基於單片機的網絡電視機頂盒的製作方法

2023-12-06 11:10:16 2

專利名稱：基於單片機的網絡電視機頂盒的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及到遠程教育、網上培訓、電子購物等基於網際網路的網絡服務領域，是一種支持特定網絡服務的上網設備，特別是基於單片機的網絡電視機頂盒。
隨著網際網路的興起，人們的生活變得越來越豐富多彩，這同時也帶來了網際網路上網設備的發展。目前使用最廣泛的是個人計算機，它注重內部運算功能，但與外界通訊的能力較薄弱。PC機在上網時，使用者要對數據機、通訊軟體和驅動程序進行安裝和設置，這對大多數隻了解一般應用軟體操作的普通大眾來說，是一個不小的難題。很多公司、學校和研究機構都在研究新的上網設備，網絡電視就是最近新推出的一種。
網絡電視(WebTV)是一種用來解決用戶上網複雜性和多用戶衝突問題的新技術。它主要包括基於電視的在線服務和機頂盒兩部分，利用普通家庭早已普及的家用電視機和標準電話線，通過網絡電視機頂盒和少量的外圍設備，在內置的軟體支撐系統的控制下，在有關在線服務的支持下，實現簡便而完備的上網操作。
本實用新型的目的在於提供一種價格便宜、操作簡便、基於單片機的網絡電視機頂盒，在相應網絡電視服務的支持下，實現一定的上網功能。
先對本實用新型的
如下圖1是本網絡電視機頂盒工作示意圖。
圖2是本網絡電視機頂盒原理框圖。
圖3是本網絡電視機頂盒中央控制部分詳細框圖。
圖4是本網絡電視機頂盒視頻處理部分詳細框圖。
圖5是本網絡電視機頂盒紅外無線傳輸部分紅外遙控器詳細框圖。
圖6是本網絡電視機頂盒紅外無線傳輸部分紅外接收器詳細框圖。
圖7是本網絡電視機頂盒數據機部分詳細框圖。
圖8是本網絡電視機頂盒視頻顯示關鍵部分詳細框圖。
圖9是本網絡電視機頂盒中央控制部分和視頻處理部分電路原理圖。
圖10是圖9的A部分放大圖。
圖11是圖9的B部分放大圖。
圖12是本網絡電視機頂盒紅外無線傳輸部分紅外遙控器電路原理圖。
圖13是本網絡電視機頂盒紅外無線傳輸部分紅外接收器電路原理圖。
圖14是本網絡電視機頂盒數據機部分電路原理圖。
圖15是本網絡電視機頂盒一個實施例的結構示意圖。
本實用新型的目的通過以下技術方案達到。
請參見有關附件，本網絡電視機頂盒由中央控制部分1、視頻處理部分2、紅外無線傳輸部分(由紅外遙控器5和接收器3組成)和數據機部分4等四部分組成。除了紅外無線傳輸部分中的紅外遙控器外，其它部分放在一個重量和體積都不大的盒子中，可直接置於電視機頂上。而紅外遙控器5做成另一薄型長方體。利用家庭已普及的家用電視機6和標準電話線10，在有關WEB伺服器7、資料庫8和網際網路9的支持下，實現簡便而又完備的上網操作。
中央控制部分1是整個系統的核心，負責初始化其它部分，並動態地控制它們的運行。它由主控CPU102、程序存儲器103、數據存儲器104、時鐘產生電路101、復位電路113、總線收發器106、108、110、111、電源114、穩壓電路115、地址鎖存器112、地址解碼器107、109和擴展的串口105諸裝置組成。控制系統運行的程序被固化在程序存儲器中。復位時，中央控制部分1初始化視頻處理部分2中的CRT控制器201、數據機4中的MODEM晶片403、單片機串口和擴展串口。中央控制部分1接收紅外無線傳輸部分傳來的操作命令，驗證後解釋處理。如果是改變視頻顯示狀態的命令，中央控制部分1將交互地控制視頻處理部分2中的CRT控制器201和顯示存儲器203。如果是撥號上網的命令，中央控制部分1向數據機4中的MODEM晶片403發出信號，然後進行握手，建立一個連接，開始接收MODEM傳來的數據流，解釋、解壓縮處理後、送往視頻處理部分2顯示，並等待紅外無線傳輸部分發來的操作命令。如果是應答操作命令，中央控制部分1解釋後，向數據機4發出相應的數據，接收數據機4的應答數據流，處理顯示後，再等待紅外無線傳輸的下一操作命令。
視頻處理部分2負責產生複合視頻信號流。它包括CRT控制器201、顯示存儲器203、地址解碼電路212、地址選擇電路209、移位電路205、控制選擇電路210、組合邏輯電路206、時序電路202、總線收發器208、211、地址鎖存器204和視頻處理電路207諸裝置組成。中央控制部分1對CRT控制器201的讀寫操作被地址解碼電路212選中，從而交互地控制顯示地址流的產生。CRT控制器201被初始化或重新置值後，會連續不斷地產生相應的地址流，送往地址選擇電路209。同時，主控CPU訪問顯示存儲器203的地址也送往地址選擇電路209，在顯示存儲器203選中信號的控制下進行選擇。在主控CPU訪問時，顯示存儲器和CPU間的數據通道被打開，數據也是在此通道上傳輸。其它時候，這個通道被關閉，讀出的數據流送往移位電路205，經移位處理後產生數字RGB信號流，再通過視頻處理後得到複合視頻信號流。時序電路202提供CRT控制器201的時鐘、顯示存儲器的讀時鐘、鎖存器鎖存信號、移位電路移位信號、視頻處理電路時鐘和副載波信號。視頻處理電路207包括將數字RGB信號流轉換為模擬RGB信號流的SONY1178和將模擬RGB信號流轉變為複合視頻信號流的SONY1645。
紅外無線傳輸部分由紅外遙控器5和接收器3兩部分組成。紅外遙控器5包括單片機502、電源511、穩壓電路510、時鐘產生電路503、發光二極體506及其驅動電路505、光敏二極體507與LT1319組成的紅外接收濾波放大電路508、GAL20V8和74HC4040組成的編碼電路504、解碼電路509，以及操作鍵501。遙控器接收到操作鍵中斷後，單片機將相應數據通過串口傳往編碼電路504，處理後的脈衝信號經驅動電路505驅動後，被發光二極體506發出。遙控器5同時通過光敏二極體507接收由接收器3發送過來的紅外脈衝信號，經過濾波放大電路508變成電信號，再由解碼電路509解碼，輸入單片機502，實現交互式指令操作和操作的驗證。
紅外接收器3包括發光二極體301及其驅動電路302、光敏二極體308與LT1319組成的紅外接收濾波放大電路307、GAL20V8和74HC4040組成的編碼電路304和解碼電路306，和RS232電平TTL電平轉換晶片305MAX202諸裝置組成。接收器將中央控制部分1串口來的TTL電平信號流轉換為RS232電平，通過編碼電路304變為脈衝信號，經驅動電路302驅動後由發光二極體301發送數據。同時接收器通過光敏二極體308接收紅外遙控器5發送來的紅外脈衝數據，由濾波放大電路307變為電信號，解碼後通過MAX202將RS232電平信號流轉換為TTL電平，送往中央控制部分1中的8031單片機，實現交互式的指令操作和操作的驗證。
數據機部分4在中央控制部分CPU的控制下負責與伺服器7通過標準電話線10建立連接，時時監測連接，並在伺服器7和機頂盒間交換數據。它包括控制單片機402、單片MODEM晶片403、數據接口電路401和電話線接口電路404。通過數據接口電路接收到中央控制部分1的建立連接的命令後，控制單片機402直接訪問403 MODEM晶片，對MODEM晶片403中的控制寄存器置值，通過一定的握手流程建立連接，向中央控制部分1返回建立連接的結果，並時時監測連接。建立連接後，中央控制部分1傳來的數位訊號由MODEM晶片變為模擬信號，通過電話線接口發送給伺服器7，而伺服器7傳來的模擬信號也由MODEM晶片轉換為數位訊號，再傳送給中央控制部分1。
本實用新型具有如下有益效果1．採用了8031單片機作為主控CPU，簡化了系統結構，選擇了性能價格比較高的器件，成本低廉。2．利用紅外無線傳輸技術，操作簡便可靠，並且日後可以方便地擴展，如IC卡讀寫卡器等。3．用戶利用家用電視機和標準電話線，在家裡即可享受各種在線服務，信息量大、信息傳輸迅速、並可交互地進行。4．整個裝置可以做成一個重量和體積都不大的一個盒子，以及一個有許多按鍵的遙控器。
本實用新型設計人員推薦做成薄型長方體盒子外形的實施例。
參見附圖，本網絡電視機頂盒本體做成長方體的盒子，外殼11正面有發光二極體的發射口1102和光敏二極體的接收口1101，復位鍵1103以及工作指示燈1104。左側有一個視頻信號輸出埠1105，右側有一電話線接口1106。內部有三塊電路板，第一塊是中央控制部分1和視頻處理部分2，第二塊是紅外接收器3，第三塊是數據機部分4。
第一塊電路板上有8031單片機，時鐘產生電路、復位電路、電源穩壓電路、程序存儲器、數據存儲器、總線收發器、擴展串口、CRT控制器、地址解碼電路、控制選擇電路、地址選擇電路、顯示存儲器、鎖存器、移位電路、視頻處理電路、組合邏輯電路、時序控制電路。
時鐘產生電路選用11.0592MHz的晶振，可以滿足串行通訊時標準波特率的要求。復位電路由74LS14和電阻電容及開關組成，支持上電復位和手動復位。電源穩壓電路一定程度上保持電壓的穩定，由穩壓管實現。程序存儲器存儲CPU要執行的程序，這裡選用27128。數據存儲器記錄CPU運行時動態產生和使用的數據，這裡選用6564。總線收發器採用74LS245，擴展串口採用8251。
顯示存儲器分為紅、綠、藍三塊，由三片6564組成。CRTC控制器是視頻顯示的關鍵器件，它負責產生刷新屏幕所需的連續不斷的顯示地址流，這裡選用MC6845。CRT控制器中控制寄存器的讀寫通過特定的埠地址實現，這需要地址解碼電路的配合，74LS138可以實現這個功能。控制選擇電路和地址選擇電路都由74LS157組成，主要是解決CPU讀寫顯示存儲器和CRT控制器讀顯示存儲器的衝突問題，而且CPU讀寫時是對每一個存儲器單元操作，而CRT讀時則是同時操作紅、綠、藍三個存儲體中的存儲單元。CPU讀寫時，總線收發器打開，總線和顯示存儲器的通道被打開。CRT控制器讀時，總線收發器則關上，讀出的數據送往鎖存器，被鎖存後再送往移位電路。移位電路由六片74LS194組成，它的作用是為了彌補顯示存儲器容量的不足，把一次讀出的數據分四次輸出到視頻處理電路。視頻處理電路由SONY1178和1645及一些附加電路組成。1178將數字RGB信號轉換為模擬RGB信號，1645將模擬RGB信號最後轉換為複合視頻信號。時序控制電路由時鐘發生電路和74LS161，產生各個器件所需的時序控制信號。組合邏輯則提供視頻處理電路所需的同步信號。
第二塊電路板上有時鐘產生電路、發光二極體(PH302)、驅動電路、紅外接收濾波放大電路和編碼解碼電路。時鐘產生電路產生編碼解碼電路所需的時鐘。紅外接收濾波放大電路由光敏二極體PH303、LT1319晶片和外圍器件組成。PH303將接收到光電流轉換成光電壓，經低噪音前置放大，同時進行濾波。編碼解碼電路包括GAL20V8和74HC4040，它們與同一時鐘相接，74HC4040充當分頻器的角色。編碼時，原始信號從GAL的TLN端進入，從TOUT輸出。解碼時，信號由RIN端進入，從ROUT端輸出。
第三塊電路板上有控制單片機8031、單片調製解調晶片73K224、數據接口電路和電話線接口電路。數據接口電路通過控制信號與中央控制部分交換數據。電話線接口電路包括DAA和混合電路。DAA擁有振鈴信號檢測和繼電器開關控制。混合電路的核心是運算放大器，將輸入信號和輸出信號按一定方法混合後，傳輸到電話線上。
紅外傳輸部分紅外遙控器5做成薄型長方體，一側有發光二極體的發射口512和光敏二極體的接收口513，上表面顯露操作鍵501和工作指示燈514。內部有時鐘產生電路、單片機AT89C2051、發光二極體PH302及其驅動電路和編碼解碼電路、紅外接收濾波放大電路和電源穩壓電路。與紅外接收器不同的是，紅外遙控器需要電池作為電源，還需要穩壓電路保證電壓的穩定。單片機負責響應操作鍵按下產生的中斷，得到操作碼，處理後發出相應的數據流。同時，它也接收解碼後產生的數據，並進行相應的處理。
經測試，本網絡電視機頂盒具有以下主要功能1．實時接收處理紅外遙控器發出了指令，實現用戶用戶所需的操作。
2．向WEB伺服器發出命令請求，並接收伺服器發回的應答。
3．處理伺服器發出的數據，送往電視機上顯示。
4．電視機上可顯示320×200解析度64種顏色的圖像。
權利要求1．一種基於單片機的網絡電視機頂盒，包括外殼(11)、中央控制部分(1)、視頻處理部分(2)、紅外無線傳輸部分和數據機部分(4)，其特徵在於a)所說的紅外無線傳輸部分由紅外遙控器(5)和紅外接收器(3)組成，其中紅外接收器(3)和中央控制部分(1)、視頻處理部分(2)、數據機部分(4)安裝在外殼(11)中，而紅外遙控器(5)做成另一薄型長方體；b)中央控制部分(1)由主控CPU(102)、程序存儲器(103)、數據存儲器(104)、時鐘產生電路(101)、復位電路(113)、總線收發器(106、108、110、111)、電源(114)、穩壓電路(115)、地址鎖存器(112)、地址解碼器(107、109)和擴展的串口(105)諸裝置組成；控制系統運行的程序被固化在程序存儲器中；復位時，中央控制部分(1)初始化視頻處理部分(2)中的CRT控制器(201)、數據機(4)中的MODEM晶片(403)、單片機串口和擴展串口；中央控制部分(1)接收紅外無線傳輸部分傳來的操作命令，驗證後解釋處理；如果是改變視頻顯示狀態的命令，中央控制部分(1)將交互地控制視頻處理部分(2)中的CRT控制器(201)和顯示存儲器(203)；如果是撥號上網的命令，中央控制部分(1)向數據機(4)中的MODEM晶片(403)發出信號，然後進行握手，建立一個連接，開始接收MODEM傳來的數據流，解釋、解壓縮處理後、送往視頻處理部分(2)顯示，並等待紅外無線傳輸部分發來的操作命令；如果是應答操作命令，中央控制部分(1)解釋後，向數據機部分(4)發出相應的數據，接收數據機部分(4)的應答數據流，處理顯示後，再等待紅外無線傳輸部分的下一操作命令；c)視頻處理部分(2)負責產生複合視頻信號流；它由CRT控制器(201)、顯示存儲器(203)、地址解碼電路(212)、地址選擇電路(209)、移位電路(205)、控制選擇電路(210)、組合邏輯電路(206)、時序電路(202)、總線收發器(208、211)、地址鎖存器(204)和視頻處理電路(207)諸裝置組成；中央控制部分(1)對CRT控制器(201)的讀寫操作被地址解碼電路(212)選中，從而交互地控制顯示地址流的產生；CRT控制器(201)被初始化或重新置值後，會連續不斷地產生相應的地址流，送往地址選擇電路(209)；同時，主控CPU訪問顯示存儲器(203)的地址也送往地址選擇電路(209)，在顯示存儲器(203)選中信號的控制下進行選擇；在主控CPU訪問時，顯示存儲器和CPU間的數據通道被打開，數據也是在此通道上傳輸；其它時候，這個通道被關閉，讀出的數據流送往移位電路(205)，經移位處理後產生數字RGB信號流，再通過視頻處理後得到複合視頻信號流；時序電路(202)提供CRT控制器(201)的時鐘、顯示存儲器的讀時鐘、鎖存器鎖存信號、移位電路移位信號、視頻處理電路時鐘和副載波信號；視頻處理電路(207)包括將數字RGB信號流轉換為模擬RGB信號流的SONY1178和將模擬RGB信號流轉變為複合視頻信號流的SONY1645；d)紅外遙控器(5)由單片機(502)、電源(511)、穩壓電路(510)、時鐘產生電路(503)、發光二極體(506)及其驅動電路(505)、光敏二極體(507)與LT1319組成的紅外接收濾波放大電路(508)、GAL20V8和74HC4040組成的編碼電路(504)、解碼電路(509)以及操作鍵(501)組成；遙控器接收到操作鍵中斷後，單片機相應數據通過串口傳送往編碼電路(504)，處理後的脈衝信號經驅動電路(505)驅動後，被發光二極體(506)發出；遙控器(5)同時通過光敏二極體(507)接收由接收器(3)發送過來的紅外脈衝信號，經過濾波放大電路(508)變成電信號，再由解碼電路(509)解碼，輸入單片機(502)，實現交互式指令操作和操作的驗證；e)紅外接收器(3)包括發光二極體(301)及其驅動電路(302)、光敏二極體(308)與LT1319組成的紅外接收濾波放大電路(307)、GAL20V8和74HC4040組成的編碼電路(304)和解碼電路(306)，和RS232電平TTL電平轉換晶片(305)諸裝置組成；接收器(3)將中央控制部分(1)串口來的TTL電平信號流轉換為RS232電平，通過編碼電路(304)變為脈衝信號，經驅動電路(302)驅動後由發光二極體(301)發送數據；同時接收器通過光敏二極體(308)接收紅外遙控器(5)發送來的紅外脈衝數據，由濾波放大電路(307)變為電信號，解碼後通過MAX202將RS232電平信號流轉換為TTL電平，送往中央控制部分(1)中的8031單片機，實現交互式的指令操作和操作的驗證；f)數據機部分(4)在中央控制部分(1)CPU的控制下負責與伺服器(7)通過標準電話線(10)建立連接，時時監測連接，並在伺服器(7)和機頂盒間交換數據；它包括控制單片機(402)、單片MODEM晶片(403)、數據接口電路(401)和電話線接口電路(404)諸裝置組成；通過數據接口電路接收到中央控制部分(1)的建立連接的命令後，控制單片機(402)直接訪問MODEM晶片(403)，對MODEM晶片(403)中的控制寄存器置值，通過一定的握手流程建立連接，向中央控制部分(1)返回建立連接的結果，並時時監測連接；建立連接後，中央控制部分(1)傳來的數位訊號由MODEM晶片(403)變為模擬信號，通過電話線接口發送給伺服器(7)，而伺服器傳來的模擬信號也由MODEM晶片轉換為數位訊號，再傳送給中央控制部分(1)。
專利摘要本實用新型提供了一種基於單片機的網絡電視機頂盒,由中央控制部分、視頻處理部分、紅外無線傳輸部分和數據機部分組成,除了紅外無線傳輸部分中的紅外遙控器單獨做成一薄型長方體外,其他部分放在一個重量和體積都不大的盒子中,可直接置於電視機頂上。利用家庭中已普及的電視機和標準電話線,在有關的伺服器、資料庫及網際網路的支持下,實現簡便而又完備的上網操作。
文檔編號H04N5/14GK2321181SQ9822374
公開日1999年5月26日 申請日期1998年4月16日 優先權日1998年4月16日
發明者王汝笠, 胡勁松 申請人:中國科學院上海技術物理研究所