【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 在多媒體教室中央控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖中，可以看出控制單元（ CPLD）是其中最核心的一環(huán)， 我們可以選用 Altera 公司目前市場(chǎng)性價(jià)比比較高的 MAX II 系列的CPLD。 Altera 推出的 MAX II 器件系列是一款革命性的 CPLD 產(chǎn)品。它基于突破性的 CPLD 架構(gòu)，提供業(yè)界所有 CPLD 系列中單個(gè) I/O 管腳最低成本 和最小功耗。這些器件采用新的查表 (LUT)體系，采用 TSMC 的 m嵌入 Flash 工藝，使其裸片尺寸僅為同樣工藝器件的 1/4。 MAX II 系列和上一代 MAX 產(chǎn)品相比，成本降低了一半，功耗只有其 1/10，同時(shí)保持 MAX 系列原有的瞬態(tài)啟動(dòng)、單芯片、非易失性和易用性。新的系列器件容量翻了兩番，性能是上一代 MAX CPLD 的兩倍多，使消費(fèi)類、通信、工業(yè)和計(jì)算機(jī)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)者能夠采用 MAX II 系列器件代替昂貴和不夠靈活的小型 ASIC 和 ASSP。 MAX II 系列器件的主要特征有： （ 1）成本優(yōu)化的架構(gòu)：新型 MAX II CPLD 架構(gòu)包括基于 LUT 的 LAB 陣列、非易失性 Flash 存儲(chǔ)模塊和 JTAG 控制電路； （ 2）低功耗： MAX II 器件是動(dòng)態(tài)功耗較低的 CPLD； （ 3）高性能： MAX II 器件支持高達(dá) 300MHz 的內(nèi)部時(shí)鐘，可為用戶提供更高的系統(tǒng)級(jí)性能。通過(guò)改善布線結(jié)構(gòu)管腳間的延時(shí)與其他同容量的 CPLD 相比大大降低； （ 4）用戶 Flash 存儲(chǔ)器： MAX II CPLD 內(nèi)的用戶 Flash 存儲(chǔ)器是一個(gè)為 8K 比特，用戶可訪問(wèn)且可編程的 Flash 存儲(chǔ)器塊，可用于用戶自己定義的數(shù)據(jù)； （ 5）實(shí)時(shí)在系統(tǒng)可編程能力（ ISP） ： MAX II 器件支持實(shí)時(shí)在系統(tǒng)可編程，允許用戶編程正在工作的器件； （ 6）靈活的多電壓 Multi Volt 內(nèi)核 ： MAX II 架構(gòu)支持 Multi Volt，允許器件在 、 或 電壓環(huán)境下工作； （ 7） JATG 翻譯器： MAX II CPLD 具有一種被稱為 JATG 翻譯器的功能，這種功能允許通過(guò) MAX II 器件執(zhí)行定制的 JTAG 指令，配置單板上不兼容 JTAG 協(xié)議的器長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 信息工程系 10 件，從而簡(jiǎn)化了單板管理； (8) I/O 能力： MAX II CPLD 的 I/O 能力加強(qiáng)了其易用性和系統(tǒng)集成能力。 MAX II系列器件 的可以在 Quartus II 軟件中通過(guò) VHDL 語(yǔ)言進(jìn)行編程、調(diào)試和仿真。 電源控制模塊設(shè)計(jì) 電源控制模塊是對(duì)實(shí)現(xiàn)多媒體教室中各種設(shè)備的電源進(jìn)行集中控制。本模塊的設(shè)計(jì)采用了自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中弱電技術(shù)的思想，把模塊分為弱電部分和強(qiáng)電部分兩塊，兩部分之間用繼電器連接進(jìn)行控制。電源模塊的結(jié)構(gòu)如圖 41所示。 圖 41電源控制模塊原理方框圖 電源控制模塊的工作原理是當(dāng)總電源控制器接收到控制面板上的電源“開 /關(guān)”信號(hào)時(shí)，總電源控制繼電器 KM 會(huì)得電或失電，從而使得 KM 進(jìn)行相應(yīng)的動(dòng)作以此來(lái)控制整個(gè)系統(tǒng)電源 的通斷。當(dāng)總電源打開后，電源控制器才能對(duì)接收到的多媒體教室內(nèi)各種設(shè)備的電源控制信號(hào)進(jìn)行二級(jí)控制，這些信號(hào)經(jīng)過(guò) CPLD 的處理后使得二級(jí)控制信號(hào)所對(duì)應(yīng)的設(shè)備的繼電器（ KM1KM4）得電或失電，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)多媒體教室中各種設(shè)備的電源控制。電源控制器的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)如圖 42所示。 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 信息工程系 11 圖 42 電源控制器電路圖 由圖 42 可知，我們是用基本 RS 觸發(fā)器對(duì)各種信號(hào)進(jìn)行采集和處理?；?RS觸發(fā)器是具有記憶功能的二進(jìn)制信息存儲(chǔ)器件，是構(gòu)成多種時(shí)序電路的最基本邏輯單元?；?RS 觸發(fā)器具有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，即 0和 1，在一定的外界信號(hào)作用下，可以從一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)翻轉(zhuǎn)到另一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，同時(shí)基本 RS 觸發(fā)器還能夠防止按鍵的抖動(dòng)?；?RS 觸發(fā)器的 VHDL 代碼如附錄 A 所示。電路圖中的 3 個(gè)與門的作用是實(shí)現(xiàn)總電源對(duì)各種設(shè)備電源的二級(jí)控制功能。按設(shè)計(jì)要求，只要打開總電源，各種視音頻設(shè)備的供電電路就應(yīng)該工作，所以繼電器 KM 和 KM1 實(shí)際是一個(gè)繼電器。電源控制模塊的邏輯仿真圖如圖 43 所示。 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 信息工程系 12 圖 43電源控制器仿真圖 電源控制模塊強(qiáng)電部分的原理框圖如下圖所示 圖 44 電源控制模塊強(qiáng)電部分原理框圖 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 信息工程系 13 環(huán)境控制模塊設(shè)計(jì) 本文中的 環(huán)境控制模塊主要是指對(duì)電動(dòng)屏幕實(shí)現(xiàn)升、降、停的控制，其依然采用弱電技術(shù)的思路分兩塊進(jìn)行設(shè)計(jì)。其工作原理是當(dāng)環(huán)境控制器接受到控制面板上電動(dòng)屏幕欄內(nèi)升、降、停的控制信號(hào)后，在 CPLD 內(nèi)對(duì)接受到的信號(hào)進(jìn)行處理并輸出，使得相應(yīng)繼電器 KM（總開關(guān)，停）， KM1（電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，升） KM2（電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，降）得電或失電，從而使得屏幕在電機(jī)的帶動(dòng)下上升、下降或停止。環(huán)境控制模塊的原理方框圖如圖 45所示。 圖 45電動(dòng)屏幕的控制模塊原理方框圖 電動(dòng)屏幕弱電控制部分的電路圖如下圖所示。 圖 46電動(dòng) 屏幕弱電控制器電路圖 我們?nèi)杂没?RS 觸發(fā)器對(duì)控制面板上電機(jī)控制欄內(nèi)的“正、反、?！钡目刂菩盘?hào)進(jìn)行采集和處理。 電路圖 46中的第二個(gè)基本 RS 觸發(fā)器（控制 KM）置 1 后需要復(fù)位，因此在第長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 信息工程系 14 二個(gè)基本 RS 觸發(fā)器的 R 端用了一個(gè)或門，既兩個(gè)輸入信號(hào) TurnOn 和 TurnOver都可以使輸出信號(hào) KM 置 0，它的作用是當(dāng)電機(jī)停止后（ KM＝ 1），環(huán)境控制器再接受到升降命令時(shí)電機(jī)可再次運(yùn)行，若在 KM＝ 1 后不將其復(fù)位（ KM＝ 0）則會(huì)使得電機(jī)在停止后無(wú)法再次啟動(dòng) 。 KM 控制輸出端的非門和 KM KM2 控制輸出端兩個(gè)與門的作用是當(dāng)按下停止按鈕后，無(wú)論電機(jī)在正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)都要停止動(dòng)作。電動(dòng)屏幕控制器的邏輯仿真圖如圖 47 所示，其控制功能表如表 41所示。 圖 47電動(dòng)屏幕控制器（弱點(diǎn)部分）仿真圖 表 41電動(dòng)屏幕弱電控制功能表 電動(dòng)屏幕控制信號(hào)（輸入） 電動(dòng)屏幕進(jìn)行相應(yīng)動(dòng)作 升（電機(jī)正轉(zhuǎn)） 降（電機(jī)反轉(zhuǎn)） 停 KM1 KM2 KM3 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 禁止（ 0） 禁止（ 0） 0 1 1 1 0 0 1 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 信息工程系 15 電動(dòng)屏幕強(qiáng)電部分控制采用了電機(jī)正反?？刂浦械幕ユi設(shè)計(jì)，這樣設(shè)計(jì)可以避免電機(jī)正反轉(zhuǎn)切換時(shí)而導(dǎo)致的電機(jī)損壞，例如，當(dāng)電機(jī)在正轉(zhuǎn)時(shí)，若接收到反轉(zhuǎn)的控制信號(hào)，則電機(jī)的控制線路會(huì)先將電機(jī)正向電壓斷開后再接入反向電壓，反之亦然。 電動(dòng)屏幕強(qiáng)電部分的原理圖如圖 48 所示，其工作原理當(dāng)繼電器 KM1 得電時(shí)，受 KM1 控制的兩個(gè)常開觸點(diǎn)閉合，電機(jī) M正向通電后正轉(zhuǎn)，屏幕在電機(jī)的帶動(dòng)下上升；當(dāng)繼電器 KM2 得電時(shí)， 受 KM2 控制的兩個(gè)常開觸點(diǎn)閉合，電機(jī) M反向通電后反轉(zhuǎn)，屏幕在電機(jī)的帶動(dòng)下下降；當(dāng)繼電器 KM得電時(shí)，受 KM 控制的一個(gè)常閉觸電打開，電機(jī)控制電路斷電，電機(jī) M停止，既屏幕停止動(dòng)作。 圖 48電動(dòng)屏幕強(qiáng)電部分原理圖 視音頻切換模塊設(shè)計(jì) 視音頻切換模塊的作用是通過(guò)接收控制面板上多媒體設(shè)備節(jié)目源選擇欄內(nèi)的各種多媒體設(shè)備的控制信號(hào)，經(jīng)過(guò) CPLD 處理后，輸出選擇控制信號(hào)所對(duì)應(yīng)的多媒體設(shè)備的視頻信號(hào)和音頻信號(hào)。其原理圖如圖 49 所示。 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 信息工程系 16 圖 49視音頻切換控制模塊原理方框圖 視音頻切換模塊的工作原理是視音頻 切換控制器接受到各種多媒體設(shè)備選擇信號(hào)后，對(duì)這些選擇信號(hào)進(jìn)行處理后輸出到視頻信號(hào)切換選擇器和音頻信號(hào)切換選擇器，視頻信號(hào)切換選擇器和音頻信號(hào)切換選擇器再根據(jù)處理過(guò)的多媒體設(shè)備選擇信號(hào)選擇一種多媒體設(shè)備的視頻和音頻信號(hào)進(jìn)行輸出。視頻信號(hào)輸出后通過(guò)視頻處理電路分別輸出到投影儀和監(jiān)視器。音頻信號(hào)輸出后經(jīng)過(guò)聲道切換和音量控制器處理輸出到 AV功放。 圖 49 中的視頻處理器選擇可以選擇 MAXIM 公司生產(chǎn)的四路視頻緩沖器MAX497CPE。 MAX497CPE 具有對(duì)四路視頻信號(hào)進(jìn)行分配放大的功能，其應(yīng)用電路簡(jiǎn)單、穩(wěn)定可靠。 其內(nèi)部原理圖和引腳圖如圖 410 所示，因?yàn)橹挥玫絻陕芬曨l信號(hào)輸出，所以剩下的兩路視頻緩沖器可以在以后多媒體教室要進(jìn)行系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)再使用。 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 信息工程系 17 圖 410路視頻緩沖器 MAX497CPE內(nèi)部原理圖 根據(jù)視音頻切換模塊的工作原理可以把其再細(xì)分為視音頻切換控制器和視音頻切換選擇器兩塊進(jìn)行分別設(shè)計(jì)。 視音頻切換控制器的原理圖如下圖所示，其主要是由編碼器和譯碼器組成的。 圖 411視音頻切換控制器原理框圖 視音頻選擇控制器的工作原理是視音頻切換控制器對(duì)輸入的六路多媒體設(shè)備（多媒體計(jì)算機(jī)、筆記本電 腦、實(shí)物視頻展示臺(tái)、影碟機(jī)、錄像機(jī)、卡座）的選擇信號(hào)通過(guò)優(yōu)先編碼器編碼后產(chǎn)生三位的二進(jìn)制編碼，這三位二進(jìn)制編碼再通過(guò)地址鎖存器處理后輸出。視音頻控制器的電路圖如圖 412 所示。