LED顯示電路_解析可視對講門(mén)禁系統通信設計方案

　　本文設計了一種樓宇無(wú)線(xiàn)可視對講電路，該電路以單片機為控制器核心，再連接外圍電路，通過(guò)無(wú)線(xiàn)數字傳輸電路來(lái)傳輸視頻信號，可以達到 50～200 m的無(wú)線(xiàn)傳輸距離。該設計優(yōu)點(diǎn)是在單張拍攝的基礎上，獲得圖像的連續顯示，它真正意義上實(shí)現了圖像信號的無(wú)線(xiàn)數字傳輸。

　　1 整體設計方案

　　系統結構主要由3部分組成：上位機系統、下位機系統和通信系統。這三部分共同完成了主控制器與分控制器的信息交換，達到樓宇監控的目的。主控制器和分控制器通過(guò)無(wú)線(xiàn)數字傳輸模塊SRWF進(jìn)行數據和命令的傳輸。該通信模型屬于一對多的通信模式，其整體方框圖如圖1所示。

圖1 整體設計方框圖

　　主控制器的主控芯片為AT89C51，通過(guò)鍵盤(pán)獲得訪(fǎng)問(wèn)的房間號碼，確認后，單片機會(huì )控制打開(kāi)視頻采集芯片和緩沖芯片進(jìn)行工作，并在設定的通信波特率的情況下，通過(guò)串口通信，由單片機把數據送給數字傳輸電路，數字傳輸電路再通過(guò)無(wú)線(xiàn)信道把數據發(fā)送出去。從控制器的主控芯片也使用AT89C51，通過(guò)數字傳輸電路接收主控器的控制信息和數據信息，對接收到的數據進(jìn)行分類(lèi)，若是主機發(fā)送過(guò)來(lái)的通信地址信號，從控制器會(huì )讀取振鈴音存儲電路里的數據，從而發(fā)出振鈴音。接下來(lái)開(kāi)始接收視頻信號，并通過(guò)LCD顯示電路顯示出來(lái)，用戶(hù)可通過(guò)按鍵控制電路決定是否與主控器進(jìn)行進(jìn)一步通話(huà)。

　　2 硬件電路設計

　　2.1 主控制器的電路設計

　　主控制器電路由單片機AT89C51、鍵盤(pán)掃描電路、驅動(dòng)及數碼顯示電路、看門(mén)狗電路、無(wú)線(xiàn)數傳電路等幾部分組成。主控制器系統的硬件電路原理圖如圖2所示。

圖2 主控制系統的硬件電路原理

　　其工作流程如下：先通過(guò)鍵盤(pán)掃描電路掃描用戶(hù)的按鍵信息，以便獲得從機的通信地址，并將按鍵信息通過(guò)4個(gè)LED顯示出來(lái)，以便用戶(hù)清楚獲知自己要訪(fǎng)問(wèn)的從機地址。用戶(hù)可以通過(guò)鍵盤(pán)上的增值、減值、重輸，確認修改其輸入值。當用戶(hù)按下確認鍵的時(shí)候，主機存貯此時(shí)的從機地址，并開(kāi)啟視頻芯片采樣視頻信號，同時(shí)把從機地址通過(guò)無(wú)線(xiàn)數字傳輸芯片SRWF發(fā)送出去。收到從機的應答信號和準備就緒信號后，主機在設定的波特率下開(kāi)始發(fā)送數據。每發(fā)1幀數據就等待從機的應答信號，同時(shí)對每幀數據都發(fā)送校驗幀，以確保數據傳輸的準確無(wú)誤。

　　2.1.1 鍵盤(pán)掃描電路

　　鍵盤(pán)掃描部分采用4×4鍵盤(pán)，通過(guò)P1口設置掃描電平，先置P1口的低4位中某一位為零，然后讀取P1口高4位的電平。P1口的低一位置零即給列線(xiàn)置低，若在P1口的高4位監測到某位為零，則通過(guò)行列的位置即可知道按鍵的部位，在按鍵過(guò)程中存在抖動(dòng)問(wèn)題，解決方法有硬件編碼鍵盤(pán)和軟件編碼方式，鑒于成本考慮和AT89C51的高性能考慮本設計采用軟件編碼方式實(shí)現掃描，鍵盤(pán)掃描電路如圖2所示。

LED顯示電路

　　2.1.2 LED顯示電路

　　LED顯示電路采用動(dòng)態(tài)顯示方式顯示，由74LS248 BCD譯碼芯片和74LS138譯碼器組成。采用74LS248的目的是為了節省I/O口資源，以便控制更多的外圍芯片。LED的段選數據由通過(guò) 74LS248譯碼過(guò)來(lái)的段選碼決定，位選數據由74LS138譯碼產(chǎn)生。工作的時(shí)候首先把按鍵的值轉換為BCD碼，再送入P0口的第4位，但是對P0口時(shí)整體復制會(huì )破壞位選口的數據。此時(shí)需進(jìn)行P0口數據的修正，通過(guò)或邏輯運算把位選數據也送入P0口的第4位和第5位，再把修正好的數據送給P0口，此時(shí)既有段選數據又有位選數據。要使顯示的數據不閃，則需要利用人眼的視覺(jué)暫留性，將每個(gè)數據顯示之間的時(shí)間延時(shí)控制在10 ms以?xún)?，這樣顯示的數字才不閃。LED顯示電路如圖2所示。

　　2.1.3 視頻獲取及數傳電路

　　視頻獲取電路由CAMERA 0V 7620芯片和IDT7205組成，采用該組合方法是因為視頻獲取的數據量都比較大，但單片機的工作頻率比較低。如果直接搭配則二者不能正常接收。因此，增加緩沖芯片IDT7205，這樣通過(guò)單片機控制其工作來(lái)達到數據量和單片機的匹配，只有單片機允許接收時(shí)才使能IDT7205。如果單片機監測到視頻芯片的VSYN上跳后，就會(huì )在P0.7口輸出1，從而開(kāi)始控制IDT7205從視頻芯片獲取數據。SRWF模塊在使用之前要進(jìn)行無(wú)線(xiàn)信道、接口類(lèi)型、接口速率、接口參數等的設定，在設置完成后便可以進(jìn)行數據傳輸，當模塊收到單片機發(fā)來(lái)的第1個(gè)數據后自動(dòng)進(jìn)行無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )連接及數據同步等工作，因此第1個(gè)數據將在 5個(gè)字節時(shí)間延遲后從接收方串口輸出，如圖2所示。

　　2.2 分控制器的電路設計

　　分控制器也采用AT89C51單片機作為微處理器，分控制器系統的外圍接口電路由晶振、LCD圖像顯示電路、按鍵開(kāi)鎖電路、看門(mén)狗電路、通信接口電路、存儲器等組成。分控制器系統的硬件電路原理圖如圖3所示。

圖3 分控制系統的硬件電路原理圖

　　它的工作過(guò)程是：初始化其接收波特率，并一直處于信息監測狀態(tài)，當收到地址幀時(shí)，就與本身的地址相對比，若不同，則丟棄此幀數據繼續檢測。若相同，則讀取 AT24C02芯片存儲的樂(lè )曲編碼，通過(guò)P2.1口來(lái)控制喇叭發(fā)出樂(lè )曲音，從而告訴用戶(hù)，有訪(fǎng)客請求進(jìn)入樓宇。當用戶(hù)按下鍵盤(pán)上的接聽(tīng)鍵時(shí)，單片機會(huì )把從無(wú)線(xiàn)數字傳輸模塊接收過(guò)來(lái)的數據送P0口進(jìn)行液晶顯示。房主看到液晶上的圖像時(shí)，若認識訪(fǎng)客，則按鍵開(kāi)鎖；若不認識訪(fǎng)客，則按掛機鍵，結束視頻通話(huà)。視頻顯示電路的主要工作芯片為T(mén)FT6448B。TFT6448B自帶數據鎖存器，不需要擴展鎖存芯片，在選中TFT6448B后，通過(guò)往TFT6448B的相應行、列、控制、數據寄存器中寫(xiě)入數據，即可實(shí)現單片機AT89C51對TFT6448B的控制顯示。

　　3 軟件設計

　　主機由AT89C51單片機充當，從機為AT89C51單片機。主機與從機的數據通信波特率定為9 600 B，每個(gè)從機都有惟一的地址號，用來(lái)區分各從機。單片機的數據通信由串口完成，定時(shí)器T1為波特發(fā)生器，數據傳送格式為1位起始位，8位數據位，1位停止位，1位可編程位(T-B8)。工作方式：將定時(shí)器T1設置為方式2，串口設置為工作方式3。

　　該系統的通信協(xié)議是：所有從機的SM2位置1，處于接收地址幀狀態(tài)，主機發(fā)送一地址幀，其中第8位是地址，第9位是地址/數據的區分標志，該位置1表示該幀為地址幀。所有從機接收到地址幀后，都將接收的地址與本機的地址比較，對于地址相符的從機，使自己的SM2位置O，并把本機地址發(fā)回主機作為應答；對于地址不符的從機，仍保持SM2=1，對主機后發(fā)來(lái)的數據幀不予理睬。從機發(fā)送數據結束后，要發(fā)送一幀校驗和，并置第9位為1，作為從機數據傳送結束的標志。主機接收數據時(shí)，先判斷數據接收標志RB8。若RB8=1，表示數據傳送結束，并比較此幀校驗和，若正確，則回送正確信號00H，命令該從機復位；若出錯，則發(fā)送信號OFFH，命令該從機重發(fā)數據。若接收幀RB8=0，則將數據存到緩沖區，并準備接受下一幀信息。主機接收到從機的應答地址后，確認地址是否相符，如果地址不符，則發(fā)復位信號；如果地址相符，則清TB8=0，開(kāi)始發(fā)送數據。從機收到復位命令后回到監聽(tīng)地址狀態(tài)，否則開(kāi)始接受數據和命令。主控制器和從控制器的通信程序流程圖如圖4和圖5所示。

系統仿真

圖4 圖5 圖6

　　4 系統仿真

　　在Proteus的ISIS 7.1sp2軟件環(huán)境下畫(huà)出電路原理圖，接下來(lái)就是將設計的程序在Keil C51μVision2開(kāi)發(fā)集成環(huán)境上編譯成機器語(yǔ)言，進(jìn)入Proteus的ISIS，鼠標左鍵點(diǎn)擊菜單“Debug”，選中“use romote debuger monitor”，便可實(shí)現KeilC與Proteus的連接調試。首先在Proteus中雙擊單片機AT89C51，將KeilC下編程生成的.HEX 文件導入到AT89C51中，可在Proteus中單擊全速仿真運行按鈕，進(jìn)行現象查看，能清楚地觀(guān)察到芯片上每一個(gè)引腳的電平變化，紅色代表高電平，藍色代表低電平；如果現象不正確，則在KeilC中單步調試程序，并在Proteus觀(guān)察現象，哪一步不正確，則對該段的程序進(jìn)行修改，調試直到仿真完全成功為止。

　　依次按下掃描鍵盤(pán)上的3個(gè)按鈕，待3個(gè)按鈕全部輸入后，會(huì )在數碼管上顯示剛才所按的數據，按照按下的順序顯示數字，該數字表示要訪(fǎng)問(wèn)的房間號碼，如504表示要訪(fǎng)問(wèn)504房間的主人。該房間號碼會(huì )提供給單片機用來(lái)作為多機通信的地址，仿真結果如圖6所示。

　　在Proteus里用LM4229代替設計中的TFT6448B芯片。仿真的目：用來(lái)獲得圖像顯示的編碼方式和液晶的單色位圖顯示功能。LM4229通過(guò) CDWRITE READ三個(gè)引腳的電平來(lái)確定是讀數據還是讀狀態(tài)，或者是寫(xiě)數據還是寫(xiě)命令。其數據引腳為8位，可以與單片機進(jìn)行直接的數據交換，P2口為液晶顯示的控制端，仿真結果如圖7所示。

圖7 液晶顯示圖像仿真圖

　　5 結語(yǔ)

　　該可視對沖電路采用了以單片機AT89C51為核心，以SRWF-1，CAMERA OV 7620，IDT7205等為外圍芯片的設計。文中給出了硬件電路圖及主程序流程圖，闡述了軟硬件設計過(guò)程中對關(guān)鍵技術(shù)的處理。該電路完全可以滿(mǎn)足圖像信號的連續采集，無(wú)線(xiàn)傳輸圖像信號，顯示單色位圖，振鈴呼叫的樓宇無(wú)線(xiàn)可視對講電路的實(shí)用要求。本文的創(chuàng )新點(diǎn)在于把低速單片機應用于數據量大的圖像信號采集和圖像短距離無(wú)線(xiàn)傳輸上。在設計中，圖像信號的實(shí)時(shí)性處理將成為以后需要努力研究的方向。