劉根亞

（湖南廣播電視臺，湖南長沙 410000）

廣播電視時鐘同步發(fā)生器的設(shè)計與實現(xiàn)

劉根亞

（湖南廣播電視臺，湖南長沙 410000）

廣播電視節(jié)目都是經(jīng)過延時才進(jìn)行傳輸?shù)?，如果延時沒達(dá)到同步則會導(dǎo)致信號失幀、音頻和視頻信號出現(xiàn)不同步的情況，這便需要精確的時鐘同步系統(tǒng)來進(jìn)行時間控制。本文從時鐘設(shè)計原理出發(fā)，深入研究了時鐘同步發(fā)生器的設(shè)計原理，實現(xiàn)了硬件、通信和芯片電路的設(shè)計，為廣播電視技術(shù)維護人員在進(jìn)行時鐘的同步設(shè)備選型、維修和系統(tǒng)設(shè)計時提供了一定價值的參考。

同步 發(fā)生器 硬件 通信

1 背景

應(yīng)總局第62號令的要求，關(guān)于廣播、電視是否安全播出的數(shù)據(jù)都是以秒為單位來統(tǒng)計的，說明每一秒鐘對于安全播出來說都非常重要的。所以，節(jié)目的信號同步問題是保證安全播出有關(guān)責(zé)任單位必須考慮到的一個重要環(huán)節(jié)。廣播、電視通信的傳輸設(shè)備必須依賴于同步時鐘來進(jìn)行有效的信號傳輸，作為廣播電視技術(shù)人員不應(yīng)該僅僅只了解設(shè)備如何操作，還應(yīng)該要弄清設(shè)備的內(nèi)部構(gòu)造和設(shè)計原理。因此，本文依照同步系統(tǒng)發(fā)生器的設(shè)計原理，設(shè)計了同步發(fā)生器的硬件電路，其中包括：主控芯片的單片機系統(tǒng)、時鐘系統(tǒng)、通信電路及顯示電路這四個關(guān)鍵部分的設(shè)計，并制作了設(shè)計的電路的實物，進(jìn)行了相關(guān)的測試，很好的實現(xiàn)了文章研究的目的。

圖1 時鐘內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

圖2 時鐘內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

圖3 參考源時鐘主程序流程

2 系統(tǒng)設(shè)計

2.1 單片機電路

選擇STC系列的單片機來作為控制設(shè)備的核心，其可以完全兼容8051系列的單片機，電路的內(nèi)部主要是有一個反向的可控放大器，該放大器的輸入端是XTAL1，輸出端是XTAL2，在 XTAL1和XTAL2上進(jìn)行晶振和電容外接便構(gòu)成了振蕩器，電容C1、C2 的典型值即為30pF±10pF，振蕩器頻率是取決于晶振的頻率，但必須小于元器件所能允許的最高頻率。復(fù)位電路采用的是上電復(fù)位的方式。

2.2 時鐘電路

該設(shè)計選擇DS1302來作為時鐘的控制電路，其具有雙電源引腳（主電源及備用電源均有），同時，還具備對備用的電源進(jìn)行直流電流充電的能力（即備用電源為超級電容器或者鋰電池等可充電的電源）。該芯片的內(nèi)部有一個實時的時鐘日歷，能夠完成對秒、分、時、星期及年、月、日、進(jìn)行計時，能夠自動調(diào)整當(dāng)月的天數(shù)，還具有閏年補償?shù)墓δ堋Ｐ酒ぷ鞯碾妷簽?.5V-5.5V，用戶可以通過設(shè)置來實現(xiàn)12小時或24小時制的格式。芯片內(nèi)部含有一個31×8bit的RAM寄存器，是用于存放臨時性的數(shù)據(jù)，如果DS1302不斷電，數(shù)據(jù)將保存永久。DS1302采用三線的SPI通信協(xié)議與CPU進(jìn)行通訊，它能夠一次傳送一個或者多個字節(jié)的實時時鐘數(shù)據(jù)或者RAM數(shù)據(jù)。其內(nèi)部的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

DS1302電路模塊由電源、芯片DS1302和晶振三個部分組成，如圖2所示：DS1302外接晶振的典型值為32768Hz。電源分為主電源及備用電源兩個部分，主電源通常是接入的系統(tǒng)電源，典型值為+5V。備用電源通常接入2.7V-3.5V電源，在本設(shè)計中選擇普通的3V紐扣式電池作為備用電源，備用電源的作用，即，當(dāng)主電源斷電時，備用電源負(fù)責(zé)繼續(xù)供電給DS1302，來保證DS1302中的數(shù)據(jù)不會丟失。

2.3 通信電路

除了經(jīng)常用到的DB25接口之外，還有一種九芯的（DB9）RS-232接口也是很設(shè)計中很常見的。單片機與電腦的電平方式是不同的，二者之間的通信需要電平轉(zhuǎn)換。常用的轉(zhuǎn)換芯片是MAX232，它有2個發(fā)送器（TTL電平轉(zhuǎn)換成RS232電平），2個接收器（RS232電平轉(zhuǎn)換成TTL電平）。

2.4 顯示電路

現(xiàn)如今，常用的顯示電路多為數(shù)碼管或液晶的。數(shù)碼管的特性為：單色性好、亮度高、高頻特性優(yōu)良、發(fā)光響應(yīng)時間短（通常小于 0.1us）、體積小、重量輕、壽命長、抗沖擊能力強、編程操作簡單、工作溫度跨度大、適應(yīng)面廣泛。液晶顯示模塊的特性是：功耗小、顯示直觀、顯示內(nèi)容豐富（可顯示字母、數(shù)字、圖像等）、更換操作容易、攜帶方便等等優(yōu)點。但是液晶模塊本身的速度較慢，數(shù)據(jù)的每次傳輸都大致需要幾十微秒到幾毫秒的時間，若采用間接的控制方式進(jìn)行訪問，則需要每次傳送的數(shù)據(jù)訪問兩次LCM，這將占用非常多的時間，使CPU變得繁忙，甚至影響到CPU處理其它數(shù)據(jù)的速度。基于此，該設(shè)計考慮采用數(shù)碼管進(jìn)行顯示。

2.5 時鐘模塊程序設(shè)計

該設(shè)計選擇其中一個模塊按照“標(biāo)準(zhǔn)晶振”的頻率工作，將其作為參考源，其它時鐘模塊對其校時。參考源的主程序的流程圖如圖 3所示。圖3中，設(shè)備啟動后將自行加載時鐘程序，對定時器進(jìn)行初始化操作，完成后整理時鐘自身的資源，并且查驗上位機是否具備信息，若沒有則返回上一步再次進(jìn)行時鐘的資源的整理，如有上位信息就繼續(xù)對信息進(jìn)行處理，并且查詢是否到達(dá)數(shù)據(jù)時間，如果到數(shù)據(jù)時間則對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，否則返回到時鐘資源整理這一環(huán)節(jié)。

3 結(jié)語

通過以上原理，廣播電視時鐘同步發(fā)生器的設(shè)計得以實現(xiàn)，為廣播電視技術(shù)維護人員在進(jìn)行時鐘的同步設(shè)備選型、維修和系統(tǒng)設(shè)計時提供了一定的幫助。

劉根亞（1979—），男，江蘇徐州人，本科，畢業(yè)于湖南大學(xué)，工程師，研究方向：計算機科學(xué)與技術(shù)。