2+2×n1+1×n0

其中：Frf.pc(MHz)對應(yīng)所要選擇的頻道的圖像載頻，F(xiàn)if.pc(MHz)為圖像中頻（PAL制式為38.0MHz）, Fosc(MHz)對應(yīng)頻道的本振；控制命令字1中的CP位為充電泵設(shè)置位，可以設(shè)置為0或者1，分別對應(yīng)電流60uA和280uA，同時分別對應(yīng)著中速和快速調(diào)諧；OS位為表示PLL鎖相環(huán)的工作狀態(tài)；RSA,RSB位用于設(shè)置調(diào)諧步長，調(diào)整精度為KHz；控制信息字用于選擇欲接收頻道的波段控制，包括VL、VH、UHF頻段。表中的五個控制字均以標準的I²C時序方式寫入，可以單個寄存器寫入，也可以連續(xù)寫入。

調(diào)諧器的中頻部分鎖相環(huán)寄存器的設(shè)置應(yīng)按照典型設(shè)置。以PAL D/K制式為例，如表3所示，此部分的器件寫入地址為0X85。表中的調(diào)整功能寄存器用于AGC控制，可根據(jù)各個頻道的情況通過總線隨時進行改變，以達到各個頻道的最佳設(shè)置。

                              表3 中頻鎖相環(huán)寄存器

       通過I²C總線的讀模式可將JS-6B1/111的內(nèi)部鎖定狀態(tài)讀出，相應(yīng)的信息如表4、表5所示。

表4

表5

    表4狀態(tài)信息字的讀出地址是0XC1。POR是電源標志，當POR=1時表示電源開狀態(tài)；FL為內(nèi)部鎖定標志，當FL=1表示鎖定狀態(tài)。A2～A0為AFC電壓的數(shù)字輸出。AFC(自動頻率控制)的數(shù)字信息可以通過中頻部分總線讀出。AFC電路主要用于對接收信號頻率和相位的跟蹤和鎖定。寄存器設(shè)置如表5所示。AFCWIN用于檢測VCO(壓控振蕩器)是否在±1.6MHz的AFC window內(nèi)；VIFLEV用于表示目前的圖像中頻信號的輸入電平狀況；PONR用于指示目前寄存器的狀態(tài)是剛剛復(fù)位還是處于成功讀取信息的狀態(tài)。AFC[4:1]具有16種狀態(tài)，讀取相應(yīng)的值就可以監(jiān)視到目前偏離理想圖像中頻信號的程度。

4電視信號前端處理的軟件實現(xiàn)

4.1 自動搜臺

       下面就以搜索PAL D/K制式電視信號為例給出自動搜臺的軟件設(shè)計流程。自動搜臺程序?qū)崿F(xiàn)對目前天線接收到的所有頻道進行搜索，并將搜索到的頻道的分頻系數(shù)（對應(yīng)頻道的載頻）和頻段信息按照搜索順序?qū)懭氲紼²PROM中，以便頻道切換時調(diào)出相應(yīng)的數(shù)據(jù)，寫入到相應(yīng)的寄存器中。自動搜臺的方法如圖2所示。本系統(tǒng)采用的單片機C8051F023內(nèi)部

帶有I²C總線接口，無需使用普通IO口進行模擬，系統(tǒng)上電應(yīng)對此功能進行配置。然后是

對音效控制芯片進行初始化以便搜索到相應(yīng)頻道時揚聲器發(fā)聲。

圖2 自動搜臺軟件流程

       頻道搜索采用從低頻率向高頻率搜索的方法，圖像載頻覆蓋范圍為49.75MHz到865MHz，調(diào)諧步長選擇62.5KHz，在每個圖像載頻處以每步62.5KHz微調(diào)±0.5MHz。首先從49.75MHz開始搜索，將其對應(yīng)的分頻系數(shù)寫入調(diào)諧器進行調(diào)諧，延時20ms系統(tǒng)穩(wěn)定后讀取ADC的電壓值，當微調(diào)時前后兩次讀出的電壓值不同且滿足第一次讀出的為(0.45～0.60)Vcc,第二次讀出的為(0.15～0.10)Vcc或者第一次讀出的不是(0.15～0.30)Vcc,第二次讀出的為(0.15～0.30)Vcc時，讀取調(diào)諧器的AFC[4:1]狀態(tài)字，否則繼續(xù)微調(diào)直到滿足要求。當讀取AFC值時,只有間隔7ms的兩次讀取均在±37.5KHz時，表示該頻率處有電視頻道，將其對應(yīng)的分頻系數(shù)以及頻段信息寫入E²PROM中。然后根據(jù)頻率表跳到一個頻點處重復(fù)上述過程繼續(xù)搜臺、存臺，當無臺時跳轉(zhuǎn)不存臺，一直搜到最高頻率865MHz。

4.2 頻道轉(zhuǎn)換

    頻道轉(zhuǎn)換目前采用按鍵控制，當有按鍵按下時單片機進入相應(yīng)的中斷處理程序，判斷是向下或者向上轉(zhuǎn)換，并在LED上顯示出相應(yīng)的頻道號，并將相應(yīng)頻道的分頻系數(shù)和頻段信息從E²PROM中取出送入調(diào)諧器實現(xiàn)頻道的切換。

5 創(chuàng)新觀點

       目前該電視信號前端處理系統(tǒng)用于液晶電視的驅(qū)動卡中，并已經(jīng)實現(xiàn)電視圖像清晰穩(wěn)定的顯示以及聲音的完美再現(xiàn)。在自動搜臺過程中，對漏臺現(xiàn)象進行了研究，是我們的創(chuàng)新點。針對本項目，當采用外接解碼器的同步信號進行輔助判斷，并且搜臺的調(diào)諧步長適當減小一些時，可以避免漏臺現(xiàn)象的發(fā)生。當挑選出電視頻道時，就可以將其記錄在E²PROM中完成存臺功能了。

參考文獻

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