大学本科毕业论文-可视门禁系统的设计

大学本科毕业设计PAGEPAGEIV可视门禁系统的设计摘要在现代智能建筑中装设安全防范装置和可视对讲门禁装置是发展的必然趋势。本文介绍的可视对讲门禁户内机系统以单片机AT89S52作为系统控制核心部件，配以呼叫检测模块、摘挂机检测模块、视频显示及控制模块、开锁和音频信号输入/输出控制模块、音频信号输入放大模块、音频信号输出前置放大模块以及键盘组成。采用汇编语言编写单片机程序，实现主机和副机之间双向通话，同时可通过主机的摄像头，在副机的显示器上显示出访客头像等功能。利用键盘作为控制信号输入，实现房号（机号）修改、摘/挂机控制、单双工控制、开门信号发送、监控大门口等控制功能。关键词可视门禁；单片机；键盘扫描；双工对讲；音频信号AbstractItistheinevitabledevelopmenttrendinstallingsafeguardandvisualdiplextalkinmodernintelligentbuilding.Thearticleintroducesthevisualdiplextalkentranceguard,itscoreisAT89S52singlechipmachine(SCM),includingcallingdetectingmodule,picking-hangingtelephonedetectingmodule,videodisplayandcontrolmodule,unlockandaudiosignalinput/outputmodule,audiosignalinputamplificationmodule,audiosignaloutputpre-amplificationmoduleandkeyboard.Usingtheassemblylanguageprogramstoachievethediplextalkbetweenmainmachineandsecondarymachine,anddisplaystheguest’simageinthescreenofsecondarymachinepickingupbythecameraofmainmachine.Byuseofthekeyboard,achievesthefunctionofinputcontrolsinglethatmodifyingtheroomnumber,picking-hangingtelephonecontrol,unilateralanddiplextalkcontrol,openinggatesignalsending,monitoringgateandsoon.KeywordsVisualentranceguardSinglechipmicrocomputer(SCM)KeyboardscanDiplextalkAudiosignal目录摘要 IAbstract II第1章绪论 11.1课题的背景 11.2课题研究的目的和意义 11.3可视门禁系统的概述 11.3.1国内外在该方向的研究现状及分析 11.3.2可视门禁的发展趋势 21.4本课题研究的主要内容 2第2章可视门禁室内用户机硬件电路介绍 32.1可视门禁总系统框图 32.2可视门禁户内机框图 32.3硬件电路介绍 42.3.1主要元件的选择 42.3.2单元电路的原理和电路图介绍 82.4本章小结 10第3章可视门禁室内用户机程序设计 113.1程序设计语言的选用 113.1.1汇编语言是最基本的程序设计语言 113.1.2能充分利用机器的硬件功能与结构特点 113.1.3用汇编语言编写的程序系统性能高 113.1.4用汇编语言编写的程序实时性能好 113.2程序设计的步骤 113.3软件开发环境 123.4程序总流程图 133.5单片机源程序设计 133.5.1键盘扫描程序 143.5.2单片机通信程序 153.5.3单片机读写93C46的程序 193.5.4振铃、拨号音、按键音信号产生程序 213.5.5可视门禁户内单片机的总程序 213.6本章小结 21第4章可视门禁室内用户机调试 224.1程序在仿真软件中调试 224.1.1仿真调试的优点 224.1.24×4键盘扫描程序仿真调试 224.1.3通信子程序仿真调试 234.1.4方波语音程序仿真调试 234.2程序在硬件中调试 244.3本章小结 24结论 25参考文献 26致谢 27附录1 27附录2 29PAGE44第1章绪论1.1课题的背景近年来，在城区住宅小区普遍提出小区智能化，国家建设部对此也提出了具体的要求。但是由于商业运筹、价格、技术等诸多原因，使实际应用中，起主导作用的还是普通楼宇对讲系统，并且在普通楼宇对讲系统中带报警功能的系统也不被人们看好。另外，由于普通楼宇对讲系统用于千家万户，属于公用设施，因此要求普通楼宇对讲系统面耐用性强，系统运行可靠性高，同时价格要低，系统维护方便。这些要求相互矛盾，给普及楼宇对讲系统的设计提出了较高的要求。1.2课题研究的目的和意义本课题研究的是可视对讲门禁系统，可视对讲系统提供舒适、安全、高品位、方便的家庭生活空间。在室内通过可视用户机对来访者进行识别，既可免除烦扰，又可简化开门程序，是房屋的理想设施。可视对讲系统也可以在遇到紧急情况或特发事件时，在室内通过副机来监控门口的情况或向保安管理中心进行紧急报警，达到防盗的目的并为处理突发事件提供保障[1]。随着社会的发展，人类的进步，人们对生活、居住质量的要求也越来越高，安全、舒适和先进的居住环境已成为现代化住宅小区（或智能化住宅小区）的基础。可视对讲门禁系统越来越受到用户的欢迎和喜爱，同时又大大促进了楼宇可视对讲系统的发展[1]。楼宇可视系统适应了社会的信息化，实现了住户对访客图像识别和双向通话功能，增加了安全可靠性，有效地保护了住户的人身安全和财产安全，成为二十一世纪房地产投资开发的主导方向，正在成为小康住宅不可缺少的配套设施。可以说，微型计算机和单片机的迅速发展和它在各个领域智能化应用为智能可视门禁提供了条件和技术，楼宇可视对讲系统所涉及的各项技术的背景均是成熟的，其技术发展符合现代数字化技术的潮流，它是信息化社会发展的必然趋势[2]。1.3可视门禁系统的概述1.3.1国内外在该方向的研究现状及分析楼宇对讲系统在欧美国家、香港、台湾等地区已采用近20多年，自1992年起，国外楼宇对讲系统生产制造商陆续到中国开拓市场[2]。时至今日，国内的生产厂商已猛增至260家左右，以深圳白兰公司为代表的国内楼宇对讲系统的市场占有率达80%左右。自2000年以来，有实力的厂家集中开发联网型楼宇智能小区，楼宇智能系统集成度越来越高，首先实现了多门口机多管理机系统，接着集成了安防报警、小区服务及信息发布等功能，另外一些厂家还集成了三表远抄、监控及巡更等系统、产品的稳定性在进一步提高。室内分机主要有对讲及可视对讲两大类产品，基本功能为对讲（可视对讲）、开锁。随着产品的不断丰富，许多产品还具备了监控、安防报警、户户通、信息接收、远程电话报警、留影留言提取、家电控制等功能。可视对讲分机有彩色液晶及黑白CRT显示器两大类。现在，许多技术应用到室内分机上，如无线接收技术、视频字符叠加技术等。无线电技术用于室内机接收报警探头的信号，适用于难以布线的场合。室内机在原理设计上有两大类型：一类是带编码的室内分机，其分支器可以做得简单一些，但室内分机成本要高一些；另一类编码由门口主机或分支器完成，室内分机做得很简单。彩色室内分机的液晶屏目前还没国产化，成本较高，这是制约彩色可视楼宇对讲系统应用的瓶颈。可视分机方面趋向于超薄免提壁挂，但流行最多的仍是壁挂式黑白可视分机。室内分机在楼宇对讲系统中占据成本较大，从发展来看，以带安防报警、信息发布的彩色分机在高档楼盘中应用较多，中档以黑白可视对讲分机居多，低档配套为对讲分机[3]。1.3.2可视门禁的发展趋势可视门禁系统正形成为一个相对独立的产业部门，与电视监控、防盗报警、门禁管理、智能停车场等共同组成了安防产业。销售量增加，竞价行业严重，利润率降低，部分厂商意识到竞价行业将带来毫无生存空间的严重后果，故致力于提升产品品质，增加对售后服务的投入，加快产品开发的进度，楼宇对讲市场区逐渐成形。黑白可视对讲成为市场主流，普通对讲仍具有一定的市场，彩色可视对讲市场增长缓慢。楼宇对讲的目前市场主流的黑白可视普通对讲，在处于市场导入阶段的欠发达地区市场潜力巨大，而彩色可视对讲由于其价位高，功能有过剩之嫌，市场增长缓慢。但是，彩色可视对讲在高级住宅或别墅的配套上将呈上升趋势。可视门禁的功能趋向多样化和综合化。近三年，由于受金融危机及经济不景气等影响，国外品牌销售不畅。虽然国外品牌厂家纷纷改变行销策略，试图拓展市场，却无力改变颓势。国内楼宇对讲生产厂商数量多，但规模相对较小。1.4本课题研究的主要内容可视门禁系统主要分为大门口主机和室内用户机两大部分，本课题研究的主要内容是在了解可视门禁整个系统的工作原理及功能前提下，设计室内用户机的单片机程序。它以单片机AT89S52作为系统控制核心部件，配以呼叫检测模块、摘挂机检测模块、视频显示及控制模块、开锁和音频信号输入/出控制模块、音频信号输入放大模块、音频信号输出前置放大模块以及按键组成[1]；采用汇编语言编写单片机程序[4]，实现主机和副机之间能够实现双向通话，同时可通过主机的摄像头，在副机的显示器上显示出图像等功能；利用键盘来作为控制信号输入，实现相应部分电路的控制——房号（机号）修改、摘/挂机、单双工对讲控制、开门信号发送、监控大门等。要求各系统不仅能正确、有效地执行命令，同时还要求大门口主机与多台副机中的某一台之间进行语音、图象的传送时不受其他副机的影响。第2章可视门禁室内用户机硬件电路介绍2.1可视门禁总系统框图可视门禁系统如图2-1所示，它由一台门庭主机和若干台室内用户机连接而成，在门庭主机上可以按任一台室内用户机的机号来呼叫用户。当用户摘机后，用户在通过副机显示屏可以看到来访者的图像，同时可以和来访者进行对话，从而更好地识别来访者，免受不必要的打扰；还可以按开门键即可打开门让来访者进入，简化开门程序；并可在任意一台室内用户机上通过监控键对大门口进行监控[5]。主副机通信线可视门禁门庭主机可视门禁门庭主机室内用户机1室内用户机2室内用户机3室内用户机4室内用户机5室内用户机6室内用户机7室内用户机N图2-1总系统框图2.2可视门禁户内机框图可视门禁户内机的工作原理如图2-2所示。音频信号音频信号振铃、报警信号数字数字信号信号视频信号单片机单片机门庭主机模拟串行通信辅助模块视频控制电路音频控制电路通话机显示驱动电路显示屏副机键盘振铃、报警存储电路电源模块开门按键图2-2可视门禁户内机框图室内用户机是由单片机、音频控制模块、视频控制模块、模拟串行通信辅助模块、存储电路、电源电路等和相应的外围元件组成。单片机是此系统的核心控制器，它负责与主机单片机进行通信，当接到主机的呼叫信号时，单片机向音频电路输送一定频率的信号，让音频电路产生振铃信号，发出振铃。当摘机或监控时，单片机打开音频和视频电路，同时与主机通信，让主机也打开相应的音频和视频电路，实现可视对讲功能。当按了开门键时，副机单片机发送相应的开门信号到主机单片机，执行开门程序。挂机时，单片机又发送挂机信号给主机，让主机关闭相应的程序[6]。2.3硬件电路介绍2.3.1主要元件的选择单片机的选择及功能简介本系统使用AT89S52单片机。AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS

8位通用微控制器。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容，片上有8KB可编程Flash存储器，对监控系统较为适用。在单一芯片上，拥有灵巧的8位CPU，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。它具有串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52可降至0Hz

静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止[7]。AT89S52单片机应用特征主要有以下几方面[8]：集成度高。它的内部包8KBROM，256BRAM；32个可编程I/O口线，1个全双工串口，3个16位定时器，8个中断源，ISP在线编程功能，以及1个处理功能很强的处理器。系统结构简单。该芯片内部采用模块式结构，增加或更换1个模块，就能得到系统指令和引脚兼容的新产品。另一方面具有64KB的外部程序存贮器寻址功能和64KB的外部RAM和I/O寻址功能。处理功能强，速度快。CPU时钟可达到33MHz，单片机指令系统中具有加、减、乘、除指令，各种逻辑运算和转移指令，还有位操作（布尔处理机）功能。CPU的时钟速度高达12MHZ，单字节乘、除法仅需4μs,而且具有特殊的通信功能，可作为多机系统的一个子系统。容易产品化。由于AT89S52单片机具有体积小、可靠性高、功能强及价格低等优点，容易形成产品。因此该单片机被誉为“控制领域中的最佳8位微型计算机”。AT89S52单片机有如图2-3和图2-4所示的两种封装形式。该芯片不仅具有MCS－5l系列单片机的所有特性，而且片内集成有8K字节的电擦除闪烁存储(FlashEPROM)和PLCC。其价格低,是目前性能价格比较高的单片机芯片之一。它为很多嵌入式控制应用提供厂一个高度灵活的有效的解决方案[7]。引脚结构：图2-3AT89S52DIP40封装图图2-4AT89S52PLCC-44封装图我们选取AT89S52作为核心控制部件，其原因有：从AT89S52单片机的资源考虑。如I/O口、定时器、中断源的数目、串行口的数目与特性、程序和数据存储器的容量等，这些都达到了我们设计的可视门禁需要的资源。封装形式符合我们产品要求，而且性价比高。AT89S52是我们接触最多，最熟悉的芯片之一，系统扩展方便，有大量的应用程序可以借用或借鉴，可以缩短开发周期，程序质量高。内部集成看门狗计时器。MC34118的选择和简介本系统的语音电路选取MC34118，图2-5为MC34118的原理框图[7]。图2-5MC34118原理框图MC34118是MOTOROLA免提式电话机专用集成电路，工作在半双工状态的转换芯片。由放大器、电平检测器、衰减器、监听器、滤波器及控制单元组成。用在普通模拟电话机内消除侧音的一块芯片，能够比较满意的禁止麦克风录到本机喇叭播放的声音。它比较放音和录音的电平，谁小就禁止谁，全双工通信变成了半双工通讯，不过通话时一般感觉不到。MC34118的内部比较复杂，有4个电平比较器，两个背景噪音监视器，一个AGC，一个拨号音检测器，两个衰减器，一个控制衰减器的控制模块，还有一些放大电路。MC34118有如下优点[7]：衰减器增益范围较宽，发送和接收之间为520dB。采用电话线路供电时工作电压为3.0～6.5V。具有四点信号检测控制系统提高了控制灵敏度。发送和接收通道设有背景噪声监测器。采用外接电阻控制发送放大器的增益，并提供静音功能。芯片有工作/等待两种操作方式。根据用户的需要可外接滤波器。芯片有拨号音输入时，拨号音检测器禁止接收放大器为空闲方式。AT93C46的选择和简介为了避免断电数据丢失，节省单片机的I/O口，本系统选取串行EEPROM——AT93C46作为存储器，如图2-6、图2-7和表2-1所示。AT93C46是一种可以定义为16位（ORG引脚接Vcc），当ORG引脚悬空时内部的上拉电阻把存储器选择为16位结构，或者定义为8位（ORG引脚接GND）的1K位的串行EEPROM存储器，可以通过DI引脚或DO引脚进行写入或读出，采用CSIalyst公司先进的CMOSEEPROM浮动门工艺[7]。图2-6AT93C46DIP封装图2-7AT93C46SOIC封装表2-1AT93C46管脚说明管脚名称功能CS片选信号SK时钟输入DI串行数据输入DO串行数据输出Vcc电源（1.8V到6V）GND接地DC空脚ORG存储器结构选择AT93C46还具有以下特征：它具有高速度操作（1MHz），低工耗工艺。可以经受1,000,000次的写入/擦除操作，片内数据保存寿命达到100年。可选择8位或者16位结构。写入时自动清除存储器内容。硬件和软件写保护，慢上电写保护。商业级、工业级和汽车级温度范围。LM393的选择和简介本电路在通信模块中用到了LM393电压比较器，图2-8为它的功能框图和管脚排列图。LM393是一块高增益，宽频带，双比较器芯片，其有两个独立、精确的电压比较器。失调电压不超过2.0mV，两比较器是专门设计在电压范围较宽的单电源下工作，但在双电源下也能工作，并且其电源电流大小不受电源电压幅度大小影响。这些比较器有一个独特的性能，就是即使在单电源下工作，其输入共模电压范围也保持零电平[7]。其特点如下：电源电压范围宽。单电源：2.0V～36V，双电源：±1V～±18V；电源电流消耗低：0.4mA；输入偏置电流低：25nA；输入失调电流低：±5nA；最大输入失调电压：±3mV；输入共模电压范围接近零电平；差模输入电压范围等于电源电压；输出饱和电压低：250mV；图2-8LM393功能框图和管脚排列图解表2-2LM339的引脚说明引脚符号功能引脚符号功能1OUTA比较器1输出5INB+比较器2同相输入2INA-比较器1反相输入6INB-比较器2反相输入3INA+比较器1同相输入7OUTB比较器2输出4GND接地8VCC电源LM386的选择和简介LM386是美国国家半导体公司生产一种音频集成功放，具有自身功耗低、电压增益可调整、电源电压范围大、外接元件少和总谐波失真小等优点。其主要应用于低电压消费类产品，广泛应用于录音机和收音机之中。引脚如图2-9所示。LM386具有如下特性[7]：（1）静态功耗低，约为4mA，可用于电池供电；（2）工作电压范围宽，4-12V或5-18V；（3）外围元件少；（4）电压增益可调，20-200；（5）低失真度。图2-9LM386引脚图2.3.2单元电路的原理和电路图介绍电源电路电源电路如图2-10所示。PWR为15V输入，经过1N4001整流后分两路，一路经78L05稳压滤波后为其它模块提供5V的直流电源；另一路经三极管D2510和稳压二极管后滤波提供12V直流电源。图2-10电源电路通信转换模块为方便介绍通信辅助模块电路工作原理，先介绍如图2-11所示的主机为通信线提供电源的电路。HIGH一直为低电平，则Q16截止而集电极为高电平，Q17导通使集电极为低电平，Q15就导通，12V电源通过Q15、D9和3个分流电阻加到CTRL上。图2-11主机向通信线提供电源的电路本可视门禁最大的亮点就是用一条通信线进行单片机之间的通信，比用串行通信口通信少用了一条线，且不比串行通信差，在实际中降低了系统的布线成本。两单片机都接有如图2-12所示的通信辅助电路。单片机没通信时，SERIN和HAND通过单片机的P3.4和P3.5为高电平，Q2和Q8导通，而Q1和Q7截止，CTRL为约12V，电压比较器输出的USE为高电平，单片机检测到高电平则为通信空闲。当一方单片机要向对方单片机发送数据时，发送方单片机P3.5输出为低电平，Q8截止而Q7导通，CTRL被分压降至约6V，接收单片机检测到电压比较器输出的USE为低电平时，进入接收程序。发送机通过SERIN发送数据，控制Q1和Q2的导通截止状态，数字信号在CTRL通信线上转换成0和6V的电压，接收机通过SEROUT的高低电平判断相应的数据，完成通信过程。发送机发送完数据后，马上把HAND提为高电平，进入通信空闲状态。图2-12通信辅助模块电路视音频控制电路视音频控制电路如图2-13所示。本系统对视频的控制是通过单片机的P2.1口，来控制三极管Q5导通或截止，为视频显示电路和显示屏接通或断开电源，控制视频的显示。而对音频也是P2.1控制继电器，从而按通或者断开音频信号线，控制语音通话。图2-13视音频控制电路音频传输处理电路图2-14为本系统的语音传输处理模块。系统的语音的好坏取决于此芯片和其相应的外围电路设计是否合理。本电路采用了免提式电话机专用集成芯片MC34118及相应的外围电路，语音信号通过AUDO和主机的语音处理电路相接，实现简单的语音通话[9]。通过单片机的P2.0控制进入单工状态，即在副机这边讲话，主机那边听不到，但主机那边讲话，副机这边可以听到。此电路还可以通过单片机的I/O口输出相应的信号来产生振铃音、拨号音和按键音，方便在操作时提示。图2-14音频传输处理电路2.4本章小结本章从可视门禁整体系统出发，介绍整个系统原理框图，介绍了硬件电路的主要芯片管脚、特点、应用条件及各个单元电路的电路图和工作原理，为下一章单片机程序设计作准备。第3章可视门禁室内用户机程序设计3.1程序设计语言的选用本设计中采用的处理器是AT89S52单片机，由此可采用面向MCS-51的程序设计语言，包括ASM51汇编语言和C51高级语言，这两种语言各有特点。汇编语言更接近机器语言，常用来编制与系统硬件相关的程序，如访问I/O端口、中断处理程序、实时控制程序、实时通信程序等；而数学运算程序则适合用C51高级语言编写，因为用高级语言编写运算程序可提高编程效率和应用程序的可靠性。考虑到汇编语言的以下特点，在智能测控装置的基本功能软件开发中，全部程序均采用ASM51汇编语言编写。3.1.1汇编语言是最基本的程序设计语言迄今为止，汇编语言仍然是计算机系统底层软件（例如汇编程序、PC机的BIOS等）设计的基本语言。3.1.2能充分利用机器的硬件功能与结构特点汇编语言与机器语言密切相关，因此能透彻地反映计算机硬件的功能与特点。程序员可充分利用机器硬件系统的许多特性（如寄存器、标志位以及一些特殊指令等）。这样能充分发挥程序设计的技巧。3.1.3用汇编语言编写的程序系统性能高汇编语言程序具有执行速度快和节省存储空间的特点，它可以精确地描述算法，把计算过程和控制过程刻画得更具体。3.1.4用汇编语言编写的程序实时性能好用汇编语言编制的程序可以对各种接口芯片及I/O端口直接进行控制，实时性能好。对于一些应用领域（例如工业监控系统等）汇编语言是不可缺少的，一般高级语言不适合这种应用，因为一般高级语言不能充分地利用计算机硬件所提供的诸如中断等方面的功能。综上所述，汇编语言由于采用了助记符号来编写程序，比用机器语言的二进制代码编程要方便些，在一定程度上简化了编程过程。汇编语言的特点是用符号代替了机器指令代码，而且助记符与指令代码一一对应，基本保留了机器语言的灵活性。使用汇编语言能面向机器并较好地发挥机器的特性，得到质量较高的程序。汇编语言像机器指令一样，是硬件操作的控制信息，因而仍然是面向机器的语言，使用起来还是比较繁琐费时，通用性也差。但是，汇编语言用来编制系统软件和过程控制软件，其目标程序占用内存空间少，运行速度快，有着高级语言不可替代的用途。3.2程序设计的步骤根据任务要求，采用汇编语言编制程序的过程称为汇编语言程序设计。汇编语言程序设计的步骤：理解题意，明确要求，确定解决问题的算法，建立数学模型；分配内存单元，编制程序流程图；编制源程序：进一步合理分配存器单元和了解I/O口地址，按功能设计程序，明确各程序之间的相互关系，用注释行说明程序，便于阅读和修改调试程序；在计算机上用仿真软件调试；程序优化，根据各程序关系进一步优化源程序。3.3软件开发环境单片机的应用系统的开发的传统方法都是借助于开发系统——仿真机或开发机，系统备有软件开发平台与之配套。目前单片机常用的软件开发平台有Wave6000和KeiluVision，本次选用了Wave6000，下面介绍Wave6000的特点。Wave6000IDE环境，中/英文界面可任选，用户源程序的大小不再有任何限制。有丰富的窗口显示方式，多方位，动态地展示仿真的各种过程，使用极为便利。Wave6000具有软件模拟仿真功能。伟福WINDOWS调试软件为您提供了一个全集成环境，统一的界面，包含一个项目管理器，一个功能强大的编辑器，汇编Make、Build和调试工具并提供一个与第三方编译器的接口。由于风格统一，从而大大节省了开发的精力和时间。项目管理功能：现在单片机软件越来越大，也越来越复杂，维护成本也很高，通过项目管理可化大为小，化繁为简，便于管理。项目管理功能也使得多模块，多语言混合编程成为可能。多语言多模块混合调试：支持ASM（汇编）、PLM、C语言多模块混合源程序调试，在线直接修改、编译、调试源程序。如果源程序有错，可直接定位错误所在行。直接点屏观察变量：在源程序窗口，点击变量就可以观察此变量的值，方便快捷。强大的书签、断点管理功能：书签、断点功能可快速定位程序，为编写、查找、比较程序提供帮助。类似IE的前进、后退定位功能：可以在项目内跨模块地定位光标前一次或后一次位置，为比较、分析程序提供帮助。类似Delphi的界面操作：类似Delphi的集成调试环境，灵活多变的窗口“靠岸”(Docking)功能，可以方便地将窗口平排靠岸，或以页面方式靠岸，任由用户自己按排。桌面整洁，操作灵活。方便实用、功能多样的源程序编辑窗口：①窗口分隔功能可将源程序窗口分成两个完全独立的编辑窗口，而所编辑的内容却是同一程序，为分析、比较检查大程序提供方便。②语法相关彩色显示，使得编写程序轻松，观察程序醒目。且用户可自己定义所喜好颜色，享受个性化编程带来的快乐。③书签功能提供多达9个书签，使得您在分析、比较、检查大程序时从容不迫。④寻找配对符号功能为您在复杂程序嵌套中找到“另一半”，例如可以找与‘{’相对的‘}’，或为‘（’找到相对的‘）’。⑤多行程序的同进同退功能，可以使得程序错落有致，帮您编写优美、整洁的程序。外设管理功能：外设管理可以让您在调试程序时，观察到端口、定时器、串行口中断、外部中断相关的寄存器的状态，更可以帮您完成这些外设的初始化程序，包括C语言和汇编语言，而所做的只是填表，定义外设所要完成的功能。3.4程序总流程图根据上一章介绍的可视门禁整个系统和户内单片机的工作原理及要完成的功能，设计户内单片机总体程序流程图如图3-1所示。NYYNNYNYNYYNNNNYYYNNYY开始开始初始化读取副机ID号机进入修改ID号有键按下？按下提/挂机键？按下提/挂机键？P3.3有下降沿否？监控键按下否？存储数字为数字否？为确认键否？修改机号接收数据与本机号相同否？振铃按下提/挂机键？发送摘机数据接通音视频按下提/挂机键？断开音视频发送挂机数据按下开门键？发送开门数据图3-1户内单片机单片机系统程序流程图3.5单片机源程序设计根据图3-1所示的程序流程图，分别设计各相应功能的子程序，再整理合成总源程序。下面将介绍几个本程序中重要的子程序。.1.1设计4×首先判断键盘有键闭合吗？判别方法为列线P0.4～P0.7输出全为0，再读P0.0～P0.3的状态，若全为“1”，则无键闭合，否则有键闭合。去除键抖动。方法为判别到键盘上有键闭合后，延迟大约10ms再判别键盘上有无键闭合，若仍然有，则认为键盘上有一个键处于稳定闭合期。若有键闭合，对键盘列线进行扫描，进一步判断是哪个键闭合。P0.7P0.6P0.5P0.41110扫描过程110110110111为了保证键的一次闭合CPU只作一次处理，等待输入键释放后才对输入键进行处理[10]。4×根据的扫描过程分析，绘画出4×4键盘扫描子程序的流程图NYYNNYKEYKEY延迟10ms消抖有键闭合吗？有键闭合吗？判断闭合键键号闭合键释放吗？输入键号→A返回图3-2键盘扫描子程序流程图下面是键盘扫描输入子程序[10]：KEY:JNB P3.0,TOTHEENDNOTLCALL KS1；是否有键按下JZ KEY；无键按下，返回（等于零转）LCALL D_10MS；10mS延时LCALL KS1；是否有键按下JZ KEY；无键按下，返回（等于零转）SURECHECK:SETB P1.6；开语音输出SETB ET2；开定时中断T2，产生按键音信号SETB TR2MOV 34H, #00H；按键音标志位清0MOV 33H, #250MOV R2,#0EFH；;赋首列扫描字MOV R3,#00H；赋首列指针LK1:MOV P0,R2；扫描字=>P1LCALL D_250USMOV A,P0；读P1口JB ACC.0,LONE；0行无键按下，转1行（等于1转）MOV A,#0；0行有键按下，赋行号=>ALJMP LKP；转求键号LONE:JB ACC.1,LTW0；1行无键按下，转2行MOV A,#4；1行有键按下，赋行号=>ALJMP LKP；转求键号LTW0:JB ACC.2,LTHR；2行无键按下，转3行MOV A,#8；2行有键按下，赋行号=>ALJMP LKP；转求键号LTHR:JB ACC.3,NEXT；3行无键按下，转列加一MOV A,#12；3行有键按下，赋行号=>ALJMP LKP；转求键号NEXT:INC R3；列加一，指向下一列MOV A,R2；扫描字=>ARL A；扫描字左移MOV R2,A；暂存扫描字LJMP LK1；转下一列扫描LKP:ADD A,R3；求键值（当前行+当前列）MOV DPTR,#JTABMOVC A,@A+DPTRPUSH Acc；键值-->压入堆栈LK2:LCALL KS1；是否有键按下LCALL D_10MSJNZ LK2；A不等于0，再判断POP Acc；键已经释放，A=键值RET ；返回3.5.2本电路的单片机通信不是采用串行通信，而是加上了一个辅助通信电路，比串行通信多用了两个I/O口，但少用了一条通信线，适合楼宇可视门禁的布线，减少布线成本。时钟信号和通信编码信号在同一条线上传输，这就要求在程序设计时应用单片机的外部中断和定时中断来作为时钟同步，正确地解码，完成单片机的通信。3.5.单片机通信编码种类：将要发送的数据转换成二进制数字编码，直接通过单片机的I/O口连续发送出去，“1”为高电平，“0”为低电平，如图3-3所示；解码时也是直接连续判别I/O口的电平，高电平为“1”，低电平为“0”。这种方式通信程序简单，但在线路较长，误码率比较高。101101001010100图3-3数据二进制编码②用不同的高低电平组合来表示二进制“1”和“0”。如图3-3所示。bit“0”bit“1”0.56ms0.56ms1.125ms2.25ms图3-4“0”和“1”的编码③在发送数据编码时，首先发送数据代码，再发送数码反码，反码用于比较，这就减小了误码率，但通信速度会变慢。在本电路程序设计中，我们采用的是第一种编码方式，直接发送16位二进制代码，它只是用在电路调试中，程序编写简单，调试方便，但在实际应用中，考虑的因素很多，用第三种较好。单片机串行通信串行接口的有异步和同步两种基本通信方式。异步通信采用用异步传送格式，如图3-5所示。数据发送和接收均将起始位和停止位作为开始和结束的标志。在异步通信中，起始位占用一位（低电平），用来表示字符开始。其后为7或8位的数据编码，第8位通常做为奇偶校验位。最后为停止位（高电平）用来表示字符传送结束。串行通信中，每秒传送的数据位称为波特率。如数据传送的波特率为1200波特，则每秒传送字节为120个，而字节中每一位传送时间即为波特率的倒数：T=1/1200=0.833ms。同样，如数据传送的波特率为9600波特，则字节中每一位传送时间为T=1/9600=0.104ms。根据数据传送的波特率即字节中每一位的传送时间，便可用普通I/O口来模拟实现串行通信的时序。在本系统的单片机通信中，加入了一个通信辅助模块，用普通的I/O口模拟串行通信，每个码的时间用单片机的定时中断来计算完成。起始位7或8位数据位校验位停止位00/10/10/10/10/10/10/10/11图3-5异步通信一帧数据格式3.5.2单片机的通信程序流程图如图3-6所示。NNYYNNYY发送发送通信同步信号开定时中断发送1位数据发送完了吗？定时中断吗？关定时中断通信线电平复位返回外部中断开定时中断定时中断吗？接收1位数据接收完了吗？返回图3-6单片机通信发送和接收程序流程图3.5.2（1）接收子程序：JSH:LCALL D_250US；接收子程序SETB ET0；开定时中断T0SETB TR0MOV R2, #08H；接收1个字节的数据循环字数MOV R3, #00H；接收寄存器清0CJNE R2, #0, $；等待接收完8位数据MOV 29H, R3；接收到的低8位存到29H中MOV R2, #08H；接收1个字节的数据循环字数MOV R3, #00H；接收寄存器清0CJNE R2, #0, $；等待接收完8位数据MOV 2AH, R3；接收到的高8位存到2AH中CLR ET0；关定时中断T0CLR TR0RET；子程序返回ITP0:MOVTH0,#0FCH；定时器重装初值MOVTL0, #62HPUSHACC；保护现场MOVA,R3MOVC,P3.2；接收1位数据RRCA；数据移入A中MOVR3,ADECR2POPACC；恢复现场RETI；中断返回（2）发送子程序：FS:CLR P3.5；拉低P3.5，让接单片机进入中断接入数据子程序LCALL D_250US；延时250usSETB ET1；开定时中断T1SETB TR1MOV R2, #08H；发送1个字节循环次数CLR C；清发送位CMOV A, R3；发送的数码低8位存到A中RRC A；移出A中低位发送MOV P3.4, C；通过P3.4发送MOV R3, ACJNE R2, #1, $；等待发送完1个字节MOV R2, #09H；发送1个字节循环次数MOV A, R4；发送的数码低8位存到A中MOV R3, ACJNE R2, #0, $；等待发送完1个字节SETB P3.5；发送完所有数据，通信线复位SETB P3.4CLR ET1；关定时中断T1CLR TR1RET；子程序返回ITP1: MOVTH1,#0FCH；定时器重装初值MOVTL1,#62HPUSHACC；保护现场CJNER2,#01H,REJET；判断是否发送完1个字节数据AJMPNOTREJET；发送完1个字节REJET:MOVA,R3；未发送完1个字节RRCAMOVP3.4,C；发送1位数据MOVR3,ANOTREJET:DECR2POPACC；恢复现场RETI；中断返回3.5.3单片机读写93C46的为了能使可视门禁断电后能保存相应的机号，在设计时加入了存储器AT93C46。在程序设计时，必须了解AT93C46器件相应的读写时序信号和操作指令，才能完成读写操作。下面介绍AT93C46的各种时序。AT93C46数据传输同步时序图数据传输同步时序图如图3-7所示。图3-7数据传输同步时序图AT93C46读时序图AT93C46的读时序图如图3-8所示。在接收到一个读指令和地址（从DI引脚在时钟驱动下输入）之前，AT93C46的DO引脚是高阻态的。接收到读指令和地址后，DO引脚先输出一个虚拟的低电平，然后数据在时钟信号作用下移位输出（高位在前）。数据在时钟信号（SK）的上升沿时输出并经过一定的时间后稳定（tPD0或tPD1）。图3-8AT93C46的读时序图AT93C46写时序图AT93C46的写时序图如图3-9所示。在接收到写指令地址和数据以后片选引脚（CS）不片选芯片的时间要必须大于tCSMIN。片选引脚（CS）在下降沿的时候，器件开动自动时钟去擦除并把数据存放到指定存储器。在器件进入自动时钟的模式后时钟信号引脚（SK）的信号不是必须的AT93C46的准备/繁忙（ready/busy）状态可以选择器件并测试数据输出引脚（DO）得到。因为器件有在写入前自动清除的特性，所以没有必要在写入之前将存储器该地址的内容擦除。图3-9AT93C46的写时序图AT93C46擦除/写入允许和禁止时序图AT93C46擦除/写入允许和禁止时序图如图3-10所示。AT93C46在上电时是默认写禁止的。任何在上电和写禁止（EWDS）指令后的写入操作都必须先发送写允许（EWEN）。指令一旦设置了写允许，它会持续有效直到断电或发送一条写禁止指令。写禁止指令用来禁止对AT93C46的写入和擦除操作，同时也可以防止意外地对器件进行写入和擦除。数据可以照常从器件中读取，无论是写允许还是写禁止状态。图3-10AT93C46擦除/写入允许和禁止时序图AT93C46的主要操作指令如表3-1所示。表3-1AT93C46的操作指令：指令开始位操作码地址数据注释X8X16X8X16READ110A6-A0A5-A0读地址An-A0的数据XERASE111A6-A0A5-A0擦除An-A0的数据1WRITE101A6-A0A5-A0D7-D0D15-D0把数据写到地址An-A0的寄存器中1EWEN10011XXXXX11XXXX写允许XEWDS10000XXXXX00XXXX写禁止XERAL10010XXXXX10XXXX擦除全部存储器的数据1WRAL10001XXXXX01XXXXD7-D0D15-D0把数据写到全部的存储器中1根据以上的时序图和指令表，设计读写AT93C46的子程序，具体程序如附录2所示[5]。3.5.4可视门禁没有按键显示，因此必须加上一个按键音程序，当有键按下时，发出一个声音，用作提示有键按下。本电路有一个MC34118语音电路，按键音、拨号音、振铃音都可以通过单片机输出相应的方波或是两种方波叠加来得到。本设计用定时中断来产生方波。3.5.5可视门禁户内单片机的每设计完一个子程序，都放在Wave6000中编译，通过编译检查程序的语法错误，还可以在Wave6000中分步调试，可以查看到每一步程序运行后的结果，从结果可以了解程序设计是否正确。最后通过组合整理，根据图3-1所示的可视门禁户内单片机的总流程图，把各个子程序结合在一起，就是可视门禁户内单片机的总源程序，可以在Wave中作总程序调试。3.6本章小结本章从可视门禁所要实现的功能入手，介绍了程序设计的一般方法、户内单片机的程序流程图、键盘扫描程序的设计、单片机通信程序的设计、存储器的读写控制等。第4章可视门禁室内用户机调试4.1程序在仿真软件中调试4.1.1仿真调试的优点在计算机上应用仿真软件来调试程序，具有硬件投入少，经济优势明显；采用仿真软件后，学习的投入变得比较的小，而实际工程问题的研究，也可以先在软件环境中模拟通过，再进行硬件的投入，这样不仅省时省力，也可以节省因方案不正确或操作不当所造成的硬件投入的浪费。Proteus是目前最好的模拟单片机外围器件的工具，其仿真界面如图4-1所示。Proteus可以像使用仿真器一样调试程序，几乎包括实际中所有使用的仪器。它可以仿真51系列、AVR，PIC

等常用的MCU及其外围电路（如LCD，RAM，ROM，键盘，马达，LED，A/D、D/A，部分SPI

器件，部分IIC

器件，...）

其与

Multisim相似，只不过它可以仿真MCU。图4-1Proteus仿真界面4.1.24×4键盘扫描程序仿真调试键盘输入子程序是本设计的最基本的程序，如果不能通过，则其它的所有程序都无法实现。如图4-2所示，在单片机的P0口接上4×4键盘用作输入，在P2口接上8个发光LED用作显示键盘输入的数值，在调试子程序时，把键盘输入的数直接送到P2口，验证键盘输入程序是否正确可行。图4-2键盘输入仿真4.1.3通信子程序仿真调试通信程序是本设计的最重要的一个程序，它的设计正确与否关系到本设计的成败。如图4-3所示。单片机U1装入发送程序，U1设定一个数据，当按下开关时发送到U2，U2装入接收程序，而且U2把接收到的数据直接送到P2口显示。如果显示的数据与发送的数据一样，通信程序仿真调试成功。图4-3单片机通信仿真4.1.4方波语音程序仿真调试如图4-4所示，把方波程序装入单片机中，按下相应的开关，在示波器上可以看到波形，而且在示波器上可以测出波形的频率，检查是否符合按键音、拨号音、振铃音所需要的频率。图4-4方波语音仿真4.2程序在硬件中调试在4.1节介绍了各个子程序在Proteus软件中的调试，完成了这一步后，再把程序下载到硬件中调试。因为软件仿真精度有限，而且不可能所有的器件都找得到相应的仿真模型，并且仿真软件只是对程序在理想的条件下调试，仿真意义仅限于检验设计是否正确。因为在软件调试中成功的程序在硬件中不一定完全达到一样的结果。把程序下载到硬件中，仔细观测结果，根据现象逐步排查问题根源所在，最终确定并解决问题。在整个程序完成调试后，还要观察该系统在实际应用中的稳定程度和抗干扰程度，不断优化硬件电路和源程序，在实现基本功能的前提下，增加更多的功能，例如，语音存储，视频保存，让主人回来的时候可以听到来访者的声音，看到视频，体现产品更高的价值。4.3本章小结本章主要介绍了Proteus仿真软件和几个主要的仿真界面及程序在硬件中的调试过程。系统调试是一个比较困难的步骤，很多自认为编写正确的程序，但实际运行可能是错误，还有可能和想要的结果相反。在程序编写过程中，可能有些问题没有考虑到，或者有缺陷，但在编译过程和仿真过程发现不了，只有通过下载到硬件电路中调试程序，逐步发现程序编写中的错误并修改，这就需要一定的调试经验和技巧。结论随着社会的发展，人类的进步，安全、舒适和先进的居住环境已成为现代化住宅小区（或智能化住宅小区）的基础，而智能楼宇可视对讲系统是营造这一基础的一个重要组成部分，这个系统将楼宇的入口、住户及小区物业管理部门三方面的通讯集成在同一网络中，组成防止住宅受非法侵入的重要防线，有效地保护了住户的人身安全和财产安全。本可视门禁电路设计简单，实现的功能齐全，比现在市面上的门禁系统多了可视功能，本系统的最大亮点时加上了单片机通信辅助模块，比串行通信多用了2个I/O口，但换来了少用一条通信线，这就在可视门禁的安装布线中大大减少了成本。本文从原理出发，介绍了本系统各个单元模块的电路原理和实现的功能，采用摩托罗拉公司的电话语音芯片，让通话质量更高。在程序设计时，采用最接近机器语言的汇编语言来编写源程序，能面向机器并较好地发挥机器的特性，得到质量较高的程序。在程序设计时，基于电路原理，分块设计相应功能的子程序，分块在仿真软件中调试，最后组合整理成总程序。通过本系统的开发，能让我把学校所学的知识应用于实际的系统开发中，为以后的工作实践积累经验。毕业设计是对自己4年来所学知识进行综合应用，也是为投身社会工作前的一次初检阅，对我们未来工作有着重大的意义。参考文献[1]马剑哲，贾宝墩，王倩，王建茹.网络式可视对讲门禁系统[J].微计算机信息.2007，23（9-2）:125-126[2]陈立峰.国内楼宇对讲行业的发展趋势[R].《西安交大开元科技股份有限公司》报告.2006，12:2-4[3]中国家庭家防网().国内楼宇对讲市场的发展趋势[C].智能家居综合管理.2007,7:21-22[4]张大明.用电话机远程控制家用电器[M].单片机控制实训指导及综合应用实例.北京：机械工业出版社，2007，3：241-243[5]侯正信，杨喜.可视门铃实现[J].电子测量技术.2003，4：14-15[6]周琳，路林吉.无线可视双向对讲门铃设计[J].微型电脑应用.2005，11（23）：46-47[7]芯片搜索网站/[8]谢维成，杨加国.单片机的概念及其特点[M].单片机原理与应用及C51程序设计.北京：清华大学出版社.2006，8:6-9[9]EMANUELEMENEGATTI,MANUELCAVASIN,ENRICOPAGELLO,ENZOMUMOLO,MASSIMILIANONOLICH.COMBININGAUDIOANDVIDEOSURVEILLANCEWITHAMOBILEROBOT[J].InternationalJournalonArtificialIntelligenceTools(IJAIT).2007:377-398

[10]张大明.键盘输入接口[M].单片微机控制应用技术.北京：机械工业出版社.2006，4：13-106致谢本系统的设计中得到了指导老师**老师大力的支持和帮助，她精心准备，与公司联系，为我们提供做毕业设计的许多条件。在整个毕业设计过程中，**老师一直都很关心我们一组人的设计进度，在此表示衷心的感谢。本系统的设计还得到了**电子有限公司的大力支持，给我们提供了一切需要的元件、相关仪器和许多有价值的参考资料，让我们的毕业设计能顺利完成。在此向公司表示衷心的感谢。此外，我还要感谢学校四年来对我的培养和教育！感谢同组组员对我的帮助和关心。附录1：可视门禁室内用户机整机图附录2：可视门禁室内用户机完整程序READ EQU 0；读入93C46WRITE EQU 2；写入93C46EWEN EQU 4；93C46写入使能EWDS EQU 6；93C46写入禁止CS BIT P1.4；93C46的CSCLK BIT P1.1；93C46的CLKDI BIT P1.2；93C46的DIDO BIT P1.2；93C46的DOADR46 EQU 30HDDR46 EQU 31HORG0000HAJMPMAINORG000BHAJMPITP0ORG0013HAJMPINT1ORG001BHAJMPITP1ORG002BHAJMPITP2ORG0030H********主程序*******MAIN:MOVSP,#60H；设置堆栈地址，初始化系统CLRP1.6；DCTLCLRP1.5；DINGCLRP2.3；RXMULCLRP2.5；RXMA2000CLRP2.6；TXSUBSETBP1.0；BEEPSETBP2.2；VOCTLCLRP2.0；TXMUL静音与单双工SETBP2.4；RXMULSETBP2.1CLRP1.4MOVTMOD,#11H；单片机初始化MOVTH0,#0FCH；装定时中断T0初值MOVTL0,#62HMOVTH1,#0FCH；装定时中断T0初值MOVTL1,#62HMOVT2CON,#00H；设置定时中断T2MOVTH2,#0FBH；装定时中断T0初值MOVTL2,#27HMOVRCAP2H,#0FBHMOVRCAP2L,#27HCLRET0；关定时中断T0CLRTR0CLRET1；关定时中断T1CLRTR1CLRET2；关定时中断T2CLRTR2CLRIT1；关INT1中断CLREX1SETBEA；开总中断LCALL D_110MS；延时待单片机稳定LCALL D_110MSLCALLD_110MSLCALL D_110MSMOV 2DH,#00H；铃声标志位MOV 2FH,#00H；设机号标志位WRITERETURN:LCALL D_10MSLCALL D_10MSLCALL D_10MSMOV R0,#07HMOV R1,#20HAGAIN:MOV A,#7FH；循环清20H—27HMOV @R1,AINC R1DJNZR0,AGAINMOV ADR46,#00H；读AT93C46地址LCALL READDATA；读AT93C46机号，机号存在2BH和2CH中MOV 2BH,37HBEGINTHE:CLR P2.7；待机状态JNB P3.0,MYCALLJNB P3.3,WRJNB P3.1,GOTOGATEAJMPBEGINTHEGOTOGATE:LJMP TOTHEGATEMYCALL:LCALL D_10MS；P3.0按下后扫描键盘JB P3.0,BEGINTHEJNB P3.0,$LJMPKEYWR:NOP；P3.3下降沿到来进入接收程序LCALL JSHMOV A,2CH；判断接收号与本机号是否相同？CJNEA,2AH,BEGINTHEMOV A,2BHCJNEA,9H,BEGINTHECLRP2.2；相同，进入振铃状态，同时控制相应信号CLRP2.4CLRP2.1MOV 2EH,#08H；设置振铃时间MOV 2DH,#0FHRINGAGAIN:SETB EX1；开中断MOV T2CON,#00HMOV TH2,#0FBHMOV TL2,#0ACHMOV RCAP2H,#0FBHMOV RCAP2L,#0ACHMOV 33H,#0FFHMOV 34H,#00HMOV 35H,#03HSETB P1.6；振铃一定时间后自动接通视频和音频CLR P2.4SETB ET2SETB TR2CONTINUE1:JNB P3.0,AX；设置通话时间MOV A,35HJNZ CONTINUE1CLR P1.6SETB P2.4LCALL D_110MSLCALLD_110MSLCALL D_110MSMOVT2CON,#00HMOVTH2,#0FAHMOVTL2,#97HMOVRCAP2H,#0FAHMOVRCAP2L,#97HMOV 33H,#0FFHMOV 34H,#0FHMOV 35H,#03HSETB P1.6CLR P2.4SETB ET2SETB TR2CONTINUE2:JNB P3.0,AXMOV A,35H