【摘要】 针对节目录制这一问题，结合互联网技术和微机控制技术，研制了一套节目自动录制系统。接入局域网的微机通过网络申请录制任务，基于单片机的网络服务器接收申请，按需确定录制任务并对多路信号源在视音频矩阵中的自动切换及多台录像机的工作状态进行实时控制，实现按要求自动录制的功能。
【关键词】 TCP/IP协议 单片机 因特网 节目录制
随着电视业的发展，各个电视台与其他新闻单位的交往日益增多。大量的电视节目均是通过卫星传送的，由此而产生的节目录制工作也越来越繁重。以往在录制卫星电视节目时是纯手动操作，由于设备和人员的严重不足，值班人员长期处在较大的压力下紧张地工作，录制高峰时更是整夜不停地忙于信号源、录像机、录像带的更换，出错的机率较大。基于因特网传输的单片机控制自动录制系统正是为解决这一难题而设计的。
一. 系统原理
基于局域网的节目自动录制系统框图如图1所示。各个部门的工作人员可以通过掌上电脑PDA、办公计算机以及便携式笔记本通过因特网随时随地提出录制要求。基于单片机的服务器通过因特网接收录制请求，按需排序，并反馈信息给工作人员。对于确认的录制任务，将按时控制N×N视音频切换矩阵以及相应的录制设备准时录制节目。
从上可以看出，该系统的核心就是具有网络模块和驱动控制模块的单片机系统。因为现在很多微控制器（或称单片机）控制的嵌入式系统也成为了因特网网络节点中的一员，在单片机的程序处理中，包含了完整的TCP/IP协议，单片机通过局域网可以与外部因特网上的终端设备的数据通信。这种嵌入式TCP/IP协议的单片机系统板，具有成本低、硬件少、占用面积少、传输速度快、使用方便等优点。下面将详细叙述嵌入式TCP/IP协议单片机节目录制控制系统。
二. 单片机系统网络接口
单片机采用MSP430F149，它是由于TI（Texas Instruments，美国德州仪器公司）开发的16位微处理器系列MSP430F1X中的一员，其突出的特点是低功耗，非常适用于各种低功率要求的应用，性价比比较高。MSP430F149具有60K字节的FLASH存储器和2K字节的RAM、看门狗定时器(Watchdog Timer)、6个8位的通用I/O口、12位A/D转换器、2个串行通信接口和1个硬件乘法器等。MSP430F149的60K字节FLASH存储器足以存储网页数据，6个通用I/O口既可以用来控制以太网控制器CS8900A，也可以用来执行其它的用户命令，12位A/D转换器可以用来在终端采集数据，然后再通过网络发给用户。
网络处理部分选用Cirrus Logic公司生产的CS8900A，它是一款低功耗的以太网控制器，被广泛应用于工控机中。其高集成度的设计（在应用当中只需要极少的外围元件）和简单容用的总线接口，非常适用于本设计。CS8900A可以直接和微控制器相连，MSP430F149的I/O口可以用来直接对CS8900A进行控制，具体连接方式如图2所示。另外，CS8900A可以直接3V供电，这有利于和MSP430F149之间的电平匹配。
CS8900A有三种工作模式：I/O模式、存储器模式和直接存储器存储模式，默认为I/O模式，可通过程序使其工作于其它模式。CS8900A的各个工作模式各有优缺点，本设计当中，采用的是它的I/O模式。CS8900A共有8个16位的I/O口，这8个I/O口与片内的8个16位寄存器相对应。如图2所示，CS8900A采用8位的数据总线方式和MSP430F149的P5口相连，接口中共用到14个引脚。复位后，CS8900A默认选择I/O地址为0x300，并且一直保持该默认地址工作。
CS8900A片内集成了一个10M的以太网收发器，其片内集成了所有用于和局域网通信的模拟和数字电路，其可通过一个电磁隔离器E2023直接和局域网相连。电阻R1用于连接两根接收线，和两根发送线相连的电阻R2和R3则用于阻抗匹配。RJ45为网络接头，其可接10M或100的网络集线器(hub)。
三. 单片机系统驱动控制模块
因为MSP430F149具有6个8位的通用I/O口，共48位I/O脚，与网络部分的接口使用了8位数据、4位地址以及2位读写控制位，还剩下34位。如果只控制8×8视频的视音频切换矩阵，可以直接控制而不需要译码。如果节目源很多，就可以采用译码的方法来进行控制,如图3。
图3所示由多个3-8译码器74LS259构成的数据译码电路。由于受控设备工作状态并不复杂，该电路仅对I/O口数据为进行译码。该电路可以完成单片机I/O口数据转换为可改变设备工作状态的控制信号的任务。
图4为隔离驱动电路，该电路与美国UTAH自动播出系统中的隔离电路类似，仅由光电耦合器、保护二极管和限流电阻组成，它一方面完成微机与受控设备之间的电隔离，另一方面又用控制信号驱动后者实时改变工作状态。
硬件部分主要由TTL集成电路构成，仅包括较少分离元件。这样以来，不仅大大地提高了系统的稳定性，而且可由微机直接提供+5V电源，有利于电路简单化，结构小型化。全部电路板可安装于微机机箱内。
四. 软件设计
本设计的软件部分主要分为四大部分：以太网模块、TCP/IP模块、API(应用程序接口)和驱动控制模块，全部程序用C语言编写(便于与其它微控制器系统的接口的扩展)，并通过IAR Workbench for MSP430 V2.10编译。
1.以太网模块
以太网部分程序的主要作用是对以太网控制器CS8900A进行驱动、以函数的形式给其它模块提供读写CS8900A寄存器的接口、产生读写CS8900A的时钟等。以太网程序包含了网络接口的各种配置，其中，最重要的是，MAC(介质访问控制)地址的配置。MAC地址共48位，在程序中用6个无符号整型变量存储MAC地址值，每个MAC地址值必需为唯一的，并且不能是0xFFFFFFFFFFFF。
以太网控制器的