基于89C51單片機的數字視頻監控系統鍵盤(pán)及報警控制卡設計

鍵盤(pán)是數字視頻監控錄像系統中最重要的輸入設備之一，是人機接口的重要組成部分。目前常用的工業(yè)控制計算機鍵盤(pán)除配置電子鎖開(kāi)關(guān)防止非法鍵盤(pán)輸入外，與PC鍵盤(pán)并沒(méi)有多大區別。這種鍵盤(pán)不僅鍵數多，操作不靈活，而且通常只能作為輸入設備，主機無(wú)法通過(guò)鍵盤(pán)與外設進(jìn)行通信。本文在分析PC機鍵盤(pán)通信方式的基礎上，設計出以89C51單片機為核心的數字視頻監控系統鍵盤(pán)及報警控制卡，該卡具有鍵盤(pán)通信和輸入輸出報警兩種功能，采用標準PCI卡的結構，但不占用主機硬件資源。其中，報警部分有4路輸入和4路輸出，可以與標準的報警傳感器相連;鍵盤(pán)部分有16個(gè)鍵，通信方式與PC機完全兼容。采用這種控制卡，不僅可以節省視頻監控系統中常用的專(zhuān)用報警解碼器，而且能夠實(shí)現在不占用主機硬件資源的情況下實(shí)現與外設的雙向通信，利用這個(gè)特性，可以及時(shí)發(fā)現系統的異常情況并加以解決，從而大大提高目前普遍采用的基于WINDOWS操作系統的數字視頻監控錄像系統的可靠性。

1 鍵盤(pán)與主機的通信方式

主機通過(guò)鍵盤(pán)接口與鍵盤(pán)聯(lián)絡(luò )，主機與鍵盤(pán)的通信，實(shí)際上是鍵盤(pán)接口與鍵盤(pán)的通信。PC機鍵盤(pán)接口采用Intel8042芯片作為控制器，接收鍵盤(pán)掃描碼以及向鍵盤(pán)發(fā)送命令。除了電源線(xiàn)和地線(xiàn)之外，鍵盤(pán)與主機之間還有兩條雙向通信線(xiàn)：時(shí)鐘線(xiàn)和數據線(xiàn)。采用串行傳送方式，在時(shí)鐘脈沖作用下同步地收發(fā)數據，既可以向主機傳送鍵盤(pán)響應或鍵盤(pán)掃描碼，也可以接收來(lái)自主機的鍵盤(pán)命令。主機通過(guò)設置數據線(xiàn)和時(shí)鐘線(xiàn)的狀態(tài)，指導鍵盤(pán)收發(fā)數據：

(1)時(shí)鐘線(xiàn)為低電平，禁止鍵盤(pán)傳送數據;

(2)時(shí)鐘線(xiàn)為高電平，數據線(xiàn)為低電平，通知鍵盤(pán)接收命令或參數;

(3)時(shí)鐘線(xiàn)和數據線(xiàn)都為高電平，允許鍵盤(pán)傳送數據;

1.1 鍵盤(pán)向主機發(fā)送數據

由于鍵盤(pán)輸入是異步的，且具有實(shí)時(shí)性，所以主機系統以中斷方式支持鍵符的隨機輸入。每當鍵盤(pán)接口接收完從鍵盤(pán)送來(lái)的串行掃描碼時(shí)，即向中斷系統發(fā)出一個(gè)鍵盤(pán)中斷，若CPU響應該中斷，則由鍵盤(pán)中斷程序讀取此掃描碼，經(jīng)轉換后成為系統掃描碼，存到鍵盤(pán)緩沖區。鍵盤(pán)發(fā)送數據時(shí)，數據線(xiàn)和時(shí)鐘線(xiàn)都由鍵盤(pán)控制。鍵盤(pán)發(fā)送一個(gè)字節的數據格式如圖1所示。

圖1 鍵盤(pán)串行數據格式

鍵盤(pán)首先檢測時(shí)鐘線(xiàn)和數據線(xiàn)的狀態(tài)，當兩者皆為高電平時(shí)，開(kāi)始傳送數據。依次傳送起始位、8位數據位(低位在前)、校驗位和停止位。每傳送一位，時(shí)鐘線(xiàn)同步地產(chǎn)生一個(gè)脈沖。當主機收到該脈沖后，將時(shí)鐘線(xiàn)置成低電平并保持一段時(shí)間，禁止鍵盤(pán)繼續發(fā)碼，以便于檢驗該數據的正確性，并產(chǎn)生中斷、進(jìn)行代碼轉換和執行相應的操作。如果檢驗出錯，就向鍵盤(pán)傳送重發(fā)命令0FEH，要求重送，鍵盤(pán)向主機發(fā)送數據采用奇校驗方式。

1.2 鍵盤(pán)接收主機命令和參數

主機首先將時(shí)鐘線(xiàn)置為低電平，隨后將數據線(xiàn)置為低電平，延時(shí)大約200μs后，將時(shí)鐘線(xiàn)置為高電平。當鍵盤(pán)檢測到這一狀態(tài)后，開(kāi)始接收主機命令，接收數據格式與發(fā)送的一樣。鍵盤(pán)依次接收1個(gè)起始位、8個(gè)數據位、1個(gè)校驗位、1個(gè)停止位。特別值得注意的是，在接收鍵盤(pán)命令或參數時(shí)，雖然數據是由主機發(fā)向鍵盤(pán)的，但是時(shí)鐘脈沖是由鍵盤(pán)產(chǎn)生的。主機在時(shí)鐘線(xiàn)上每接收一個(gè)脈沖的下降沿，就在數據線(xiàn)上輸出一位數據。如果接收正確，在時(shí)鐘線(xiàn)和數據線(xiàn)都成為高電平后，鍵盤(pán)將向主機發(fā)一個(gè)應答信號(0FAH)，否則向主機發(fā)一個(gè)0FEH信號，要求重發(fā)。主機收到0FEH信號后，把剛才輸出過(guò)的數據重新發(fā)送一次。如果這一過(guò)程持續三次后，鍵盤(pán)仍然不能正確接收，主機就放棄傳送這個(gè)數據，轉去執行下面的程序或顯示錯誤信息。主機命令和參數也采用奇校驗方式。

2 系統硬件電路設計

本系統采用89C51單片機與PC鍵盤(pán)接口相連，圖2給出了系統硬件電路原理。其中P3.0和P3.1分別與主機鍵盤(pán)接口的時(shí)鐘線(xiàn)CLK和數據線(xiàn)DATA相連，P2口與4×4鍵盤(pán)矩陣相連，P0口經(jīng)過(guò)驅動(dòng)后與輸入輸出報警設備相連接。為保證鍵盤(pán)可靠工作，系統配置了看門(mén)狗電路MAX813L，另外，系統還配置了蜂鳴器，每次按鍵均有聲音提示。

圖2 系統硬件電路原理