電子技術(shù)綜合設(shè)計實踐期末設(shè)計報告

目錄Contents

i.摘要........................................................i

2.總體思路...................................................1

3.硬件設(shè)計...................................................2

3.1單片機最小系統(tǒng)....................................................2

3.1.1設(shè)計思路......................................................2

3.1.2器件選擇......................................................2

3.1.3硬件電路......................................................2

3.2實時時鐘模塊......................................................2

3.2.1設(shè)計思路......................................................2

322器件選擇.......................................................3

3.2.3硬件電路......................................................5

3.3液晶顯不模塊......................................................5

3.3.1設(shè)計思路......................................................5

3.3.2器件選擇......................................................6

3.3.3硬件電路......................................................7

3.4存儲器模塊........................................................7

3.41設(shè)計思路......................................................7

3.4.2芯片選擇......................................................7

3.4.3硬件電路......................................................8

3.5鍵盤輸入模塊.......................................................9

3.5.1設(shè)計思路......................................................9

3.5.2器件選擇......................................................9

3.5.3硬件電路......................................................9

3.6無線視頻模塊......................................................9

3.6.1設(shè)計思路......................................................9

3.6.2器件選擇.....................................................10

3.6.3硬件電路.....................................................13

3.7電路總原理圖.....................................................14

4.軟件設(shè)計..................................................14

4.1系統(tǒng)總體框架......................................................14

4.2具體模塊算法.....................................................14

421主機程序框圖..................................................14

4.2.2從機程序框圖.................................................15

4.2.3實時時鐘模塊函數(shù).............................................16

424液晶顯示模塊函數(shù)..............................................16

4.2.5鍵盤輸入模塊函數(shù).............................................17

4.2.6登錄操作函數(shù).................................................18

4.2.7密碼存儲和驗證函數(shù)...........................................19

4.2.8字符疊加函數(shù).................................................21

4.2.9串口通信函數(shù).................................................22

5.實物制作..................................................22

6.小組分工.................................................23

7.總結(jié)..........................................................24

8.附錄..........................................................25

1、摘要

這是一個基于51單片機設(shè)計的門禁監(jiān)控系統(tǒng)，主要由輸入顯示模塊、實時時鐘模塊、

存儲器模塊和無線視頻傳輸模塊組成。在該系統(tǒng)中，通過LCD1602液晶顯示屏和4x4矩陣

鍵盤與用戶進行交互，此外，系統(tǒng)通過一個dsl2c887RTC芯片精確獲取時間，而且在系統(tǒng)

掉電時也能正常計時，避免由于環(huán)境變化而導(dǎo)致系統(tǒng)時間出錯。此外無線視頻模塊通過發(fā)射

視頻信號，實現(xiàn)了視頻監(jiān)控功能。并且本文分別從原理圖，主要芯片，以及程序的調(diào)試來詳

細闡述。

關(guān)鍵詞：STC89C5KDS12C887,LCD1602液晶顯示、24co4、uPD6453、LM1881

2、總體思路

系統(tǒng)設(shè)計的框架圖如下:

系統(tǒng)主要由主機部分和從機部分組成。主機部分主要包括實時時鐘模塊、存儲器模塊和

無線視頻傳輸模塊。從機部分主要包括液晶顯示模塊和鍵盤輸入模塊。此外主機模塊和從機

模塊通過RXD和TXD串行接口進行通信。下面是各個模塊的具體功能：

實時時鐘模塊：實時時鐘模塊主要用于系統(tǒng)獲取精確的時間和在系統(tǒng)意外斷電恢復(fù)后校

正時間。其中在平時時間，主機和從機的計時主要通過內(nèi)部計時器進行，因為內(nèi)部計時器存

在著誤差，因此主機每隔一段時間就會讀取實時時鐘芯片的時間，并且利用該時間更正系統(tǒng)

內(nèi)部的時間。此外，當系統(tǒng)每次接通電源后，主機也會讀取實時時鐘芯片的時間以更新系統(tǒng)

時間。

無線視頻傳輸模塊：無線視頻傳輸模塊主要用于將監(jiān)控攝像頭的視頻信號發(fā)送給遠處的

接收機，實現(xiàn)視頻監(jiān)控功能。主機通過控制無線視頻傳輸模塊的電源通斷可以實現(xiàn)控制是否

發(fā)射無線視頻信號。

存儲器模塊：存儲器主要用于存儲用戶的信息，當用戶輸入身份信息后，主機通過讀取

存儲器的信息，判斷用戶的身份信息是否已經(jīng)錄入或者正確無誤，然后根據(jù)該信息進行下一

步的操作。

液晶顯示模塊:液晶顯示模塊主要用于顯示時間以及輸出其他的信息，與用戶進行交互。

鍵盤輸入模塊：鍵盤輸入模塊主要用于輸入用戶ID和密碼，從機通過鍵盤獲得相關(guān)信

息后，通過串口發(fā)送給主機，主機通過用戶身份驗證后將驗證信息返回給從機，從機根據(jù)相

關(guān)信息顯示對應(yīng)的內(nèi)容。

串口通信模塊：主要用于主機和從機之間進行通信，傳輸時間、用戶信息等信息。

3、硬件設(shè)計

3.1、單片機最小系統(tǒng)

3.1.1設(shè)計思路

單片機最小系統(tǒng)主要用于控制整個系統(tǒng)的運行，包括晶振、復(fù)位電路等等。因此需要用

到MCU來進行編程控制。

3.1.2器件選擇

(1)單片機

根據(jù)現(xiàn)有資源，單片機可以選擇ARM單片機和51單片機兩種類型。因為本實驗所需

的單片機對于接口資源要求不高，12MHz的51單片機的運行速度也都足夠，為便于編程和

日后的維護，本設(shè)計采用的是STC89c52型號的51單片機。該單片機是STC公司生產(chǎn)的一

種低功耗、高性能CM0S8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲器，使用經(jīng)典的

MCS-51內(nèi)核，但做了很多的改進使得芯片具有傳統(tǒng)51單片機不具備的功能。在單芯片上,

擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash,使得其能為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高

靈活、超有效的解決方案。

3.1.3硬件電路

根據(jù)晶振電路，復(fù)位電路等知識，可以設(shè)計如下的最小系統(tǒng)：

XTAL1

XTAL2

RST

EAVPP

PSEN

ALEPFW

P30RxD

P3ITxD

P3ZINTb

3E：

P34T0

P35Tl

P36WR

P3.7fD

vss

89c51

圖(2)

3.2、實時時鐘模塊

3.2.1設(shè)計思路

本模塊主要負責為系統(tǒng)提供一個準確的時間，因此在設(shè)計的時候如果直接采用單片機

的內(nèi)部計時器計時的話，可能會因為環(huán)境的變化，如掉電等等而導(dǎo)致時鐘不準確，所以在設(shè)

計的時候可以采用一些實時時鐘芯片，來獲得準確的時間，同時能夠在系統(tǒng)掉電的時候依然

能夠正常計精確計時。

3.2.2器件選擇

(1)DS12C887

DS12c887為實時時鐘芯片，功能豐富，可以用來直接代替IBMPC上的時鐘日歷芯片

DS12887,同時,它的管腳也和MC146818B、DS12887相兼容。由于DS12c887能夠自動產(chǎn)

生世紀、年、月、日、時、分、秒等時間信息，其內(nèi)部又增加世紀寄存器，從而利用硬件電

路解決子“千年”問題：DS12c887中自帶有鋰電池，外部掉電時，其內(nèi)部信息還能夠保持

10年之久；對于一天內(nèi)的時間記錄，有12小時制和24小時制兩種模式。在12小時制模式

中，用AM和PM區(qū)分上午和下午；時間表示方法也有兩種，一種用二進制數(shù)表示，一種

用BCD碼表示;DS12c887中帶有128字節(jié)RAM,其中有11字節(jié)RAM用來儲存時間信息，

4字節(jié)RAM用來儲存DS12c887的控制信息，稱為控制寄存器，113字節(jié)通用RAM使用戶

使用；此外用戶還可以對DS12c887進行編程以實現(xiàn)多種方波輸出，并對其內(nèi)部的三路中斷

進行屏蔽。芯片內(nèi)部石英晶體與充電電池，具有三個可單獨屏蔽中斷標志位的中斷輸出，閏

年補償至2100年。+5V或+3.3V工作電源，工業(yè)級溫度范圍，自動電源故障檢測和切換電

路，故此芯片適合應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)和家庭應(yīng)用中。

其其它的一些資料如下：

*引腳圖：

MOT124Vcc

N.C.223SOW

N.C.322N.C.

ADO421N.C.

AD15：20N.C.

DS12CR887

AD26：'l9IRQ

AD3718RESET

AD4817DS

AD5916N.C.

AD61015R/W

AD71114AS

GND1213OS

圖(3)

其中，各引腳的功能為：

AD0-AD7:地址/數(shù)據(jù)總線

NC：空腳

MOT:總線模式選擇

CS:片選信號

AS：地址鎖存信號

R/W:寫信號（intel總線模式下）

DS：讀信號（intel總線模式下）

RESET：復(fù)位信號

IRQ:中斷請求輸出

VCC：+5V電源

GND：電源地

*典型電路：

圖(4)

圖(5)

*功能框圖:

圖(6)

3.2.3硬件電路

根據(jù)芯片的典型連接和引腳說明，可以在設(shè)計電路的時候采用如下的電路連接，構(gòu)成實

時時鐘模塊。

VCC

POOADO

(-XTAL1P0.1AD1

XTAL2P02AD2

P0.3AD3

P0.4AD4

U3

P0.5AD5_1

MOTVCC]VCC

P0.6AD62:

P0.7AD7~JN.C.SQW

RSTN.C.NCTT-

EAVPPP1,OT25.\I)JNCk

PSE?TP1.1T2EXADIN.C.—

ALEPROGPl2ECIAD2甌

Pi3CEXOAD3RESET

DS

Pl.4CEX1AD4R-

NC.

P30KxDPl5CEX210AD5B-

P3.1TxDPl.6CEX3二AD6RWN-

P3.2INTOPl7CEX4AD7AS13~

P3.3fNTlGNDCS

P3.4T0P2.0ASDS12C887

P35TIP21A9

P3.6速P2.2A10

GND

PlnRDP2:All

P24A12

P25A13

Pl6AU

VSSP2-Al?

89C51

圖(7)

3.3、液晶顯示模塊

3.3.1設(shè)計思路

液晶顯示模塊主要用于顯示系統(tǒng)的輸出，與用戶進行交互。只要能夠?qū)崿F(xiàn)信息的顯示即

可。

3.3.2器件選擇

實現(xiàn)系統(tǒng)的顯示輸出可以采用七段數(shù)碼管，液晶顯示屏，TFT顯示屏等多種方式，但七

段譯碼管顯示信息過少，體積大，而TFT顯示屏功能強大但過于復(fù)雜，且門禁系統(tǒng)只需簡單

顯示即可，所以本實驗采用的是LCD1602液晶顯示模塊進行顯示。LCD1602字符型液晶顯示

模塊是一種專門用于顯示字母、數(shù)字、符號等點陣式LCD,分為兩行，每行16個字符。該

顯示模塊具有簡單而功能較強的指令集，可以實現(xiàn)字符移動，閃爍等功能，其與單片機MCU

通訊可采用8位或4位并行傳輸兩種方式，其內(nèi)部控制器由兩個8位寄存器,指令寄存器(IR)

和數(shù)據(jù)寄存器(DR)忙標志(BF),顯示數(shù)RAM(DDRAM),字符發(fā)生器ROMA(CGOROM)字

符發(fā)生器RAM(CGRAM),地址計數(shù)器RAM(AC)。IR用于寄存指令碼，只能寫入不能讀出，

DR用于寄存數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)由內(nèi)部操作自動寫入DDRAM和CGRAM,或者暫存從DDRAM和CGRAM讀

出的數(shù)據(jù)，BF為1時，液晶模塊處于內(nèi)部模式，不響應(yīng)外部操作指令和接受數(shù)據(jù)，DDTAM

用來存儲顯示的字符，能存儲80個字符碼，CGROM由8位字符碼生成5*7點陣字符160中

和5*10點陣字符32種.8位字符編碼和字符的對應(yīng)關(guān)系,CGRAM是為用戶編寫特殊字符留用

的，它的容量僅64字節(jié)，可以自定義8個5*7點陣字符或者4個5*10點陣字符，AC可以

存儲DDRAM和CGRAM的地址，如果地址碼隨指令寫入IR,則IR自動把地址碼裝入AC。

下面是該模塊的使用資料?：

*引腳說明：

隔號侍號引腳說明編號符號引腳說明

|1VSS電源地9D2數(shù)據(jù)

|2VDD電源正極10D3數(shù)據(jù)

bVL液晶顯示偏壓11D4數(shù)據(jù)

k所數(shù)據(jù)/命令選擇12D5數(shù)據(jù)

R/W讀/寫選擇13D6數(shù)據(jù)

k使能信號14D7數(shù)據(jù)

kDo徵據(jù)15BLA背光源正極

|8bi微據(jù)16BLK背光源負極

圖(8)

*控制指令：

序號指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1DO

1清顯示0000000001

2光標返回000000001*

3置輸入模式00000001I/DS

4顯示開關(guān)控制0000001DCB

5光標或字符移位000001S/CR/L*X

6置功能00001DLNF**

7置字符發(fā)生存貯器地址0001字符發(fā)生存貯器地劃

8置數(shù)據(jù)存貯器地址001顯示數(shù)據(jù)存貯器地址

9讀忙標志或地址01BF計數(shù)器地址

10寫數(shù)到CGRAM或DDRAM)10要寫的數(shù)據(jù)內(nèi)容

11從CGRAM或DDRAM讀數(shù)11讀出的數(shù)據(jù)內(nèi)容

圖(9)

3.3.3硬件電路

根據(jù)該模塊的資料?，其在電路中的連接如下:

U1

VCC

J9ADO

WOADOgriDi

XTAL)PO)ADI

起XTAL2W2AD2job;

P03AD3

PO4AD4jrno5

J>05AD5^r-c-5

P06AD6

9PO：AD'

壬RST

EXVPPPl0T2

Pl1T2EX

：

ALEPROC-P12BCI4=

PliCBXO<*9-

P14CEXI

音P3C>RxDPi;CEX2

P3ITxDPl?CEX3

P32ST3Pl-CEX4

Lp331ym

P34TCP20A8

P35TIPlIMr

P36ETP22A10

P3-BP23A11

P2-A12

P25A13

P24A14

20

VSSP2'A!5改VCC

LT

S9C51

圖(10)

3.4、存儲器模塊

3.4.1設(shè)計思路

存儲器模塊主要用于存儲用戶的信息，起到存儲作用，所以需要用到儲存容器。

3.4.2芯片選擇

作為存儲介質(zhì)，現(xiàn)在采用的是TF卡，EEPROM等存儲器。本實驗采用的是AT24C04作為

存儲芯片。24co4是電可擦除存儲芯片，由兩個256字節(jié)塊構(gòu)成，采用兩線串行的總線和單

片機通訊，電壓最低可以到2.5V,額定電流為1mA,靜態(tài)電流10uA(5.5V),芯片內(nèi)的資料

可以在斷電的情況下保存100年，而且采用8腳的DIP封裝，使用方便。本設(shè)計用作信息

存儲芯片。

其使用資料如下：

*8腳DIP封裝的管腳排列如下：

DIPPackago

圖(11)

VSS:接地端

SDA:串行地址/數(shù)據(jù)I/O端

SCL:串行時鐘端

WP:寫保護輸入端

Vcc:+2.5V到5.5V電源端

AO,Al,A2:無內(nèi)部連接

*讀寫時序

總線定時開始/停止：

圖(12)

圖(13)

功能說明：

24C04支持雙向兩線總線和數(shù)據(jù)傳輸規(guī)程。若器件傳送數(shù)據(jù)到總線上，則定義器件為發(fā)

送器。若器件接收數(shù)據(jù)，則定義為接收器?？偩€必須在一個主器件控制下工作，主器件產(chǎn)生

串行時鐘，控制總線存取，并且產(chǎn)生開始和停止條件。同時224co4作為從器件工作。主器

件和從器件都可工作在發(fā)送器或接收器的狀態(tài)。但工作于何種方式由主器件決定。

3.4.3硬件電路

24C04的電路設(shè)計如下：

POOADO

XTAll?31AD：

XTAL2P02AD2

P0>AD3

P04AD4

MSAD5

P06AD6

PO'AD：

RST

SXVPPP10T2

PSSSTPl1T2EX

ALBPKOOPl2ECI

?：?CEXC

Pl4CEX1

iPl5CEX2

P3ITxDP16CEX31

?■：7TPl-CEX4

P33CTTI

P34TOP20Ag

P35TIP21R9

psetnrP22A10

P3P2SAll

P24A12

P25AB

P263

P2^AB寰

AT24C04B-TP25-B

S5CTF

?GND

圖(14)

3.5、鍵盤輸入模塊

3.5.1設(shè)計思路

鍵盤輸入模塊主要用于輸入信息。

3.5.2器件選擇

輸入可以采用現(xiàn)成的電腦鍵盤，可以采用4X4矩陣鍵盤，本實驗選用的是單

片機常用的4*4矩陣鍵盤，方便操作，代碼簡單。

3.5.3硬件電路

根據(jù)以往所學知識，可設(shè)計如下的4x4矩陣鍵盤：

T

XPOOADO

TXTAL]PO]ADI

XTAL2PO2.02

P03AD3

P04AD4

PO5AD5

>36AD6

HPO?AD7

RST

eEXVPPP10T2

PSS5TPlIT2ZX

Pl2ECI

PlJCBXO

P14CIXI———

P3a陞-0-i

P31Pl5CZX2SWPB1SW-PB1SXVPB1SU'-PB

P31KP16CEX3

產(chǎn)~

P33Pl'CBX4

產(chǎn)r

P3$

產(chǎn)PP20AS

3<”

P，P21A9

籍

點36

PP22A10

R3:-

P23AH

P24A12

P25AB

二P26A14

P2-A15

圖(15)

3.6無線視頻模塊

3.6.1設(shè)計思路

本模塊通過普通AV攝像頭采集視頻信號，采集到模擬視頻信號，然后通過無線發(fā)射模

塊將視頻信號發(fā)射出去，然后再通過接收模塊進行接收。進行設(shè)計時主要包括三個部分：視

頻采集部分，視頻收發(fā)部分和字符疊加部分。

3.6.2器件選擇

(1)攝像頭

攝像頭采用的是市場購買的普通AV信號攝像頭，該攝像頭帶有一定的夜視能力。能夠

在夜間黑暗環(huán)境下進行監(jiān)視。

(2)視頻收發(fā)模塊

無線視頻收發(fā)模塊采用的是市場購買的模塊，工作于2.4GHz附近，共有四個工作頻段

可以選擇，它們的引腳圖如下：

接收模塊

▽

發(fā)射模塊

圖

由于收發(fā)模塊比較簡單，我們直接使用洞洞板進行焊接。選擇收發(fā)頻率為2414MHz的

頻道一通信，用蓮花插座連接AV攝像頭。

（3）字符疊加模塊

字符疊加采用的是UPD6453芯片,74HC4053芯片和LM1881芯片。

①UPD6453

UPD6453是NEC公司生產(chǎn)的OSD視頻字符疊加芯片。該芯片的內(nèi)部ROM存有240個

固定字符，其中包括一些常用的字母、數(shù)字和漢字。另外有16btye的空間可以用于自定義

寫入字符。另外，利用此芯片，我們還可以設(shè)置字符顏色、字符背景，控制字符閃爍等。

我們選用雙列直插式封裝的UPD6453,其引腳圖如下。

BUSY111__1-20~|

CLK[

221Vsync

CS[3isIBBLK

DATA(

4|GBLK

RCL[

516|RQLK

voo匚6151vCBl.

CKOUT匚7*41VB

OSCouT[8>31VG

OSCIN匚912|VR

GND[

IOVMONNO,0

圖(17)

BUSY、CLK、CS、DATA與單片機普通IO口相連接，由單片機控制該芯片；

Hsync和Vsync分別連接視頻的行同步信號和場同步信號；

輸出端只輸出字符信號，根據(jù)需要可有多種連接方式。使用時，我們利用了Vmon引腳，然

顯示字符設(shè)置為白色。

該芯片的內(nèi)部指令系統(tǒng)如下：

1.1-by*command

IMSB)(LS8I

ContvntD7D€05D4D302O1DO

Diaptevcontrol0Oo0DOLOSC8L18L0

BackgroundcontrolO1o00BS1BSOEg

B?ckoroundcolorcontrol0O0IRbGbBbE":

Progr?*siv?acancontrolOo11O0VCHC

Vid?oRAMallrmf|O[O1101o°

2.2-bytecommand

ContentD15D14D13D12D11DIO0908D706D6D40302DIDO

Dtaplaypositioncontrol100OOOV4V3V2VIVOM4H3M2HIHO

Owracwrwrit*addr???control10OO01OAR3AR?ARIAROAC4AC3AC2AC1ACO

Oi*acairRAMwrit*

1OOO011RW3RW2RW1RWORL4RL3RL2RLO

addm*control

Ow?cJamooth.

1OOO1MPSISO0OSMISMOAR3AR2ARIARO

maskPM<Weontrol

OtaracwrRAMwrite

1001CR11CR10CR9CR8CR7CR6CRBCR4CR3CR2CR1CRO

datacontrol

T??tmoct*control;l<Son'tuse)1o1oOOOOT7T6T9T7T1TO

圖(18)

工作時序如下:

CommandInputMethods

oToinputone1*byt?command

DATA

CLK-mnnnnnnj-

BUSY

oToinputone2-bytecommand

DATA

an-uinnnnjinrinnnnnniu—

BUSY

Toinputone2ndbytecontinuouscommand

2ndbyl*?ndbyl.

□ATA

CLK-innnnnnnj—innnnnnnrinnnnnnnj-

r

BUSYrir\

圖(19)

②LM1881

LMI881是由NationalSemiconductor公司生產(chǎn)的行場視頻信號分離芯片，支持NTSC,

P