Z89300系列数字电视控制器：功能与应用全解析

引言

在数字电视技术飞速发展的今天，一款高性能、多功能的电视控制器对于提升电视的整体性能至关重要。Zilog的Z89300系列数字电视控制器凭借其先进的特性和强大的功能，成为了众多电视、VCR和机顶盒应用的理想选择。本文将深入探讨Z89300系列数字电视控制器的特点、功能及应用，为电子工程师在相关设计中提供有价值的参考。

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产品特性与优势

先进的集成功能

Z89300系列是一款先进的电视控制器IC，具备复杂的屏幕显示（OSD）能力和完整的场消隐期（VBI）数据解码功能。其提供多种封装版本，包括40引脚双列直插式封装（DIP）、42引脚收缩双列直插式封装（SDIP）和52引脚收缩双列直插式封装（SDIP），ROM大小从10K字到24K字不等，为不同应用提供了多样性。同时，OTP（一次性可编程）版本便于开发和灵活的小规模生产。

高速处理能力

采用16位单周期RISC核心，提供非常快的指令吞吐量，能够高效处理各种复杂任务。

可靠的数据捕获

红外（IR）远程捕获寄存器即使在高噪声环境下也能可靠地捕获远程数据，确保遥控器操作的准确性。

丰富的模拟与数字接口

6通道、4位ADC（模拟到数字转换器）支持多个调谐器自动频率微调（AFT）、模拟键盘输入、音频电平输入和VBI数据捕获。后续对VBI数据的数字处理可实现出色的信噪比性能。

灵活的PWM输出

多达10个PWM（脉冲宽度调制器）输出允许低成本的数字到模拟转换（需添加外部低通滤波器电路）。其中8个PWM具有8位分辨率，用于控制视频和音频属性；2个PWM具有14位分辨率，可选择控制外部电压合成调谐器（VST）。

标准的串行接口

主/从I²C（内部集成电路）飞利浦标准串行接口提供串行系统互连，可连接常见的外围功能。

可编程I/O端口

位可编程I/O端口为各种数字输入/输出功能提供了灵活性。

稳定的时钟源

24.0 MHz标称PLL（锁相环）控制的振荡器提供稳定的系统和视频时钟，仅需一个外部电容器用于环路滤波器功能，同时使用32 kHz振荡器作为参考。

视频同步生成

行同步（Hsync）、场同步（Vsync）和复合同步生成电路在没有可用视频信号时提供视频时基，适用于VCR和机顶盒应用。

灵活的OSD生成

微可编程OSD生成逻辑提供了极大的灵活性，可定制OSD功能。除了正常的OSD功能外，还支持符合FCC报告和命令的闭路字幕显示，以及EDS和StarSight Telecast的屏幕电视节目指南功能。

高清字符显示

高清晰度字符能够显示复杂字符，并且程序和字符生成器数据包含在一个ROM空间中，简化了掩模ROM代码提交，并在字符ROM大小方面提供了灵活性，最多可支持512个具有16x16、16x18或16x20可编程矩阵的字符。

调试与软件支持

ICEBOX”仿真器提供在线仿真功能，用于程序调试。Zilog提供的ATB（应用工具箱）软件为VBI数据捕获、IR远程数据捕获和OSD显示提供微代码支持，包括StarSight和闭路字幕的特定要求。

产品家族概述

Zilog的Z893xx系列电视控制器产品将屏幕显示和VBI数据捕获功能相结合，为电视、VCR和机顶盒应用提供了高度集成的解决方案。家族成员既可以作为独立控制器，提供最具成本效益的中央处理设施，也可以作为附加控制器，在上市时间是关键因素的情况下发挥作用。所有设备的共同特点是高速16位RISC控制器，提供终极的OSD灵活性，并允许数字VBI数据捕获。表1总结了该系列设备的特点：	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

捕获功能

捕获功能主要用于红外远程数据捕获。它采用一个捕获寄存器，记录红外数据从一次跳变到下一次跳变的时间值。CPU可以定期检查捕获状态，如果有新的捕获发生，则读取该值。后续对接收到的红外信号进行解码和命令传递由程序控制。

脉冲宽度调制器功能

脉冲宽度调制（PWM）与外部低通滤波器配合使用，实现数字到模拟的转换。8个8位分辨率的PWM用于生成0 - 12伏的信号，控制视频和声音属性；2个14位分辨率的PWM可与外部电路配合，为电压合成调谐器生成控制电压。在采用频率合成调谐器的机箱中，这些PWM也可控制视频或声音属性。每个PWM电路都有一个数据寄存器，其内容由程序控制，寄存器中的数据决定了PWM高电平和低电平时间的比例。

模拟到数字转换器功能

该功能采用4位分辨率的闪存A/D转换器。一个6选1的输入多路复用器和转换启动电路由用户程序控制。每次转换结束后，CPU可以读取4位转换结果。一个输入通道（ADC0）专门用于量化VBI数据，以便进行后续的数字信号处理；另一个通道（ADC5）通常用于从复合电视信号中分离场同步信号。这些通道具有特殊的视频钳位电路，可对复合视频输入信号进行直流恢复。典型的VBI应用包括第21行闭路字幕、电子数据服务和StarSight Telecast。ADC0和ADC4的范围是1.5V到2.0V之间的0.5V峰 - 峰值。其余四个通道为通用通道，通常用于实现调谐器自动频率控制和模拟按键输入，范围是0V到5.0V。

端口功能

有两个输入/输出端口块可用于通用数字I/O应用。每个端口位都可编程为输入或输出。为了节省设备引脚数量，一些端口引脚被映射为A/D转换器块和I²C接口块提供I/O。

引脚描述

不同封装的Z89300系列设备引脚配置有所不同，具体引脚功能如下表所示：	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

系统描述

典型应用

Z89300数字电视控制器作为嵌入式控制器应用于电视接收机中，能够解码闭路字幕传输并在屏幕上显示字符。可以直接操作模拟和数字控制电路，监控键盘和红外信号，还能接收和提供垂直和水平同步信号。

工作原理

在典型系统中，正常传输信号被接收和解调，CRT显示器由从彩色解码器和偏转单元接收的信号控制。为了显示Z89300生成的字符，需要一个视频多路复用器，使CRT显示器的RGB信号和同步信号由处理器的视频输出控制。当控制器需要在屏幕上显示字符时，多路复用器切换，处理器的视频信号出现在显示器上。

模拟复合视频信号直接输入到芯片上的模拟到数字转换器，然后进行解码，提取嵌入在视频信号中的闭路字幕文本。接收到的字符被生成为视频信号，然后传递到显示器。

当接收到可检测的复合视频信号时，偏转单元提取水平和垂直同步信号，并将它们传递到CRT偏转板以及Z89300。控制器使用这些信号将其视频信号与正常显示的信号对齐。如果没有复合视频信号，控制器可以提供视频同步。在这种情况下，同步信号引脚被设置为输出，并将信号馈送到偏转单元，从而控制显示。同步发生器可以配置为提供行同步（H-SYNC）和场同步（V-SYNC），或行回扫（H-FLYBACK）和场回扫（V-FLYBACK）。

其他功能控制

模拟功能如音量和颜色控制可以由Z89300的脉冲宽度调制输出控制。其他数字控制如频道微调可以通过串行I²C总线控制。

红外遥控器接收器可以通过捕获寄存器直接解码，键盘输入可以通过直接控制I/O引脚作为按键扫描端口进行扫描。

处理器时钟通过将内部锁相环参考到外部32.768 kHz晶体振荡器提供，这使得时钟电路的电磁干扰（EMI）发射最小化。内部系统时钟频率可以通过软件选择，在正常操作中最高可达12.059 MHz，在低功耗模式下为32.768 kHz。Z89300还可以进入STOP模式，暂停处理器时钟，以实现低功耗操作。

程序、显示和字符图形存储器都在芯片上，无需任何外部存储组件。字符可以以正常大小的两倍或三倍显示，同时提供平滑和边缘处理电路，以增强显示效果。

核心处理器与相关模块