朱丹總

（漳州電視臺 播出部，福建 漳州 363000）

0 引言

目前大部分電視臺都采用硬盤自動播控系統(tǒng)來進(jìn)行電視節(jié)目的播出，角標(biāo)和字幕切出時間的準(zhǔn)確性取決于字幕機和播控站PC機等設(shè)備時間的精度，因此大部分電視臺都會采用授時系統(tǒng)，通過對各相關(guān)設(shè)備進(jìn)行時間校正，來確保各信號的準(zhǔn)時播出。

漳州電視臺自動授時系統(tǒng)采用專用的GPS模塊來接收時間信息，采用單片機作為主控芯片來進(jìn)行時間源的獲取，并對各終端設(shè)備進(jìn)行授時。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

如圖1所示，整個系統(tǒng)主要由GPS接收模塊[1-2]、CPU控制單元、備用時鐘模塊、時鐘顯示單元、接口轉(zhuǎn)換單元和PC機接收處理等部分組成。

1.1 GPS接收模塊

本授時系統(tǒng)采用瑞士u-blox公司提供的LEA-4S接收模塊，該模塊具有很高的靈敏度，可以接收并處理微弱的信號，適用于各種環(huán)境。經(jīng)設(shè)置，該模塊每秒可通過串口輸出一串$GPRMC信號給CPU，該信號含有從GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)上接收下來的日期和時間參數(shù)。

1.2 CPU控制單元

主控制器采用ATMEL公司的ATmega16單片機，該單片機含有一個串行收發(fā)器USART。進(jìn)入正常工作后，單片機只從GPS模塊接收數(shù)據(jù)，并向各終端設(shè)備單向發(fā)送數(shù)據(jù)。因此可采用單片機的接收口RxD來接收GPS模塊送過來的$GPRMC信號，發(fā)送口TxD則用于輸出授時信號到播控站、字幕機等設(shè)備，對其校時。

為了便于產(chǎn)生9600 Hz波特率的串口通信頻率，AT?mega16單片機采用11.0592 MHz的晶振（fosc），根據(jù)AT?mega16單片機波特率BAUD和寄存器UBRR值的計算公式UBRR=fosc÷BAUD÷16-1，可推導(dǎo)出，只要將UBRR設(shè)置為71，便可將串口通信的波特率設(shè)置為9600 Hz。

1.3 備用時鐘單元

在惡劣天氣或受到干擾等情況下，GPS接收模塊有時接收不到有效的GPS信號，無法向單片機提供正確的時間信息，為此筆者設(shè)計了一個備用時鐘模塊，單片機未能從GPS模塊接收到有效的時間信息時，會自動從備用時鐘模塊獲取時間信息，確保了時間源的不間斷獲取。

時鐘模塊采用專用的時鐘芯片HT1380，該芯片是帶年月日和時分秒的串行時鐘保持芯片，外接32.768 kHz走時晶振，日計時誤差約為0.5 s，在GPS模塊能提供有效的時間信息時，單片機每間隔1 h對HT1380的計時信息修正1次，進(jìn)一步確保了備用時鐘模塊的計時精度。

1.4 LED時鐘顯示模塊

該模塊由4個LED數(shù)碼管和驅(qū)動線路組成，用來顯示時間。為了簡化電路和減少占用單片機I/O端口，采用動態(tài)掃描方式來驅(qū)動數(shù)碼管的顯示，即對每位數(shù)碼交替驅(qū)動顯示，每隔2 ms驅(qū)動點亮1位數(shù)碼管。

1.5 接口轉(zhuǎn)換單元

ATmega單片機和終端PC機的通信接口都為RS-232，傳輸距離有限。為了延長傳輸距離，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕捎肕AX485芯片先將單片機串口輸出的RS-232協(xié)議信號轉(zhuǎn)換為RS-485協(xié)議信號，當(dāng)信號傳輸?shù)讲タ卣?、字幕機等終端時，再經(jīng)RS-485/232轉(zhuǎn)換模塊還原為RS-232協(xié)議信號，然后送入播控站和字幕機等設(shè)備的RS-232串口，采用RS-485協(xié)議信號來進(jìn)行信號傳輸。

由于本系統(tǒng)采用單向授時方式，即授時信號只是由主控板送至各設(shè)備終端，為了簡化電路和提高信號傳輸?shù)目煽啃裕瑢⑿酒琈AX485設(shè)置成單向傳輸方式，如圖2和圖3所示，將發(fā)送端MAX485芯片的RE和DE控制腳都設(shè)置為高電平，而接收端MAX485芯片的RE和DE控制腳都設(shè)置為低電平，這樣就可確保信號是由主控板向各受控設(shè)備單向傳送。

為了使用方便，如圖3所示，將字幕機和播控站所使用的RS-485轉(zhuǎn)RS-232模塊設(shè)計成無源方式，整個電路的供電直接從接收終端的RS-232接口的DTR（第4腳）和RTS（第7腳）獲取，由78L05穩(wěn)壓后，產(chǎn)生5 V直流電源，對接收模塊電路供電。

1.6 PC機接收處理

PC機內(nèi)的接收處理軟件將接收到的授時信號經(jīng)校驗和解碼處理，然后對PC機和字幕機等設(shè)備的系統(tǒng)日期和時間進(jìn)行校準(zhǔn)。

2 程序設(shè)計及應(yīng)用

2.1 單片機程序

本系統(tǒng)采用匯編語言來設(shè)計ATmega16單片機程序，如圖4所示，開機后主程序先進(jìn)行初始化設(shè)置，將串口通信參數(shù)設(shè)置為波特率9600 Hz，數(shù)據(jù)位8位，校驗位無，停止位1位，并開辟了接收緩存空間receiveBuffer和發(fā)送緩存空間sendBuffer，用于暫存接收和待發(fā)送數(shù)據(jù)。進(jìn)入主循環(huán)后，不斷地進(jìn)行按鍵檢測、發(fā)送授時信號和LED時間顯示處理。

如圖5所示，單片機以中斷的方式接收并處理GPS模塊發(fā)送過來的$GPRMC信號，GPS模塊通過串口每秒鐘發(fā)送如下的1幀信號到單片機：

$GPRMC,＜1＞,＜2＞,＜3＞,＜4＞,＜5＞,＜6＞,＜7＞,＜8＞,＜9＞,＜10＞,＜11＞,＜12＞*hh＜CR＞＜LF＞

代碼中：＜1＞代表UTC時間，hhmmss（時分秒）格式；＜9＞代表世界協(xié)調(diào)時間（Universal Time Coordinated，UTC）日期，dd?mmyy（日月年）格式；hh是用作奇偶校驗的數(shù)據(jù)，代表了$和*之間所有字符按位異或值。每當(dāng)收到完整的一串?dāng)?shù)據(jù)后，先判斷校驗碼是否正確，以防止接收數(shù)據(jù)有誤。接收到正確的數(shù)據(jù)后，先從＜1＞和＜9＞提取出 UTC時間和日期，UTC時間與格林尼治平均時（Greenwich Mean Time，GMT）相同。因北京和英國倫敦相隔8個時區(qū)，所以需要將解出來的UTC時間和日期進(jìn)行時差轉(zhuǎn)換才能得到北京時間，然后送出顯示和授時。漳州電視臺硬盤播出系統(tǒng)上采用的是安徽現(xiàn)代電視技術(shù)有限公司的臺標(biāo)發(fā)生器，為了兼容其接收授時信號的格式，每組由單片機發(fā)送出來的授時信號都包含如下信息：5A，＜1＞，＜2＞*hh。其中：5A代表握手信號；＜1＞代表北京時間，hhmmss格式；＜2＞代表日期，ddmmyy格式；hh為校驗碼。在臺標(biāo)發(fā)生器RS-232接口上的轉(zhuǎn)換器采用專用的有源RS-485/232接口轉(zhuǎn)換器。

圖4 ATmega16單片機程序流程圖

圖5 單片機中斷流程圖

2.2 PC機端程序的實現(xiàn)

本系統(tǒng)采用Visual Basic語言[3]來編寫PC機端的管理軟件。如圖6所示，在軟件的初始化設(shè)置時，將PC機串口通信的參數(shù)設(shè)置成和單片機串口一樣的參數(shù)，即波特率9600 Hz數(shù)據(jù)位8位，校驗位無，停止位1位。串口通信設(shè)置代碼為：

MSComm1.CommPort=1

MSComm1.Settings="9600,N,8,1"

圖6 PC機端程序流程圖

MSComm1.InputLen=0

MSComm1.InBufferSize=256

MSComm1.OutBufferSize=256

MSComm1.InBufferCount=0

MSComm1.OutBufferCount=0

MSComm1.PortOpen=True

MSComm1.SThreshold=0 MSComm1.RThreshold=1

為了防止誤改系統(tǒng)時間，接收端軟件收到一組時間信號后，先與PC機原來的系統(tǒng)時間進(jìn)行比較。如果不一致，接著再接收一組時間信號，并對先后收到的兩組時間數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，確認(rèn)正確后才修改系統(tǒng)時間。

2.3 GPS模塊設(shè)置軟件

GPS模塊在使用前需先采用廠家提供的專用設(shè)置軟件進(jìn)行輸出參數(shù)的設(shè)置，LEA-4S的設(shè)置軟件為u-center 3.0，界面如圖7所示。

3 小結(jié)

本授時系統(tǒng)采用了單片機ATmega16作為主控芯片，可及時準(zhǔn)確地獲取GPS信號，經(jīng)過處理后發(fā)送授時信號到各終端設(shè)備。經(jīng)過實際運行，本系統(tǒng)能同時對3臺主播控站、3臺備播控站、3個臺標(biāo)機和3臺字幕機進(jìn)行授時，運行穩(wěn)定，授時準(zhǔn)確，可確保節(jié)目的安全準(zhǔn)點播出。

圖7 GPS模塊設(shè)置軟件界面（屏幕截圖）

[1]洪大永.GPS全球定位系統(tǒng)技術(shù)及其應(yīng)用[M].福建，廈門：廈門大學(xué)出版社，1998.

[2]王爾申，胡青，張淑芳.GPS和Galileo接收機的芯片技術(shù)與系統(tǒng)設(shè)計[J].電視技術(shù)，2007，31（6）：17-19.

[3]姚巍.Visual Basic數(shù)據(jù)庫開發(fā)及工程實例[M].北京：人民郵電出版社，2003.