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DZ230闭路电视管理系统,毕业设计
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I 摘要 传统的闭路电视系统，其管理方式是人工独立管理分布在各房间的闭路电视，不但管理过于分散而且人工劳动强度大，在大型的闭路电视系统中，该问题更加突出。本设计的闭路电视 管理系统很好 的解决了这个问题，该系统只需要在主机端有一个用户便能单独和群体控制 100 台闭路电视，提高了闭路电视系统的管理效率，大大减轻了用户的负担。 本次设计的闭路电视 管理系统 是一个利用单片机应用系统实现由主机端控制分布在各个房间的终端闭路电视。 单片机具有体积小、集成度高、功能强、抗干扰能力强、可靠性高、价格低廉、开发较为容易等独特的优点，所以采 用单片机系统来实现闭路电视 管理系统 的设计 ， 使系统 有 结构简单，安装维护简便，易于推广等诸多优点。 本设计的闭路电视 管理 系统使用 89C51 单片机来实现对闭路电视的弱电控制强电，并可以根据用户的要求独立和群体控制 100 台闭路电视。 关键词 ： 独立控制 群体控制 控制器 nts II Abstract The traditional closed-circuit television system, its management is independent of the management of the closed-circuit television in every room, not only management but also too dispersion of labour-intensive, large-scale closed-circuit television system. the issue more prominent.The design of the CCTV monitoring system a very good solution of this issue, the system only need to have a mainframe-users will be able to separate control group and 100 closed-circuit television to improve the efficiency of the management of closed-circuit television system, greatly reducing the burden on users . The design of the CCTV management system is the use of a microcontroller applications from a mainframe-controlled distribution terminals in various rooms of the closed-circuit television. 89C51is small in size, high integration, strong function, anti-jamming ability, high reliability and low prices, relatively easy to develop unique advantages, the use of 89C51 system to achieve the design of the CCTV management system, System is simple structure, installation and maintenance is simple and easy to promote, and many other advantages.The design of the CCTV management system using the 89C51 on closed-circuit television to achieve the strong, weak control, and can be independent in accordance with the requirements of users and groups control 100 closed-circuit television. Key words: independent control groups control Controller nts III 目录 1.前言 . I 1.1 序言 . 1 1.2 课题来源及背景 . 1 1.3 闭路电视管理系统的发展和概况 . 1 1.4 研制闭路电视管理系统的意义 . 2 2.整体设计思路和方案 . 3 2.1 设计概述 . 3 2.2 方案论证 . 3 2.2.1 设计原理 . 3 2.2.2 方案的选择及本方案的 特点 . 3 2.3 闭路电视管理系统的整体框图 . 5 3.闭路电视管理系统硬件设计 . 7 3.1 主机设计 . 7 3.1.1 单片机的选择 . 7 3.1.2 外扩 I/O 接口电路 . 10 3.1.3 显示设备 . 11 3.1.4 输入设备 . 13 3.1.5 看门狗电路 . 15 3.1.6 对讲机的设计 . 15 3.2 终端电路设计 . 16 3.2.1 12 位二进制串行计数器 4040. 16 3.2.2 逻辑电路设计 . 17 3.2.3 开关量接口设计 . 19 3.2.4 闭路电视管理系统电路图 . 21 4.软件设计 . 22 4.1 软件完成的任务 . 22 4.2 闭路电视管理系统的软件模块设计 . 22 4.2.1 主机程序设计 . 22 4.2.2 显示程序 . 23 4.2.3 键盘扫描程序 . 24 5.结论及展望 . 26 5.1 结论 . 25 5.2 闭路电视管理 系统的发展方向 . 26 参考文献 . 28 附录 1：闭路电视管理系统主机电路图 . 29 附录 2：闭路电视管理系统终端电路图 . 30nts 1 1.前言 1.1 序言 随着社会的发展，越来越多的公司，政府机关，学校，工厂等企事业单位使用了闭路电视。但是，随着闭路电视的增加，其管理难度越来越大，为了解决这个问题，许多人研究开发 了各类的闭路电视系统。 在过去，闭路电视系统的管理是人工独立管理分布在各房间的闭路电视，不但管理过于分散而且人工劳动强度大，在大型的闭路电视系统中，该问题更加突出。本设计的闭路电视 管理系统 解决了各闭路电视处于不同房间，不易管理的问题。该系统只需要在主机端有一个用户便能单独和群体控制 100 台闭路电视，不再需要花费大量的人力来管理闭路电视，提高了闭路电视系统的管理效率，大大减轻了用户的负担。而且，闭路电视 管理系统 还可以根据用户的要求进行扩展，以控制更多的闭路电视。 本设计的闭路电视 管理系统 还可以根据用户的要求独 立和群体控制 100 台闭路电视。其功能要求使用单片机 89C51 来实现对闭路电视的弱电控制强电。闭路电视 管理系统 要控制 100 台电视，而且还要求独立控制和群体控制。如果主机与每台终端并行连接的话，将需要大量的端口和连接线路。这不仅会造成系统造价的上升，还不便安装和维护，所以不可行。那么，就用主机接出一条主信号线，将各终端并联在主信号线上。由主机发出控制信号，各终端的控制器根据信号判断工作与否。这样不仅节约成本，还便于安装和维护。 1.2 课题来源及背景 闭路电视系统是很多学校、工厂、企业等单位常用的一种系统，主要 用于各单位自办电视节目的播放，以及教学、会议、活动实况的直播 。目前在各级中小学普及闭路电视教学系统已成为蓬勃之势。国家教委已将闭路电视教学系统作为各类学校电化教学的标准配备，并以此标准对各学校进行考核。如最近进行的全国千所试点校评估工作中 ,就已将闭路电视系统作为一项必要条件进行考核。 在闭路电视 管理系统 的应用中，用户常常要对各个接收端的收看时间和收看内容进行管理， 本 系统充分满足了客户的这一需求。 1.3 闭路电视管理系统的发展和概况 由于技术条件所限，传统的闭路电视 管理系统 采用的方式是：各终端教室有nts 2 专门的教师 值班，必须配备电话，需要使用设备的教师通过电话与主控室取得联系 ,主控室手工操作把播出内容放入录像机、 VCD、 DVD 机中进行播放，而后教师手工切换到那个频道。这种传统的交互方式存在以下致命缺点： 1使用传统的闭路双向系统，容易造成资源浪费 ,不利于教学内容的共享性同一个素材只能由一个教室使用，其它教师必须等待播出结束后才可以使用采用我们的双向交互系统，教学素材数字化以后存储在视频服务器中，同一素材可以被几十个教室同时使用，每个教室可对其进行完全不同的操作，这种方式既避免了素材的磨损和信号衰减，又最大限度地 共享了资源这在传统的闭路系统上是绝对无法想象的。 2使用传统的闭路双向系统，除闭路线以外，还需要另外配置电话线和电话机，给布线施工带来诸多麻烦。 3使用传统的闭路双向系统，教师处于被动地位，无法实现与播出内容之间的实时交互。对教师利用闭路电视进行教学带来了很大的被动和困难，带来了教学设备的闲置和浪费，从而削弱了闭路电视系统的功能。 随着新技术的发展，各种新设备大量涌现，教师在各个教室任意并发点播的必要性就越来越大。本设计中的对讲机方便了各教室与主控室的联系，提高了闭路电视系统的利用率。 1.4 研制闭 路电视 管理系统 的意义 闭路电视及双向控制系统一方面可以接入卫星电视信号，向系统内转播各类电视节目，如中央一套、中央二套、中央三套、中国教育一套、中国教育二套、中国教育三套及各省卫星节目；一方面可以通过安装在教室的机顶盒和机房的12-64 路多通道视频服务器等点播各类教学课件（目前这类教学课件在市场上十分普遍，覆盖各科类和各年级）；同时亦可以通过该套系统实现校长电视讲话、各类会议现场直播，转播电视示范教学等诸多功能。 大力建设闭路电视教学及双向控制系统是现代教育技术发展需要。现代教育技术发展的一个重要趋 势就是要引进电视教学、多媒体教学、远程教学等现代化教学模式。而闭路电视教学及双向控制系统无疑是实现这种教学模式简捷实用的方法。据统计，美国在过去短短几年时间里，就有超过六万所中小学安装了闭路电视教学系统。现在国内各级中小学在安装闭路电视 方面也显示出了旺盛 势头。 nts 3 2.整体设计思路和方案 2.1 设计概述 随着计算机与信息技术的发展，计算机控制系统在越来越多的场合得到广泛的应用。在微机的大家族中，单片微型计算机异军突起，发展迅速。目前单片机已成为工控领域、军事领域及日常生活中最广泛使用的计算机。而使用单片机制作的 闭路电视 管理系统 在实际应用中起了很大的作用。使用者根据自己的需求，通过在主控室控制分布在各处的终端来控制闭路电视，大大提高了管理效率和减轻了劳动负担。 本设计的闭路电视 管理系统 要求可以独立和群体控制 100 台闭路电视 ,使用单片机 89C51 来实现对闭路电视的弱电控制强电。如果主机与每台终端并行连接的话，将需要大量的端口和连接线路。这不仅会造成系统造价的上升，还不便安装和维护，所以不可行。那么，就用主机接出一条主信号线，将各终端并联在主信号线上。由主机发出控制信号，各终端的控制器根据信号判断工作与否。这样不仅节约 成本，还便于安装和维护。本系统可以分为 二 部分：主机部分，键盘输入需要控制的闭路电视编号，输入确定后，单片机得到输入信号，显示出当前的电视机编号，并发出脉冲信号。主机由单片机 89C51， I/O 扩展 8255，显示器 LED和键盘组成； 终端 部分，得到主机发出的脉冲信号，经计数器到逻辑电路，判断控制器编号，如果是主机想控制的控制器，该控制器动作，并通过固态继电器控制电视机和对讲机打开。反之，则不动作。控制器由计数器 4040，逻辑电路，双向光耦合固体继电器 MOC3016 等部分组成。对讲机采用半双工工作方式，方便终端用户 与主控制室联系。 2.2 方案论证 2.2.1 设计原理 独立控制：当主机发出打开某台电视机时，则在键盘输入这台电视机的编号。例如我们想打开电视机 1，则由键盘输入 001，主机便发出控制脉冲信号“ 0 0000 0001”，由主信号线发送到控制器。经计数器 4040 输出 ,Q1Q8 分别输出电平为“高，低，低，低，低，低，低，低” Q9 输出电平为“低”。 Q9 在这里是主机对控制器实现群控时使用的端口。在主机对单个控制器发送指令时，脉冲的最后一位总是“ 0”。所以在此时， Q9 总是输出低电平。 Q1Q8 经过 8 输入与非门 4068得 到低电平信号使 PNP 结三极管 N1 和 N2 导通，三极管 N1 的导通使光耦合双向nts 4 可控硅驱动器工作，电视电源线路导通，电视开。在这里对电视机电源的控制要求比较高，因为闭路电视的工作电源是 220V 交流电源，本设计采用发光二极管 /光触发可控硅型光电隔离器和双向可控硅来控制闭路电视电源；三极管 N2 的导通使触点式继电器工作，打开对讲机，由于对讲机对工作环境和电源要求不高，其工作电压只有 12V，几乎不对系统造成干扰。所以在这里不需要使用光电隔离器作抗干扰手段，使用一般的触点式继电器即可。终端用户也可以按下开关 ST，主动与主机用 户通话。要停止控制器工作，关断闭路电视电源，主机发出信号，经过逻辑电路判别后，控制器作关断动作。当 4068 输出高电平时， N2 关断。继电器无工作电流，刀闸分离，对讲机关断。此时终端用户仍然可以按下开关 ST，主动与主机用户通话。又 4068 输出低电平，则 N1 关断。此时可控硅无正向电压，关断。可控硅关断后，光耦合双向可控硅驱动器无工作电压，停止工作。双向可控硅关断，闭路电视电源关断，闭路电视停止工作。 群体控制：当主机要实现群控，要所有的闭路电视启动，就发送脉冲“ 1 0000 0000”， Q9 输出高电平，控制器实现 群控动作，继而打开全部 100 台电视机。 2.2.2 方案的选择及本方案特点 本次设计的闭路电视 管理系统 要求能够独立和群体控制 100 台闭路电视。其功能要求使用单片机 89C51 来实现对闭路电视的弱电控制强电。 闭路电视 管理系统 要控制 100 台电视，而且还要求能独立控制和群体控制。如果要主机与每台终端并行连接的话，将需要大量的端口和连接线路。这不仅会造成系统造价的上升，还不便安装和维护，所以不可行。那么，就用主机接出一条主信号线，将各终端并联在主信号线上。由主机发出控制信号，各终端的控制器根据信号判断工作与否 。这样不仅节约成本，还便于安装和维护。 要实现上面的第二种方案，首先需要将各控制器编号，以便识别主机的控制信号。控制器的编号由控制器中的逻辑电路实现。该逻辑电路主要由逻辑非门和逻辑与非门组成，这将在本文的后面介绍。由键盘输入需要控制的闭路电视编号，输入确定后，单片机得到输入信号，显示出当前控制的电视机编号，并发出脉冲信号。各个控制器得到主机发出的脉冲信号后，经计数器到逻辑电路，如信号是本机编号，则动作；否则不动作。控制器得到信号后，通过固态继电器控制电视机。当需要群控 100 台闭路电视时，由键盘上一个特定的按 键输入信号，主机得到信号后，发出群控的特定脉冲信号。控制器接收到群控信号，经确认后动作，固态继电器控制电视机。为了便于主机用户与终端用户通信，在设计中引入了简单的对讲机。该对讲机主要用于nts 5 主 机 控制器 1 控制器 2 控制器 100 控制器 3 电视机 1 电视机 2 电视机 3 电视机 100 主机用户与终端用户通话，方便两者间交流。 本方案符合设计要求，实现群体控制和独立控制 100 台电视机，提高了闭路电视系统的管理效率；总线结构简化了连接线路，便于安装和维护，并节约了成本； 主要功能特点： 1、 预排收看时间表中心控制室可按照每天收看的时间和内容预排收看时间表，到时定时打开各个点的电视机进行收看。 2、 电视机电源控 制系统可根据用户的需求自动或手动对一个、几个或全体电视接收点授权，打开电视机的电源，控制管理电视接收点对电视节目的收看。 3、收看频道控制当闭路电视系统用于教育教学节目播放时，可通过主控系统对每个接收点收看的频道进行控制， 综上所述，选择这套方案进行设计是合理有效的。 2.3 闭路电视 管理系统 的整体框图 图 2.1 闭路电视管理系统整体框图 1 nts 6 单 片机 89C51 键盘 4 4 显示 LED 计数器 4040 逻辑电路 固态继电器 电视机 外扩 I/O 口 8255A 继电器 对讲机 主机部分 终端 部分 图 2.2 闭路电视管理系统整体框图 2 nts 7 3.闭路电视 管理 系统 硬件设计 3.1 主机设计 3.1.1 单片机 的选择 Intel 公司单片机是目前应用最广、品种最多的单片机。 MCS-51 系列是 Intel 公司在 MCS-48 系列的基础上在 80 年代初推出的高性能的 8 位单片机。 MCS-51 系列单片机特别适用于实时控制、智能仪表、主从结构的多机系统等领域，是工业检测、控制领域中最理想的 8 位单片机 4。 MCS-51 具有如下一些特点： 集成度高 。 系统结构简单。 系统扩展方便。 可靠性高。 处理功能强、速度高。 容易产品化。 本次设计中用到的单片机是 89C51， 89C51 单片机是 ATMEL 公司生产的 一种带4K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器（ FPEROM Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能 CMOS8 位微处理器，俗称单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除 100 次。该器件采用 ATMEL 高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的 MCS-51 指令集和输出管脚相兼容。由于 将多功能 8 位 CPU 和闪烁存储器组合在单个芯片中， ATMEL 的 89C51 是一种高效微控制器， 89C2051 是它的一种精简版本。 89C51 单片机 21为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。 1主要特性： 与 MCS-51 兼容 ； 4K 字节可编程闪烁存储器 ； 寿命： 1000 写 /擦循环 ； 数据保留时间： 10 年 ； 全静态工作： 0Hz-24Hz ； 三级程序存储器锁定 ； 128*8 位内部 RAM； 32 位 可编程 I/O 线 ； 两个 16 位定时器 /计数器 ； 5 个中断源 ； 可编程串行通道 ； 低功耗的闲置和掉电模式 ； 片内振荡器和 时钟电路 。 2管脚说明： VCC：供电电压。 GND：接地。 P0 口： P0 口为一个 8 位漏级开路双向 I/O 口，每脚可吸收 8TTL 门电流。当 P1nts 8 口的管脚第一次写 1 时，被定义为高阻输入。 P0 能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据 /地址的第八位。在 FIASH 编程时， P0 口作为原码输入口，当 FIASH 进行校验时， P0 输出原码，此时 P0 外部必须被拉高。 P1 口： P1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， P1 口缓冲器能接收输出 4TTL 门电流。 P1 口管脚写入 1 后，被内部 上拉为高，可用作输入， P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在 FLASH编程和校验时， P1 口作为第八位地址接收。 P2 口： P2 口为一个内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， P2 口缓冲器可接收，输出 4 个 TTL 门电流，当 P2 口被写 “1” 时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时， P2 口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。 P2 口当用于外部程序存储器或 16 位地址外部数据存储器进行存取时， P2 口输出地址的高八位。在给出地址 “1” 时，它利用内部上拉优势，当对 外部八位地址数据存储器进行读写时， P2 口输出其特殊功能寄存器的内容。P2 口在 FLASH 编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 P3 口： P3 口管脚是 8 个带内部上拉电阻的双向 I/O 口，可接收输出 4 个 TTL门电流。当 P3 口写入 “1” 后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平， P3 口将输出电流（ ILL）这是由于上拉的缘故。 P3 口也可作为 AT89C51 的一些特殊功能口，如下表所示： 口管脚 备选功能 P3.4 T0（记时器 0 外部输入） P3.5 T1（记 时器 1 外部输入） P3.6 /WR（外部数据存储器写选通） P3.7 /RD（外部数据存储器读选通） RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持 RST 脚两个机器周期的高电平时间。 ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在 FLASH 编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时， ALE 端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的 1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳 过一个 ALE 脉冲。如想禁止 ALE 的输出可在 SFR8EH 地址上置 0。此时， ALE只有在执行 MOVX， MOVC 指令是 ALE 才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态 ALE 禁止，置位无效。 /PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次 /PSEN 有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的 /PSEN 信号nts 9 将不出现。 /EA/VPP：当 /EA 保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（ 0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式 1 时， /EA 将内部锁定为 RESET；当/EA 端保持高电平时，此间内部程序存储器。在 FLASH 编程期间，此引脚也用于施加 12V 编程电源（ VPP）。 3振荡器特性： XTAL1 和 XTAL2 分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件， XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。 4芯片擦除： 整个 PEROM 阵列和三个锁定位的电擦 除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE 管脚处于低电平 10ms 来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写 “1” 且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。 此外， AT89C51 设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下， CPU 停止工作。但 RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存 RAM 的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。 5.结构特点： 8 位 CPU；片内振荡器和时钟电路； 32 根 I/O 线；外 部存贮器寻址范围 ROM、RAM64K； 2 个 16 位的定时器 /计数器； 5 个中断源，两个中断优先级；全双工串行口；布尔处理器； 本次设计中，单片机晶振为 6MHZ,为系统提供时钟信号。 nts 10 E A / V P31X119X218R E S E T9RD17WR16IN T 012IN T 113T014T115P 1 01P 1 12P 1 23P 1 34P 1 45P 1 56P 1 67P 1 78P 0 039P 0 138P 0 237P 0 336P 0 435P 0 534P 0 633P 0 732P 2 021P 2 122P 2 223P 2 324P 2 425P 2 526P 2 627P 2 728P S E N29A L E / P30T X D11R X D10U28 9 C 5 1图 3.1 89C51 单片机 引脚图 3.1.2 外扩 I/O 接口电路 由于 89C51 单片机 I/O 资源有限，所以需要外扩 I/O 接口电路， MCS-51 单片机进行扩展 I/O 接口设计时，要注意以下几个问题： 1 熟悉 MCS-51 本身的 P0P3 口的特性及指令功能。 2 分析清楚要扩展的借口芯片的功能、结构及能力。 3 在进行硬件设计时要注意借口电平及驱动 能力。 4 设计驱动程序要注意，防止总线上的数据冲突。 本设计中用到的接口芯片是 8255A， 完全胜任 I/O 口扩展的需求 。 该芯片是 Intel 公司生产的可编程并行 I/O 接口芯片，它具有 3 个 8 位的并行 I/O 口， 3 种工作方式，可通过编程改变器功能，因而使用灵活方便，通用性强，可作为单片机与外围设备连接时的中间接口电路。 8255A 可执行功能很强，内容丰富的两条命令（方式字和控制字）为用户如何根据外界条件（ I O 设备需要哪些信号线以及它能提供哪些状态线）来使用 8255A 构成多种接口电路，为组建微机应用系统提供了灵活方便的 编程环境。它不仅作为并行接口用于 Intel公司的 CPU 系列，还可用于其他几乎所有 CPU20以及单片机。是一种名副其实的通用并行接口芯片。 8255A 执行命令过程中和执行命令完毕之后，所产生的状态，保留在状态字中，以供查询。 8255A PC 口的使用比较特殊，除作数据口外，当工作在 1 方式和 2 方式时，它的部分信号线 19被分配作专用联络信号； PC 口可以进行按位控制；在 CPU 取 8255A 状态时， PC 口又作 1， 2 方式的状态口用等等。 nts 11 D0 D7：双向数据线。 CPU 通过它向 8255A 发 送命令、数据； 8255A 通过它向 CPU 回送状态、数据。 CS：选片信号线，该信号低电平有效，由系统地址总线经 I / O 地址译码器产生。 CPU 通过发高位端口地址信号使它变成低电平时，才能对 8255A 进行读写操作。当为高电平时，切断 CPU 与芯片的联系。 A1， A0：芯片内部端口地址信号线，与系统地址 总线低位相连。该信号用来寻址 8255A 内部寄存器。两位 地址，可形成片内四个端口地址。 RD：读信号线，该信号低电平有效 CPU 通过 执行 IN 指令，发读信号将数据或状态信号从 8255A 读至 CPU。 WR：写信号线，该信号低电平有效， CPU 通过执行 OUT 指令，发写信号，将命令代码或数据写入 8255A。 RESET：复位信号线，该信号高电平有效。它清除控制寄存器并将 8255A 的A、 B、 C 三个端口均置为输入方式；输出寄存器和状态寄存器被复位，并且屏蔽中断请求； 24 条面向外设的信号线呈现高阻悬浮状态。 D034D133D232D331D430D529D628D727P A 04P A 13P A 22P A 31P A 440P A 539P A 638P A 737P B 018P B 119P B 220P B 321P B 422P B 523P B 624P B 725P C 014P C 115P C 216P C 317P C 413P C 512P C 611P C 710RD5WR36A09A18R E S E T35CS6U38 2 5 5图 3.2 8255A 引脚图 3.1.3 显示 设备 在单片机 6应用系统中，显示器是最常用的输出设备。常用的显示器有：发光二极管显示器（ LED）、液晶显示器（ LCD）和荧光管显示器。近年也开nts 12 始使用简易的 CRT 接口，显示一些汉字及图形。前三种 显示器都有两种显示结构：段显示（ 7 段、“米”字型等）和点阵显示（ 5 7、 5 8、 8 8 点阵等）。而发光二极管 18显示又分为固定显示和可以拼装的大型字段显示，此外还有共阳极之分。 LED 显示器是由若干个发光二极管组成，当发光二极管导通时，相应的一个点或一个笔画发光，控制不同组合的二极管导通，就能显示出各种字符。在单片机应用系统中通常使用的是七段 LED。 LCD（液晶显示器）是一种极低功耗显示器，其应用特别广泛。从电子表到计算器，从袖珍式仪表到微型计算机以及一些文字处理机，都可以利用液晶显示器。 LCD 本身不 发光，它只是调节亮度。 LCD17利用液晶的扭曲 向列效应制成。 荧光显示管是在真空容器中封入阴极（直热式灯丝）、栅极（金属网）和阳极（涂有荧光体的导体）的一种三极电子管。荧光管显示器利用热电子轰击荧光粉发光显示，有亮度大、功耗低等特点。 在本次的设计中只需要显示闭路电视的编号，所以用 LED 显示器作为系统的显示器足够了。 74LS47 是 BCD-7 段译码器 ， 是数字集成电路，用于将 BCD 码转化成数码块中的数字，然后我们就能看到从 0-9 的数字。 74LS47 译码器原理 ： 译码为编码的逆过程。它将编码时赋 予代码的含义 “ 翻译 ” 过来。实现译码的逻辑电路成为译码器。译码器输出与输入代码有唯一的对应关系。 74LS47 是输出低电平有效的七段字形译码器，它在这里与数码管配合使用 。 前面对显示器的设计只进行了原理方面的分析 ,没有涉及到 LED 的驱动问题。实际上这是显示器设计中一个非常重要的环节。因为如果驱动能力差 ,显示器亮度就低；且驱动器 16长期在负荷下运行很容易损坏。下简要介绍选择 LED 驱动器时应注意的问题。 显示分为静态显示、动态显示和硬件译码显示三种方式 ,由于这两种方式有本质的不同 ,因此在选择 LED 驱动器时 ,一定要 分清显示方式 . 如果是静态显示 7,则 LED 驱动器的选择较为简单 ,只要驱动器的驱动能力与显示器的工作电流相匹配即可 .而且只需考虑段的驱动 .因为 ,共阳极接+5V,而共阴极接地 ,所以位的驱动无须考虑 . 动态显示则不然 ,由于一位数据的显示是段和位选信号共同配合完成的 ,因此必须同时考虑段和位的驱动能力 ,而且段的驱动能力决定位的驱动能力。段的驱动能力是由显示器的亮度决定的 ,通过发光二极管的电流越大 ,其亮度也就越高 .对于静态显示器 ,当某位点亮时 ,此位中点亮的段通过恒定的电流；而对于动态显示器 15,此电流却是以一定 的脉冲方式出现的 ,其峰值电nts 13 A7B1C2D6LT3B I / R B O4R B I5a13b12c11d10e9f15g14U67 4 L S 4 7abfcgdeD P Y L E D g n 1234567abcdefgU7 D P Y _ 7 - S E GabfcgdeD P Y L E D g n 1234567abcdefgU8 D P Y _ 7 - S E GabfcgdeD P Y L E D g n 1234567abcdefgU9 D P Y _ 7 - S E GD034D133D232D331D430D529D628D727P A 04P A 13P A 22P A 31P A 440P A 539P A 638P A 737P B 018P B 119P B 220P B 321P B 422P B 523P B 624P B 725P C 014P C 115P C 216P C 317P C 413P C 512P C 611P C 710RD5WR36A09A18R E S E T35CS6U38 2 5 5A7B1C2D6LT3B I / R B O4R B I5a13b12c11d10e9f15g14U57 4 L S 4 7A7B1C2D6LT3B I / R B O4R B I5a13b12c11d10e9f15g14U47 4 L S 4 74 7 2 1流不能真实地反映二极管的亮度 ,而必须以与脉冲占空比有关的平均值电流来考虑。 硬件译码显示是利用硬件译码器来代替软件求得显示代码的方法，只要把 BCD 码（或十六进制码）从相应的端口输出即可。近年来，厂家已生产出许多专用显示芯片，例如， MOTOROLA 公司生产的 BCD-七段译码芯片MC14558；同时具有译码 14及驱动功能的 MC14547 和 74 系列的 74L47，74LS48， 74LS49；还有锁存、译码、驱动三位一体的器件， MC14513， MC14495，MC14499；也有将锁存器 、译码器、驱动器和显示器四者合一，组成一个只写存储器式显示模块。 闭路电视 管理系统 所的显示要求并不高，显示位数也只有三位，所以我将采用 74LS47 来设计一个静态硬件译码显示电路。 Intel8255A 为扩展接口，利用 8255 的 B 口、 C 口作为输出口并锁存器。由于 BCD 码为 4 位二进制数，故每个口可控制两位 LED 显示器，每位显示器与 8255 口之间均接一片 74LS47（ BCD-七段译码转换电路）用来完成 BCD 码 -七段显示码的转换。此电路称作 3 位 LED 静态硬件译码显示电路。 图 3.3 显示电 路 3.1.4 输入设备 4 4 键盘 键盘是由若干个按键组成的开关矩阵；它是一种廉价的输入设备。一个键盘，通常包括有数字键（ 0 9），字母键（ A Z）以及一些功能键。操作人员可以通过键盘向计算机输入数据、地址、指令或其它的控制命令，实现简单的人机nts 14 对话 13。 本设计中共有 15 个按键，分别为数字键 0 9，开，关，复位，群体开关，电源开关，数字键可以输入 1 100 电视机编号，“开”“关”分别控制电视机的开与关，群体开关用于需要打开所有的电视机的情况。 1 2 3 群体开 4 5 6 7 8 9 电 源 开 0 关 复 位 图 3.4 键盘面板图 1.键盘类型 本键盘 3为行列式 (矩阵式 )键盘接口，用于按键数目较多的场合，由行线和列线组成，按键位于行、列的交叉点上。按键数目较多的场合，行列式键盘与独立式键盘相比，要节省很多的 I/O 口线。行列式键盘工作原理：无键按下，该行线为高电平，当有键按下时，行线电平有列线的电平来决定。由于行、列线为多键共用，各按键彼此将相互发生影响，必须将行、列线信号配合起来并作适当的处理，才能 确定闭合键的位置。 2.电路连接方式 本设计电路连接方式为 扫描 法 ，能快捷的确定按键所在的行列值，只需两步。 第 1 步：列线输出为全低电平，则行线中电平由高变低的所在行为按键所在行。 第 2 步：行线输出为全低电平，则列线中电平由高变低所在列为按键所在列。 方法介绍如下： 首先把所有的列线均置为低电平，检查各行线电平是否有变化，如果有变 化，则说明有键被按下，如果没有变化，则说明无键被按下。 上述识别具体按键的方法叫做扫描法，即先把某一列置低电平，其余列为 高电平，检查各行线电平的变化，如果某行线 电平为低电平，则可确定此交叉线处按键被按下。 3.如何消除按键的抖动 nts 15 D034D133D232D331D430D529D628D727P A 04P A 13P A 22P A 31P A 440P A 539P A 638P A 737P B 018P B 119P B 220P B 321P B 422P B 523P B 624P B 725P C 014P C 115P C 216P C 317P C 413P C 512P C 611P C 710RD5WR36A09A18R E S E T35CS6U38 25 5R25 . 1kR35 . 1kR55 . 1kR45 . 1k+ 5V1 2 3 群体开4 5 6 电源复位关08 97开MR1V C C 2G N D3P F I4P F 0 5W D I 6R E S T 7W D 08U1M A X 8 1 3 L常用软件来消除按键抖动。基本思想：检测到有键按下，键对应的行线为低，软件延时 10ms 后，行线如仍为低，则确认该行有键按下。 当键松开时，行线变高，软件延时 10ms 后，行线仍为高，说明按键已松开。采取以上措施，躲开了两个抖动期 t1 和 t3 的影响。 图 3.5 键盘电路 3.1.5 看门狗电路 在由单片机构成的微型计算机系统中 8,由于单片机的工作常常会受到来自外界电磁场的干扰 ,造成程序的跑飞 ,而陷入死循环 ,程序的正常运行被打断 ,由单片机控制的系统无法继续工作 ,会造成整个系统的陷入停滞状态 ,发生不可预料的后果 ,所以出于对单片机运行状态进行实时监测的考虑 ,便产生了一种专门用于监测单片机程序运行状态的芯片 ,俗称 看门狗 5。 图 3.6 MAX813L nts 16 看门狗电路的应用 ,使单片机可以在无人状态下实现连续工作 ,其工作原理是 :看门狗芯片和单片机的一个 I/O引脚相连 ,该 I/O引脚通过程序控制它定时地往看门狗的这个引脚上送入高电平 (或低电平 ),这一程序语句是分散地放在单片机其他控制语句中间的，一旦单片机由于干 扰造成程序跑飞后而陷入某一程序段不进入死循环状态时 ,写看门狗引脚的程序便不能被执行 ,这个时候 ,看门狗电路就会由于得不到单片机送来的信号 ,便在它和单片机复位引脚相连的引脚上送出一个复位信号 ,使单片机发生复位 ,即程序从程序存储器的起始位置开始执行 ,这样便实现了单片机的自动复位 . 本次设计中，我采用的是美国 MAXIM 公司生产的 MAX813L 进行看门狗电路的设计， MAX813L 的内部看门狗定时时间为 1.6s，如果在 1.6s 内 WDI 引脚保持为固定电平（高或低），看门狗定时器输出端变为低点平，二极管导通，使低电平加到端 ， MAX706P 产生 RESET 信号使 89C51 复位，直到复位后看门狗被清零 WDO才变为高电平。当 WDI 有一个跳变沿信号时，看门狗定时器被清零。将 DI 接到P1.5 上，在程序中只要在小于 1.6s 时间内将该口线取反一次，即能使定时器清零而重新计数，不产生超时溢出程序正常运行。当程序跑飞，不能执行产生 WDI的跳变指令，直到 1.6s 因超时溢出而变低，产生复位信号使程序复位 3.1.6 对讲机的设计 我们将在这里简单介绍一下对讲机的工作方式。 由于在闭路电视 管理系统 中引入对讲机 9只是方便主机用户与终端用户交 流，对其工作要求不高，所以在本次设计中对讲机将采用半双工方式工作。主机用户在讲话时终端用户只能听而不能讲话；当终端用户讲话时主机用户不能讲话。即该对讲机系统只能有一端讲另一端听，不能同时讲、听。为了节约成本和维护方便，对讲机只在主机端设一个功率放大器。而终端就不用再重复装设了。该放大器作用是将音频信号放大，使 扬声器 工作稳定。 3.2 终端电路 设计 3.2.1 12 位二进制串行计数器 4040 4040 是 12 位二进制串行计数器。所有的计数器为主从触发器。计数器在
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