Z89300系列數(shù)字電視控制器：功能與應(yīng)用全解析
Z89300系列數(shù)字電視控制器：功能與應(yīng)用全解析
引言
在數(shù)字電視技術(shù)飛速發(fā)展的今天，一款高性能、多功能的電視控制器對(duì)于提升電視的整體性能至關(guān)重要。Zilog的Z89300系列數(shù)字電視控制器憑借其先進(jìn)的特性和強(qiáng)大的功能，成為了眾多電視、VCR和機(jī)頂盒應(yīng)用的理想選擇。本文將深入探討Z89300系列數(shù)字電視控制器的特點(diǎn)、功能及應(yīng)用，為電子工程師在相關(guān)設(shè)計(jì)中提供有價(jià)值的參考。
文件下載：Z8930012PSC.pdf
產(chǎn)品特性與優(yōu)勢(shì)
先進(jìn)的集成功能
Z89300系列是一款先進(jìn)的電視控制器IC，具備復(fù)雜的屏幕顯示（OSD）能力和完整的場(chǎng)消隱期（VBI）數(shù)據(jù)解碼功能。其提供多種封裝版本，包括40引腳雙列直插式封裝（DIP）、42引腳收縮雙列直插式封裝（SDIP）和52引腳收縮雙列直插式封裝（SDIP），ROM大小從10K字到24K字不等，為不同應(yīng)用提供了多樣性。同時(shí)，OTP（一次性可編程）版本便于開發(fā)和靈活的小規(guī)模生產(chǎn)。
高速處理能力
采用16位單周期RISC核心，提供非?？斓闹噶钔掏铝浚軌蚋咝幚砀鞣N復(fù)雜任務(wù)。
可靠的數(shù)據(jù)捕獲
紅外（IR）遠(yuǎn)程捕獲寄存器即使在高噪聲環(huán)境下也能可靠地捕獲遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)，確保遙控器操作的準(zhǔn)確性。
豐富的模擬與數(shù)字接口
6通道、4位ADC（模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器）支持多個(gè)調(diào)諧器自動(dòng)頻率微調(diào)（AFT）、模擬鍵盤輸入、音頻電平輸入和VBI數(shù)據(jù)捕獲。后續(xù)對(duì)VBI數(shù)據(jù)的數(shù)字處理可實(shí)現(xiàn)出色的信噪比性能。
靈活的PWM輸出
多達(dá)10個(gè)PWM（脈沖寬度調(diào)制器）輸出允許低成本的數(shù)字到模擬轉(zhuǎn)換（需添加外部低通濾波器電路）。其中8個(gè)PWM具有8位分辨率，用于控制視頻和音頻屬性；2個(gè)PWM具有14位分辨率，可選擇控制外部電壓合成調(diào)諧器（VST）。
標(biāo)準(zhǔn)的串行接口
主/從I2C（內(nèi)部集成電路）飛利浦標(biāo)準(zhǔn)串行接口提供串行系統(tǒng)互連，可連接常見的外圍功能。
可編程I/O端口
位可編程I/O端口為各種數(shù)字輸入/輸出功能提供了靈活性。
穩(wěn)定的時(shí)鐘源
24.0 MHz標(biāo)稱PLL（鎖相環(huán)）控制的振蕩器提供穩(wěn)定的系統(tǒng)和視頻時(shí)鐘，僅需一個(gè)外部電容器用于環(huán)路濾波器功能，同時(shí)使用32 kHz振蕩器作為參考。
視頻同步生成
行同步（Hsync）、場(chǎng)同步（Vsync）和復(fù)合同步生成電路在沒有可用視頻信號(hào)時(shí)提供視頻時(shí)基，適用于VCR和機(jī)頂盒應(yīng)用。
靈活的OSD生成
微可編程OSD生成邏輯提供了極大的靈活性，可定制OSD功能。除了正常的OSD功能外，還支持符合FCC報(bào)告和命令的閉路字幕顯示，以及EDS和StarSight Telecast的屏幕電視節(jié)目指南功能。
高清字符顯示
高清晰度字符能夠顯示復(fù)雜字符，并且程序和字符生成器數(shù)據(jù)包含在一個(gè)ROM空間中，簡(jiǎn)化了掩模ROM代碼提交，并在字符ROM大小方面提供了靈活性，最多可支持512個(gè)具有16x16、16x18或16x20可編程矩陣的字符。
調(diào)試與軟件支持
ICEBOX”仿真器提供在線仿真功能，用于程序調(diào)試。Zilog提供的ATB（應(yīng)用工具箱）軟件為VBI數(shù)據(jù)捕獲、IR遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)捕獲和OSD顯示提供微代碼支持，包括StarSight和閉路字幕的特定要求。
產(chǎn)品家族概述
| Zilog的Z893xx系列電視控制器產(chǎn)品將屏幕顯示和VBI數(shù)據(jù)捕獲功能相結(jié)合，為電視、VCR和機(jī)頂盒應(yīng)用提供了高度集成的解決方案。家族成員既可以作為獨(dú)立控制器，提供最具成本效益的中央處理設(shè)施，也可以作為附加控制器，在上市時(shí)間是關(guān)鍵因素的情況下發(fā)揮作用。所有設(shè)備的共同特點(diǎn)是高速16位RISC控制器，提供終極的OSD靈活性，并允許數(shù)字VBI數(shù)據(jù)捕獲。表1總結(jié)了該系列設(shè)備的特點(diǎn)： | Device | Application | Feature Summary | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ROM (word) | RAM (word) | Pkg. | I2C | IR Capture | ADC | Bit I/O | PWM | |||
| Z89300 | TV Receiver Controller OTP | 24K OTP | 640 | 40-DIP | Yes | Yes | 3-ch | 19 | 7 | |
| Z89301 | TV Receiver Controller OTP | 24K OTP | 640 | 50-SDIP | Yes | Yes | 4-ch | 26 | 9 | |
| Z89309 | TV Receiver Controller ICE device | Bond Out | 640 | 124 PGA | Yes | Yes | 6-ch | 26 | 10 | |
| Z89302 | TV Receiver Controller | 24K Mask | 640 | 40-DIP | Yes | Yes | 3-ch | 19 | 7 | |
| Z89303 | TV Receiver Controller | 24K Mask | 640 | 52-SDIP | Yes | Yes | 4-ch | 26 | 9 | |
| Z89313 | TV Receiver Controller | 24K Mask | 640 | 52-SDIP | Yes | Yes | 4-ch | 26 | 9 | |
| Z89304 | TV Receiver Controller | 16K Mask | 640 | 40-DIP | Yes | Yes | 3-ch | 19 | 7 | |
| Z89305 | TV Receiver Controller | 16K Mask | 640 | 52-SDIP | Yes | Yes | 4-ch | 26 | 9 | |
| Z89306 | TV Receiver Controller | 12K Mask | 640 | 40-DIP | Yes | Yes | 3-ch | 19 | 7 | |
| Z89307 | TV Receiver Controller | 12K Mask | 640 | 52-SDIP | Yes | Yes | 4-ch | 26 | 9 | |
| Z89331 | One Time Programmable | 24K OTP | 640 | 42-SDIP | Yes | Yes | 5-ch | 20 | 7 | |
| Z89332 | TV Receiver Controller | 24K Mask | 640 | 42-SDIP | Yes | Yes | 5-ch | 20 | 7 | |
| Z89336 | TV Receiver Controller | 12K Mask | 640 | 42-SDIP | Yes | Yes | 5-ch | 20 | 7 | |
| Z89314 | TV Receiver Controller | 16K Mask | 512 | 40-DIP | No | Yes | 3-ch | 19 | 7 | |
| Z89318 | TV Receiver Controller | 10K Mask | 512 | 40-DIP | No | Yes | 3-ch | 19 | 7 |
功能描述
捕獲功能
捕獲功能主要用于紅外遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)捕獲。它采用一個(gè)捕獲寄存器，記錄紅外數(shù)據(jù)從一次跳變到下一次跳變的時(shí)間值。CPU可以定期檢查捕獲狀態(tài)，如果有新的捕獲發(fā)生，則讀取該值。后續(xù)對(duì)接收到的紅外信號(hào)進(jìn)行解碼和命令傳遞由程序控制。
脈沖寬度調(diào)制器功能
脈沖寬度調(diào)制（PWM）與外部低通濾波器配合使用，實(shí)現(xiàn)數(shù)字到模擬的轉(zhuǎn)換。8個(gè)8位分辨率的PWM用于生成0 - 12伏的信號(hào)，控制視頻和聲音屬性；2個(gè)14位分辨率的PWM可與外部電路配合，為電壓合成調(diào)諧器生成控制電壓。在采用頻率合成調(diào)諧器的機(jī)箱中，這些PWM也可控制視頻或聲音屬性。每個(gè)PWM電路都有一個(gè)數(shù)據(jù)寄存器，其內(nèi)容由程序控制，寄存器中的數(shù)據(jù)決定了PWM高電平和低電平時(shí)間的比例。
模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器功能
該功能采用4位分辨率的閃存A/D轉(zhuǎn)換器。一個(gè)6選1的輸入多路復(fù)用器和轉(zhuǎn)換啟動(dòng)電路由用戶程序控制。每次轉(zhuǎn)換結(jié)束后，CPU可以讀取4位轉(zhuǎn)換結(jié)果。一個(gè)輸入通道（ADC0）專門用于量化VBI數(shù)據(jù)，以便進(jìn)行后續(xù)的數(shù)字信號(hào)處理；另一個(gè)通道（ADC5）通常用于從復(fù)合電視信號(hào)中分離場(chǎng)同步信號(hào)。這些通道具有特殊的視頻鉗位電路，可對(duì)復(fù)合視頻輸入信號(hào)進(jìn)行直流恢復(fù)。典型的VBI應(yīng)用包括第21行閉路字幕、電子數(shù)據(jù)服務(wù)和StarSight Telecast。ADC0和ADC4的范圍是1.5V到2.0V之間的0.5V峰 - 峰值。其余四個(gè)通道為通用通道，通常用于實(shí)現(xiàn)調(diào)諧器自動(dòng)頻率控制和模擬按鍵輸入，范圍是0V到5.0V。
端口功能
有兩個(gè)輸入/輸出端口塊可用于通用數(shù)字I/O應(yīng)用。每個(gè)端口位都可編程為輸入或輸出。為了節(jié)省設(shè)備引腳數(shù)量，一些端口引腳被映射為A/D轉(zhuǎn)換器塊和I2C接口塊提供I/O。
引腳描述
| 不同封裝的Z89300系列設(shè)備引腳配置有所不同，具體引腳功能如下表所示： | Pin | Package Configuration | Name | Function | 52-pin SDIP Z89301/3/5/7 | Z89313 52-pin SDIP | 14/18 Z89300/02/4/6 40-pin DIP | Z89331/332 /336 42-pIn DIP | Direction |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Reset | |||||||||
| VCC | +5Volts | 17,38 | 8,42 | 29, - | 34 | PWR | |||
| GND | 0 Volts | 10,40 | 1,39 | 31, - | 13,30 | PWR | |||
| IRIN | Infrared Rermote Capture Input | 2 | 36 | 2 | 36 | ||||
| ADC [5:0] | 4-Bit Analog to Digital Converter input | 2, 44, - | - | 6, 35,43 | 12,6,31 | -7 | AI | ||
| PWM10, PWM9 | 14-Bit Pulse Width Modulator Output | - | - | 15 | - | 12 | OD | ||
| PWM[8:1] | 8-Bit Pulse Width Modulator Output | 52,51,50,49, 48,47,46,45 | 25,43,9,22 | 24,29,30,40 | -,-,40,39, 38,37,36,35 | OD | |||
| Port0[F:0] | Bit Programmable Input/Output Ports | 36,5,28,27, 37,27,28,32 | 26,25,16,15, 33,34,35,38 | 13,11,14,13,12,11, 9,8,7,6 | 41,49,48,47 46,45,44,31 | 6,5,4 | 10,9,8,7 | ||
| Port1[9:0] | Bit Programmable Input/Output Ports | 4,3,35,24, 10,23,14 | - | 12 | 17,16,15, 17,42,41, 14 | ||||
| SCL | I2C Clock I/O | 7 or 19 | 44 or 4 | 5 or 15 | 39 or 41 | BOD | |||
| SDA | I2C Data I/O | 8 or 20 | 45 or 5 | 6 or 16 | 40 or 42 | BOD | |||
| XTAL1 | Crystal oscilator input | 39 | 50 | 30 | 31 | AI | |||
| XTAL2 | Crystal oscilator output | 41 | 51 | 32 | 32 | AO | |||
| LPF | LOOP FILTER | 42 | 52 | 33 | 29 | AB | |||
| HSYNC | H_SYNC | 29 | 21 | 21 | 26 | B | |||
| VSYNC | V_SYNC | 30 | 20 | 22 | 27 | B | |||
| /Reset | Device Reset | 37 | 2 | 28 | 33 | I | |||
| V[3:1] | OSD Video Output | 31,32,33 | 16,17,18 | 23,24,25 | 22,23,24 | O | |||
| Blank | OSD Blank Output | 34 | 19 | 26 | 25 | O | |||
| HalfBlank | OSD Half Blank Output | 36 | 37 | 21 | |||||
| RGB digital | R[1:0], G[1:0] and B[1:0] Outputs of the RGB Matrix | 23,22,21, 12,11,6,5, 19,18,17,11 | 37,14,17, | 20,19,18 | 4,3 | 16,15,14 | 16,19,18 | ||
| SCLK | Internal Processor SCLK | 24 | 13 | 20 | 20 | O | |||
| SCLK1 | Internal Processor SCLK L1 | 0 | 0 | ||||||
| /E | Data Strobe | 0 | 0 | ||||||
| R/W | Read/Write | 0 | 0 | ||||||
| EA[2:0] | Exdemal Registers Address Bus | L2,K3,H1 | 0 |
系統(tǒng)描述
典型應(yīng)用
Z89300數(shù)字電視控制器作為嵌入式控制器應(yīng)用于電視接收機(jī)中，能夠解碼閉路字幕傳輸并在屏幕上顯示字符?？梢灾苯硬僮髂M和數(shù)字控制電路，監(jiān)控鍵盤和紅外信號(hào)，還能接收和提供垂直和水平同步信號(hào)。
工作原理
在典型系統(tǒng)中，正常傳輸信號(hào)被接收和解調(diào)，CRT顯示器由從彩色解碼器和偏轉(zhuǎn)單元接收的信號(hào)控制。為了顯示Z89300生成的字符，需要一個(gè)視頻多路復(fù)用器，使CRT顯示器的RGB信號(hào)和同步信號(hào)由處理器的視頻輸出控制。當(dāng)控制器需要在屏幕上顯示字符時(shí)，多路復(fù)用器切換，處理器的視頻信號(hào)出現(xiàn)在顯示器上。
模擬復(fù)合視頻信號(hào)直接輸入到芯片上的模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器，然后進(jìn)行解碼，提取嵌入在視頻信號(hào)中的閉路字幕文本。接收到的字符被生成為視頻信號(hào)，然后傳遞到顯示器。
當(dāng)接收到可檢測(cè)的復(fù)合視頻信號(hào)時(shí)，偏轉(zhuǎn)單元提取水平和垂直同步信號(hào)，并將它們傳遞到CRT偏轉(zhuǎn)板以及Z89300?？刂破魇褂眠@些信號(hào)將其視頻信號(hào)與正常顯示的信號(hào)對(duì)齊。如果沒有復(fù)合視頻信號(hào)，控制器可以提供視頻同步。在這種情況下，同步信號(hào)引腳被設(shè)置為輸出，并將信號(hào)饋送到偏轉(zhuǎn)單元，從而控制顯示。同步發(fā)生器可以配置為提供行同步（H-SYNC）和場(chǎng)同步（V-SYNC），或行回掃（H-FLYBACK）和場(chǎng)回掃（V-FLYBACK）。
其他功能控制
模擬功能如音量和顏色控制可以由Z89300的脈沖寬度調(diào)制輸出控制。其他數(shù)字控制如頻道微調(diào)可以通過(guò)串行I2C總線控制。
紅外遙控器接收器可以通過(guò)捕獲寄存器直接解碼，鍵盤輸入可以通過(guò)直接控制I/O引腳作為按鍵掃描端口進(jìn)行掃描。
處理器時(shí)鐘通過(guò)將內(nèi)部鎖相環(huán)參考到外部32.768 kHz晶體振蕩器提供，這使得時(shí)鐘電路的電磁干擾（EMI）發(fā)射最小化。內(nèi)部系統(tǒng)時(shí)鐘頻率可以通過(guò)軟件選擇，在正常操作中最高可達(dá)12.059 MHz，在低功耗模式下為32.768 kHz。Z89300還可以進(jìn)入STOP模式，暫停處理器時(shí)鐘，以實(shí)現(xiàn)低功耗操作。
程序、顯示和字符圖形存儲(chǔ)器都在芯片上，無(wú)需任何外部存儲(chǔ)組件。字符可以以正常大小的兩倍或三倍顯示，同時(shí)提供平滑和邊緣處理電路，以增強(qiáng)顯示效果。
核心處理器與相關(guān)模塊
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