廣播電視時鐘同步發生器的設計與實現

劉根亞

（湖南廣播電視臺，湖南長沙 410000）

廣播電視時鐘同步發生器的設計與實現

劉根亞

（湖南廣播電視臺，湖南長沙 410000）

廣播電視節目都是經過延時才進行傳輸的，如果延時沒達到同步則會導致信號失幀、音頻和視頻信號出現不同步的情況，這便需要精確的時鐘同步系統來進行時間控制。本文從時鐘設計原理出發，深入研究了時鐘同步發生器的設計原理，實現了硬件、通信和芯片電路的設計，為廣播電視技術維護人員在進行時鐘的同步設備選型、維修和系統設計時提供了一定價值的參考。

同步 發生器 硬件 通信

1 背景

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

圖1 時鐘內部結構圖

圖2 時鐘內部結構圖

圖3 參考源時鐘主程序流程

2 系統設計

2.1 單片機電路

選擇STC系列的單片機來作為控制設備的核心，其可以完全兼容8051系列的單片機，電路的內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上進行晶振和電容外接便構成了振蕩器，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。復位電路采用的是上電復位的方式。

2.2 時鐘電路

該設計選擇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、進行計時，能夠自動調整當月的天數，還具有閏年補償的功能。芯片工作的電壓為2.5V-5.5V，用戶可以通過設置來實現12小時或24小時制的格式。芯片內部含有一個31×8bit的RAM寄存器，是用于存放臨時性的數據，如果DS1302不斷電，數據將保存永久。DS1302采用三線的SPI通信協議與CPU進行通訊，它能夠一次傳送一個或者多個字節的實時時鐘數據或者RAM數據。其內部的結構如圖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電源，典型值為+5V。備用電源通常接入2.7V-3.5V電源，在本設計中選擇普通的3V紐扣式電池作為備用電源，備用電源的作用，即，當主電源斷電時，備用電源負責繼續供電給DS1302，來保證DS1302中的數據不會丟失。

2.3 通信電路

除了經常用到的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換。常用的轉換芯片是MAX232，它有2個發送器（TTL電平轉換成RS232電平），2個接收器（RS232電平轉換成TTL電平）。

2.4 顯示電路

現如今，常用的顯示電路多為數碼管或液晶的。數碼管的特性為：單色性好、亮度高、高頻特性優良、發光響應時間短（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、適應面廣泛。液晶顯示模塊的特性是：功耗小、顯示直觀、顯示內容豐富（可顯示字母、數字、圖像等）、更換操作容易、攜帶方便等等優點。但是液晶模塊本身的速度較慢，數據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行訪問，則需要每次傳送的數據訪問兩次LCM，這將占用非常多的時間，使CPU變得繁忙，甚至影響到CPU處理其它數據的速度。基于此，該設計考慮采用數碼管進行顯示。

2.5 時鐘模塊程序設計

該設計選擇其中一個模塊按照“標準晶振”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，設備啟動后將自行加載時鐘程序，對定時器進行初始化操作，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行時鐘的資源的整理，如有上位信息就繼續對信息進行處理，并且查詢是否到達數據時間，如果到數據時間則對數據進行處理，否則返回到時鐘資源整理這一環節。

3 結語

通過以上原理，廣播電視時鐘同步發生器的設計得以實現，為廣播電視技術維護人員在進行時鐘的同步設備選型、維修和系統設計時提供了一定的幫助。

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