無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計論文

ID:161768 · 發(fā)表于 2017-2-11 01:50

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1 引言

2 方案論證

2.1 方案1——采用A/D和D/A轉(zhuǎn)換的數(shù)字無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)

2.2 方案2——數(shù)字和模擬結(jié)合的無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)

3 系統(tǒng)概述

4 單元電路設(shè)計

4.1 射頻發(fā)射電路

4.2 射頻接收

4.3 數(shù)字無線發(fā)射電路

4.3.1 C8051F310單片機(jī)介紹

4.3.2 nRF905芯片介紹

4.3.3 數(shù)字無線發(fā)射硬件電路

4.3.4 液晶顯示電路

4.4 數(shù)字無線接收電路

4.5 電源電路

4.5.1 +5V電源電壓設(shè)計

4.5.2 +3.3V電源電壓設(shè)計

4.5.3 蓄電池

5 軟件設(shè)計

5.1 數(shù)字無線發(fā)射電路程序設(shè)計

5.1.1 發(fā)射電路程序

5.1.2 液晶顯示電路程序

5.2 數(shù)字無線接收電路程序設(shè)計

6 測試結(jié)果

結(jié) 論

參考文獻(xiàn)

附錄A 無線發(fā)射電路

附錄B 無線接收電路

附錄1 發(fā)射程序

附錄2 液晶程序

附錄3 接收程序

致謝

1 引言

無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)是安全防范系統(tǒng)的組成部分，它是一種防范能力較強(qiáng)的綜合系統(tǒng)。無線視頻監(jiān)控以其直觀、方便、信息內(nèi)容豐富而廣泛應(yīng)用于許多場合。近年來，隨著計算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)以及圖像處理、傳輸技術(shù)的飛速發(fā)展，視頻監(jiān)控制技術(shù)也有長遠(yuǎn)的發(fā)展。

在國內(nèi)外市場上，主要推出的是數(shù)字控制的模擬視頻監(jiān)控和數(shù)字視頻監(jiān)控兩類產(chǎn)品。前者技術(shù)發(fā)展已經(jīng)非常成熟、性能穩(wěn)定，并在實際工程應(yīng)用中得到廣泛應(yīng)用，特別是在大、中型視頻監(jiān)控工程中的應(yīng)用尤為廣泛；后者是新近崛起的以計算機(jī)技術(shù)及圖像視頻壓縮為核心的新型視頻監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)解決了模擬系統(tǒng)部分弊端而迅速崛起，但仍需進(jìn)一步完善和發(fā)展。目前，視頻監(jiān)控系統(tǒng)正處在數(shù)控模擬系統(tǒng)[1]與數(shù)字系統(tǒng)混合應(yīng)用并將逐漸向數(shù)字系統(tǒng)過渡的階段。

數(shù)字信號控制的模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)分為基于微處理器的視頻切換控制加PC機(jī)的多媒體管理和基于PC機(jī)實現(xiàn)對矩陣主機(jī)的切換控制及對系統(tǒng)的多媒體管理兩種類型。

80年代是微處理器的年代，視頻監(jiān)控系統(tǒng)利用微處理器固件發(fā)展的矩陣切換器，將原來分散的全硬件視頻監(jiān)控系統(tǒng)微型集中化，如將視頻切換、對前端的控制等功能集合一起，一機(jī)處理，是技術(shù)上的一個突破。

自備微處理器的矩陣主機(jī)可通過PC機(jī)的圖形管理軟件實現(xiàn)以下功能：

（1）對單一工作站之中的視頻監(jiān)控、出入口控制、內(nèi)部通訊、報警等進(jìn)行綜合全面控制(注：只能提供一個簡單的、可增強(qiáng)系統(tǒng)控制功能的用戶界面，但不能代替矩陣主機(jī)的安防配置和編程能力)；

（2）任意一臺工作站可通過網(wǎng)絡(luò)，控制其它工作站所連接的矩陣主機(jī)、報警設(shè)備，完成視頻切換、云臺、鏡頭控制及報警聯(lián)動等；

（3）可通過軟件實現(xiàn)對眾多矩陣主機(jī)和報警接口軟件模塊的控制。

基于PC機(jī)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用軟件設(shè)計，實現(xiàn)攝像機(jī)到監(jiān)視器的視頻矩陣切換，云臺和鏡頭的控制，通過串口連接報警設(shè)備的報警信息，并通過程序編程自動完成視頻切換、云臺控制、報警聯(lián)動、報警錄像等各項控制功能。系統(tǒng)能充分利用PC機(jī)的資源，使視頻監(jiān)控系統(tǒng)隨電腦技術(shù)的發(fā)展而不斷進(jìn)步，同時其開放性的結(jié)構(gòu)特性更可使之與其它多種系統(tǒng)如與消防報警系統(tǒng)、出入口管理系統(tǒng)、樓宇自控系統(tǒng)等實現(xiàn)互動集成。

隨著微處理器、微機(jī)的功能、性能的增強(qiáng)和提高，多媒體技術(shù)的應(yīng)用，系統(tǒng)在功能、性能、可靠性、結(jié)構(gòu)方式等方面都發(fā)生了很大的變化，視頻監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成更加方便靈活、與其它技術(shù)系統(tǒng)的接口趨于規(guī)范，人機(jī)交互界面更為友好。但由于視頻監(jiān)控系統(tǒng)中信息流的形態(tài)沒有變，仍為模擬的視頻信號，系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)主要是一種單功能、單向、集總方式的信息采集網(wǎng)絡(luò)，介質(zhì)專用的特點，因此系統(tǒng)盡管已發(fā)展到很高的水平，已無太多潛力可挖，其局限性依然存在，要滿足更高的要求，數(shù)字化是必由之路。

90年代末，隨著多媒體技術(shù)、視頻壓縮編碼技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的發(fā)展、數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)迅速崛起，現(xiàn)今市場上有兩種數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)類型，一種是以數(shù)字錄像設(shè)備為核心的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，另一種是以嵌入式視頻Web服務(wù)器為核心的視頻監(jiān)控系統(tǒng)[2]。

視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展方向前端一體化、視頻數(shù)字化、監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)化、系統(tǒng)集成化是視頻監(jiān)控系統(tǒng)公認(rèn)的發(fā)展方向，而數(shù)字化是網(wǎng)絡(luò)化的前提，網(wǎng)絡(luò)化又是系統(tǒng)集成化的基礎(chǔ)，所以，視頻監(jiān)控發(fā)展的最大兩個特點就是數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化。被廣泛運用于商業(yè)領(lǐng)域、金融領(lǐng)域、教育領(lǐng)域、高危領(lǐng)域、個人領(lǐng)域等。

許多書籍都對無線電系統(tǒng)有一定的介紹，但是沒有相關(guān)的書本詳細(xì)的介紹無線視頻監(jiān)控這一部分的內(nèi)容。

基于無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展迅速更新、升級及應(yīng)用廣泛等這些特點，本畢業(yè)設(shè)計主要對模擬信號數(shù)字化控制，使其推向數(shù)字化的應(yīng)用領(lǐng)域來進(jìn)行研究。運用C8051F310單片機(jī)控制進(jìn)行數(shù)據(jù)信息無線傳送，通過高頻調(diào)制電路對射頻圖像信息進(jìn)行無線傳送。電路主要采用射頻無線發(fā)射、射頻無線接收、數(shù)字無線發(fā)射、數(shù)字無線接收等模塊完成電路的設(shè)計。

本設(shè)計中運用了nRF905收發(fā)模塊，此模塊提供了SPI 接口方便與C8051F310單片機(jī)的SPI 口連接。nRF905 單片無線收發(fā)器工作在433MHZ，通過SPI 接口進(jìn)行編程配置，從而工作在消耗很低的電流狀態(tài)。C8051F310單片機(jī)的增強(qiáng)型串行外設(shè)接口[3]SPI0提供訪問一個全雙工同步串行總線。SPI0可以作為主器件或從器件工作，使用4線主方式。通過C8051F310單片機(jī)SPI串口進(jìn)行編程控制視頻頭的轉(zhuǎn)向，同時，通過89S52單片機(jī)控制液晶顯示電路；再運用射頻發(fā)射與射頻接收電路，將圖像信息顯示在電視機(jī)上，達(dá)到對周圍事件進(jìn)行實時監(jiān)控。經(jīng)過對無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計，讓我們更好的熟悉C8051F310單片機(jī)和89S52 兩款單片機(jī)，而且對C8051F310這款在校園里運用還不是很多的單片機(jī)有很好的掌握。在使用89S52單片機(jī)控制液晶顯示電路時，可以對以往學(xué)習(xí)過的51系列單片機(jī)進(jìn)行鞏固；對HY-12864液晶顯示電路的硬件和軟件有一個充分的認(rèn)識。

本設(shè)計內(nèi)容豐富、信息量大、涵蓋技術(shù)領(lǐng)域?qū)拸V、資料齊全、實用性強(qiáng)，為了便于理解和應(yīng)用，論文中詳細(xì)介紹了設(shè)計方面的所有要點，并且附帶了電路原理圖和所有的相關(guān)程序�？梢詫o線控制方面的得到了解，同時，對兩款單片機(jī)的實際應(yīng)用能夠更好的掌握。參考硬件電路及源程序進(jìn)行調(diào)試，對系統(tǒng)的設(shè)計方法有一個明確的概括。將畢業(yè)設(shè)計實物更好的運用于實際中，與生活緊密的聯(lián)系起來。畢業(yè)設(shè)計——無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)是大學(xué)生運用自己所學(xué)的專業(yè)和理論知識聯(lián)系實際的一個很好的課題。

2 方案論證

無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)運用廣泛,使用的環(huán)境各不相同, 而且無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)的種類比較多，根據(jù)具體的情況可以選用不同的設(shè)計方案�？梢詼p小開發(fā)難度，縮短開發(fā)周期，降低成本，更快地將產(chǎn)品推向市場。本設(shè)計要求通過單片機(jī)控制，對攝像頭進(jìn)行無線實時控制，達(dá)到不同角度的監(jiān)控功能。

2.1 方案1——采用A/D和D/A轉(zhuǎn)換的數(shù)字無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)

攝像頭將所采集到的圖像信號經(jīng)過內(nèi)部的轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成視頻信號傳給高速A/D，高速A/D負(fù)責(zé)把攝像頭輸出的模擬電壓信號轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的8位數(shù)據(jù)量[4]。C8051F310單片機(jī)控制高速A/D的采集開始與結(jié)束，將轉(zhuǎn)換后的8位數(shù)據(jù)量傳給單片機(jī)。單片機(jī)是整個系統(tǒng)的中心環(huán)節(jié)，它將從A/D取得的數(shù)據(jù)信號經(jīng)過處理后送給無線發(fā)射模塊進(jìn)行調(diào)制發(fā)送。鍵盤對無線發(fā)送模塊進(jìn)行發(fā)射控制。詳見圖2-1 A/D轉(zhuǎn)換無線發(fā)射框圖。

圖2-1 A/D轉(zhuǎn)換無線發(fā)射框圖

無線接收模塊把接收到的信號進(jìn)行解調(diào)，再把解調(diào)后的8位數(shù)據(jù)量傳給C8051F310單片機(jī)。單片機(jī)通過指令控制高速無線接收模塊的開始與結(jié)束。將所得到的數(shù)據(jù)量經(jīng)過運算處理后送給高速D/A，其將數(shù)據(jù)量轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的模擬量，然后送給顯示設(shè)備。從而達(dá)到了監(jiān)控的功能。詳見圖2-2 D/A轉(zhuǎn)換無線接收框圖。

圖2-2 D/A轉(zhuǎn)換無線接收框圖

此方案處理速度快，功能和可靠性強(qiáng)，視頻中分辨率高，可以控制距離遠(yuǎn)，達(dá)到很好的效果，使用范圍廣。但是，電路通過信息采集、數(shù)據(jù)處理、傳輸、系統(tǒng)控制等部分組成，硬件電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要使用高速的單片機(jī)和高速A/D與D/A轉(zhuǎn)換芯片，電路實現(xiàn)和調(diào)試都相當(dāng)困難。各芯片成本高，適用于專業(yè)場合，不便于畢業(yè)設(shè)計。

2.2 方案2——數(shù)字和模擬結(jié)合的無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)

此方案采用射頻無線發(fā)射、射頻無線接收、數(shù)字無線發(fā)射、數(shù)字無線接收四部分組成。C8051F310單片機(jī)從鍵盤取得的數(shù)據(jù)信號經(jīng)過處理后送給無線發(fā)射模塊進(jìn)行調(diào)制發(fā)送。鍵盤經(jīng)過C8051F310單片機(jī)可以對無線發(fā)射模塊nRF905進(jìn)行控制。AT89S52單片機(jī)通過鍵盤在液晶上顯示對應(yīng)的控制信息。視頻顯示設(shè)備將接收到的射頻信號解調(diào)成視頻信號并顯示，從而達(dá)到了監(jiān)控的功能。詳見圖2-3框圖。

圖2-3 射頻無線接收和數(shù)字無線發(fā)射框圖

攝像頭采集圖像信號[5]，通過內(nèi)部轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成視頻信號輸出到調(diào)制電路。調(diào)制電路的設(shè)計：電容三點式振蕩電路產(chǎn)生56MHz正弦信號和AV信號調(diào)制，得出射頻信號，送入到射頻放大器UPC1651放大后發(fā)送出去。nRF905無線接收模塊把接收到的信號進(jìn)行解調(diào)，把解調(diào)后的數(shù)據(jù)信息傳給C8051F310單片機(jī)，單片機(jī)通過指令控制攝像頭電機(jī)的轉(zhuǎn)向。詳見圖2-4框圖。

圖2-4 射頻無線發(fā)射和數(shù)字無線接收框圖

此設(shè)計電路簡單，容易實現(xiàn)，使用范圍廣，對于銀行、煤礦等安全地帶可以很方便控制攝像頭的電機(jī)進(jìn)行檢測。功耗低、軟件編程較簡單，nRF905芯片的體積小、整個系統(tǒng)成本低。用單片機(jī)來實現(xiàn)無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)，充分利用了單片機(jī)的資源。同時使用C8051F310單片機(jī)和nRF905芯片一起控制,非常符合我們的設(shè)計思路，所以本設(shè)計采用方案2。

3 系統(tǒng)概述

本設(shè)計主要完成的任務(wù)是將攝像頭將所采集到的圖像信號經(jīng)過其內(nèi)部的轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成視頻信號，送入射頻調(diào)制發(fā)射電路（即通過調(diào)制電路把攝像頭輸出的模擬電壓信號和本振信號調(diào)制出射頻信號，經(jīng)放大后發(fā)送）。

射頻接收器將射頻調(diào)制發(fā)射電路發(fā)射過來的射頻信號還原成圖像并進(jìn)行顯示，從而實現(xiàn)了監(jiān)控的功能。

發(fā)射端的C8051F310單片機(jī)通過鍵盤對數(shù)字無線發(fā)射模塊的開始與結(jié)束控制。C8051F310單片機(jī)把控制字和所要傳送的數(shù)據(jù)信息分別寫入nRF905發(fā)射模塊進(jìn)行調(diào)制發(fā)送。同時，AT89S52單片機(jī)通過鍵盤在液晶上顯示對應(yīng)的控制信息。

在數(shù)字無線接收端，首先，接收端的C8051F310單片機(jī)把控制字寫入nRF905數(shù)字無線接收模塊，然后其將接收到的信號進(jìn)行解調(diào)，把解調(diào)后的數(shù)據(jù)信息傳給C8051F310單片機(jī)，單片機(jī)通過指令控制電機(jī)轉(zhuǎn)向。

本設(shè)計主要組成部分具體如圖3-1所示系統(tǒng)框圖。

圖3-1系統(tǒng)框圖

4 單元電路設(shè)計

按照系統(tǒng)設(shè)計功能的要求，確定設(shè)計系統(tǒng)硬件電路由射頻發(fā)射、射頻接收、數(shù)字無線發(fā)射、數(shù)字無線接收和電源電路五大模塊組成。各電路模塊的設(shè)計如下。

4.1 射頻發(fā)射電路

射頻發(fā)射電路通過電容三點式產(chǎn)生56MHz的頻率[6]，而圖像信號經(jīng)過攝像頭采集，通過攝像頭的內(nèi)部電路轉(zhuǎn)換為模擬電壓信號，從JP1端送入，通過二極管調(diào)制電路，調(diào)制電路負(fù)責(zé)把攝像頭輸出的模擬電壓信號和本振信號混出射頻信號，射頻信號經(jīng)過uPC1651集成運算放大器和共發(fā)射級電路放大后發(fā)送。其中uPC1651是電視天線放大器專用集成電路，是一塊超高頻、寬頻帶（頻率帶寬為1200MHz）、低噪聲，功率增益大（19dB，f=500MHz）的高頻線性放大電路。如圖4-1所示射頻發(fā)射電路。

圖4-1 射頻發(fā)射電路

4.2 射頻接收

射頻接收部分主要是電視機(jī)的接收，通過電視臺的VHL波段[7]進(jìn)行攝像頭采集的56MHz的AV信號在電視機(jī)顯示器上顯示。

4.3 數(shù)字無線發(fā)射電路

由于單片機(jī)具有體積小、結(jié)構(gòu)簡單、易于掌握、可靠性高、價格低廉、功耗低、控制功能強(qiáng)及應(yīng)用靈活等優(yōu)點，本設(shè)計中的數(shù)字無線發(fā)射和數(shù)字無線接收主要是通過C8051F310單片機(jī)的串行外設(shè)接口總線SPI（Serial Peripheral Interface）和nRF905發(fā)射與接收模塊的SPI總線進(jìn)行電路的控制，52系列（AT89S52）單片機(jī)主要負(fù)責(zé)HY-12864液晶顯示電路的控制。硬件電路見附錄A。

4.3.1 C8051F310單片機(jī)介紹

無線發(fā)射和接收電路運用C8051F310單片機(jī)的SPI串行外設(shè)接口進(jìn)行電路的控制。在此主要介紹C8051F310單片機(jī)的內(nèi)部性能[8]和SPI總線的特性。

一、C8051F310內(nèi)部性能

1.模擬外設(shè)

·10位ADC

轉(zhuǎn)換速率可達(dá)200ksps

可多達(dá)21個外部單端或差分輸入

VREF可在外部引腳或VDD中選擇

內(nèi)置溫度傳感器（±3°C）

·兩個模擬比較器

可編程回差電壓和響應(yīng)時間

可配置為中斷或復(fù)位源（比較器0）

2.在片調(diào)試

· 片內(nèi)調(diào)試電路提供全速、非侵入式的在系統(tǒng)調(diào)試（不需仿真器）支持?jǐn)帱c、單步、觀察/修改存儲器和寄存器

· 比使用仿真芯片、目標(biāo)仿真頭和仿真插座的仿真系統(tǒng)有更優(yōu)越的性能

3.供電電壓2.7V - 3.6V

· 典型工作電流：5mA@25MHz；11μA@32KHz

· 溫度范圍：-40°C - +85°C

4.高速8051微控制器內(nèi)核

· 流水線指令結(jié)構(gòu)；70%的指令的執(zhí)行時間為一個或兩個系統(tǒng)時鐘周期

· 速度可達(dá)25MIPS（時鐘頻率為25MHz時）

5.存儲器

· 1280字節(jié)內(nèi)部數(shù)據(jù)RAM（1024+256）

· 16KB FLASH存儲器

6.數(shù)字外設(shè)

· 29個端口I/O；所有口線均耐5V電壓

· 硬件增強(qiáng)型UART、SMBus和SPI串口

· 4個通用16位計數(shù)器/定時器

· 16位可編程計數(shù)器/定時器陣列（PCA），有5個捕捉/比較模塊

· 使用PCA或定時器和外部時鐘源的實時時鐘方式

7.時鐘源

· 內(nèi)部可編程振蕩器：24.5MHz，±2%的精度，可支持無晶體UART操作

· 外部振蕩器：晶體、RC、C、或外部時鐘

8.封裝

· 32腳LQFP

二、SPI總線的特性

C8051F310單片機(jī)內(nèi)部具有增強(qiáng)型串行外設(shè)接口（SPI0）可提供訪問一個全雙工同步串行總線的能力。

1.信號說明

（1）主輸出、從輸入（MOSI）

主出從入（MOSI）信號是主器件的輸出和從器件的輸入，用于從主器件到從器件的串行數(shù)據(jù)傳輸。當(dāng)被配置為主器件時，MOSI 由移位寄存器的 MSB 驅(qū)動。

（2）主輸入、從輸出（MISO）

主入從出（MISO）信號是從器件的輸出和主器件的輸入，用于從從器件到主器件的串行數(shù)據(jù)傳輸。當(dāng)SPI被禁止或工作在4線從方式而未被選中時， MISO引腳被置于高阻態(tài)。

（3）串行時鐘（SCK）

串行時鐘（SCK）信號是主器件的輸出和從器件的輸入，用于同步主器件和從器件之間在MOSI和MISO線上的串行數(shù)據(jù)傳輸。當(dāng)SPI0作為主器件時產(chǎn)生該信號。

（4）從選擇（NSS）

從選擇（NSS）信號的功能取決于SPI0CN寄存器中NSSMD1和NSSMD0位的設(shè)置。有3種可能的方式：3線主方式或從方式、4線從方式或多主方式和4線主方式。本設(shè)計用NSSMD[1:0] = 1x為4線主方式， NSS作為輸出。NSSMD0的設(shè)置值決定NSS引腳的輸出電平。

2.SPI0主方式操作

只有SPI主器件能啟動數(shù)據(jù)傳輸。通過將主允許標(biāo)志MSTEN置1，將SPI0置于主方式。當(dāng)處于主方式時，向SPI0數(shù)據(jù)寄存器寫入一個字節(jié)時是寫發(fā)送緩沖器。如果SPI移位寄存器為空，發(fā)送緩沖器中的數(shù)據(jù)字節(jié)被傳送到移位寄存器，數(shù)據(jù)傳輸開始。SPI0主器件立即在MOSI線上串行移出數(shù)據(jù)，同時在SCK上提供串行時鐘。在傳輸結(jié)束后SPIF標(biāo)志被置為邏輯1。如果中斷被允許，在SPIF標(biāo)志置位時將產(chǎn)生一個中斷請求。在全雙工操作中，當(dāng)SPI主器件在MOSI線向從器件發(fā)送數(shù)據(jù)時，被尋址的SPI從器件可以同時在MISO線上向主器件發(fā)送其移位寄存器中的內(nèi)容。因此，SPIF標(biāo)志既作為發(fā)送完成標(biāo)志又作為接收數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好標(biāo)志。

4.SPI0中斷源

如果SPI0中斷被允許，在下述4個標(biāo)志位被置1時將產(chǎn)生中斷。

（1）在每次字節(jié)傳輸結(jié)束，SPI中斷標(biāo)志SPIF被置1。該標(biāo)志適用于所有SPI方式。

（2）如果在發(fā)送緩沖器中的數(shù)據(jù)尚未被傳送到移位寄存器時寫SPI0DAT，寫沖突標(biāo)志W(wǎng)COL被置1。

（3）當(dāng)SPI0被配置為主器件并且工作于多主方式，而NSS被拉為低電平時，方式錯誤標(biāo)志MODF被置1。

（4）當(dāng)SPI0被配置為從器件并且一次傳輸結(jié)束，而接收緩沖器中還保持著上一次傳輸?shù)臄?shù)據(jù)未被讀取時，接收溢出標(biāo)志RXOVRN被置1。

5.串行時鐘時序

使用SPI0配置寄存器中的時鐘控制選擇位可以在串行時鐘相位和極性的4種組合中選擇其一。CKPHA位選擇兩種時鐘相位（鎖存數(shù)據(jù)所用的邊沿）中的一種。CKPOL位在高電平有效和低電平有效的時鐘之間選擇。主器件和從器件必須被配置為使用相同的時鐘相位和極性。注意：在改變時鐘相位和極性期間應(yīng)禁止SPI0，兩個器件通信時，不論工作在主方式還是從方式，CKPHA必須被置0。

6.SPI特殊功能寄存器

對SPI0的訪問和控制是通過系統(tǒng)控制器中的4個特殊功能寄存器實現(xiàn)，具體如下。

(1)SPI0CFG：SPI0配置寄存器，復(fù)位值：00000111 SFR地址：0XA1

R R/W R/W R/W R R R R

SPIBSY

MSTEN

CKPHA

CKPOL

SLVSEL

NSSIN

SRMT

RXBMT

位7 位6 位5 位4 位3 位2 位1 位0

位7：SPIBSY：SPI忙標(biāo)志（只讀）

當(dāng)一次SPI傳輸正在進(jìn)行時（主或從方式），該位被置為1。

位6：MSTEN：主方式允許位

0：禁止主方式，工作在從方式。1：允許主方式，工作在主器件方式。

位5 CKPHA：SPI0時鐘相位。該位控制SPI0時鐘的相位。

0：在SCK周期的第一個邊沿采樣數(shù)據(jù)。1：在SCK周期第二個邊沿采樣數(shù)據(jù)。

位4：CKPOL：SPI0時鐘極性。該位控制SPI0時鐘的極性。

0：SCK在空閑狀態(tài)時處于低電平。 1：SCK在空閑狀態(tài)時處于高電平。

位3：SLVSEL：從選擇標(biāo)志（只讀）

當(dāng)NSS引腳為低電平時該位被置1，表示SPI0是被選中的從器件。當(dāng)NSS引腳為高電平時，該位被清0。

位2：NSSIN：NSS引腳的瞬時值（只讀）

該位指示讀該寄存器時NSS引腳的即時值。該信號未被去噪。

位1：SRMT：移位寄存器空標(biāo)志（在從方式有效，只讀）。

當(dāng)所有數(shù)據(jù)都被移入/移出移位寄存器并且沒有新數(shù)據(jù)可以從發(fā)送緩沖器讀出或向接收緩沖器寫入時，該位被置1。當(dāng)數(shù)據(jù)字節(jié)被從發(fā)送緩沖器傳送到移位寄存器或SCK發(fā)生變化時，該位被清0。

位0：RXBMT：接收緩沖器空（在從方式有效，只讀）

當(dāng)接收緩沖器被讀取且沒有新數(shù)據(jù)時，該位被置1。如果在接收緩沖器中有新數(shù)據(jù)未被讀取，則該位被清0。

(2) SPI0CN：SPI0控制寄存器，復(fù)位值：00000110 SFR地址：0XF8 (可位尋址)

R/W R/W R/W R/W R/W R/W R R/W

SPIF

WCOL

MODF

RXOVRN

NSSMD1

NSSMD0

TXBMT

SPIEN

位7 位6 位5 位4 位3 位2 位1 位0

位7：SPIF：SPI0中斷標(biāo)志

該位在數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束后被硬件置1。如果中斷被允許，置1該位將會使CPU轉(zhuǎn)到SPI0中斷處理服務(wù)程序。該位用軟件清0。

位6：WCOL：寫沖突標(biāo)志

該位由硬件置1（并產(chǎn)生一個SPI0中斷），表示數(shù)據(jù)傳送期間對SPI0數(shù)據(jù)寄存器進(jìn)行了寫操作。該位用軟件清0。

位5：MODF：方式錯誤標(biāo)志

當(dāng)檢測到主方式?jīng)_突（NSS為低電平，MSTEN＝1，NSSMD[1:0] = 01）時，該位由硬件置1（并產(chǎn)生一個SPI0中斷）。該位用軟件清0。

位4：RXOVRN：接收溢出標(biāo)志（只適用于從方式）

當(dāng)前傳輸?shù)淖詈笠晃灰呀?jīng)移入SPI0移位寄存器，而接收緩沖器中仍保存著前一次傳輸未被讀取的數(shù)據(jù)時該位由硬件置1（并產(chǎn)生一個SPI0中斷）。該位用軟件清0。

位3-2：NSSMD1-NSSMD0：從選擇方式位

選擇NSS工作方式：

00：3線從方式或3線主方式。

01：4線從方式或多主方式（默認(rèn)值）。

1x：4線單主方式。NSS被分配一個輸出引腳并輸出NSSMD0的值。

位1：TXBMT：發(fā)送緩沖器空標(biāo)志

當(dāng)新數(shù)據(jù)被寫入發(fā)送緩沖器時，該位被清0。當(dāng)發(fā)送緩沖器中的數(shù)據(jù)被傳送到SPI移位寄存器時，該位被置1，表示可以向發(fā)送緩沖器寫新數(shù)據(jù)。

位0：SPIEN：SPI0使能位

該位使能／禁止SPI0。

0：禁止SPI0 。1：使能SPI0

(3) SPI0CKR：SPI0時鐘速率寄存器；復(fù)位值：00000000 SFR地址：0XA2

R/W R/W R/W R/W R/W R/W R/W R/W

SCR7

SCR6

SCR5

SCR4

SCR3

SCR2

SCR1

SCR0

位7 位6 位5 位4 位3 位2 位1 位0

位7-0：SCR7-SCR0：SPI0時鐘頻率

當(dāng)SPI0模塊被配置為工作于主方式時，這些位決定SCK輸出的頻率。SCK時鐘頻率是從系統(tǒng)時鐘分頻得到的，由下面的方程給出，其中：SYSCLK是系統(tǒng)時鐘頻率，SPI0CKR是SPI0CKR寄存器中的8位值。

其中(0≤SPI0CKR≤255)

例如：如果SYSCLK = 2MHz，SPI0CKR = 0x04，則

(4) SPI0DAT：SPI0數(shù)據(jù)寄存器，復(fù)位值：00000000 SFR地址：0XA3

R/W R/W R/W R/W R/W R/W R/W R/W

位7 位6 位5 位4 位3 位2 位1 位0

位7-0：SPI0DAT：SPI0發(fā)送和接收數(shù)據(jù)寄存器。

SPI0DAT寄存器用于發(fā)送和接收SPI0數(shù)據(jù)。在主方式下，向SPI0DAT寫入數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)被放到發(fā)送緩沖器并啟動發(fā)送。讀SPI0DAT返回接收緩沖器的內(nèi)容。

4.3.2 nRF905芯片介紹

nRF905是挪威Nordic VLSI公司推出的單片射頻收發(fā)器，工作電壓為1.9～3.6V，32引腳QFN封裝，工作于433/868/915MHz三個ISM頻道，頻道之間的轉(zhuǎn)換時間小于650μs。nRF905由頻率合成器、收發(fā)解調(diào)器、功率放大器、晶體振蕩器和調(diào)制器組成，不需要外加聲表濾波器，ShockBurstTM工作模式，自動處理字頭和CRC（循環(huán)冗余碼校驗），使用SPI接口與微控制器通信，配置非常方便。就本設(shè)計中nRF905的運用部分作了一系列的介紹。

一、工作模式

nRF905有兩種工作模式，分別是ShockBurstTM接收模式和ShockBurstTM發(fā)送模式。nRF905的工作模式由TRX_CE、TX_EN和PWR_UP三個引腳決定，詳見表4-1。

表4-1 工作模式

PWR_UP	TRX_CE	TX_EN	工作模式
0	×	×	關(guān)機(jī)模式
1	0	×	空閑模式
1	1	0	射頻接收模式
1	1	1	射頻發(fā)射模式

注：0 為低電平 1為高電平 ×為任意

1.ShockBurstTM模式

與射頻數(shù)據(jù)包有關(guān)的高速信號處理都在nRF905片內(nèi)進(jìn)行，數(shù)據(jù)速率由微控制器配置的SPI接口決定，數(shù)據(jù)在微控制器中低速處理，但在nRF905中高速發(fā)送，因此中間有很長時間的空閑，這就有利于電路的節(jié)能。由于nRF905工作于ShockBurstTM模式，因此使用低速的微控制器也能得到很高的射頻數(shù)據(jù)發(fā)射速率。在ShockBurstTM接收模式下，當(dāng)一個包含正確地址和數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)包被接收到后，地址匹配(AM)和數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好(DR)兩引腳通知微控制器。在ShockBurstTM發(fā)送模式，nRF905自動產(chǎn)生字頭和CRC校驗碼，當(dāng)發(fā)送過程完成后，數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好引腳通知微處理器數(shù)據(jù)發(fā)射完畢。下面具體詳細(xì)分析nRF905的發(fā)送流程和接收流程。

2.發(fā)送流程

典型的nRF905發(fā)送流程分以下幾步：

（1）微控制器有數(shù)據(jù)要發(fā)送時，通過SPI接口，按時序把接收機(jī)的地址和要發(fā)送的數(shù)據(jù)送傳給nRF905，SPI接口的速率在通信協(xié)議和器件配置時確定；

（2）微控制器置高TRX_CE和TX_EN，激發(fā)nRF905的ShockBurstTM發(fā)送模式；

（3）nRF905的ShockBurstTM發(fā)送：

射頻寄存器自動開啟；
數(shù)據(jù)打包(加字頭和CRC校驗碼)；
發(fā)送數(shù)據(jù)包；
當(dāng)數(shù)據(jù)發(fā)送完成，數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好引腳被置高；

（4）AUTO_RETRAN被置高，nRF905不斷重發(fā)，直到TRX_CE被置低；

（5）當(dāng)TRX_CE被置低，nRF905發(fā)送過程完成，自動進(jìn)入空閑模式。

ShockBurstTM工作模式保證，一旦發(fā)送數(shù)據(jù)的過程開始，無論TRX_EN和TX_EN引腳是高或低，發(fā)送過程都會被處理完。只有在前一個數(shù)據(jù)包被發(fā)送完畢，nRF905才能接受下一個發(fā)送數(shù)據(jù)包。

3.接收流程

TRX_CE為高、TX_EN為低時，nRF905進(jìn)入ShockBurstTM接收模；
650us后，nRF905不斷監(jiān)測，等待接收數(shù)據(jù)；
當(dāng)nRF905檢測到同一頻段的載波時，載波檢測引腳被置高；
當(dāng)接收到一個相匹配的地址，地址匹配引腳被置高；
當(dāng)一個正確的數(shù)據(jù)包接收完畢，nRF905自動移去字頭、地址和CRC校驗位，然后把數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好引腳置高；
微控制器把TRX_CE置低，nRF905進(jìn)入空閑模式；
微控制器通過SPI口，以一定的速率把數(shù)據(jù)移到微控制器內(nèi)；
當(dāng)所有的數(shù)據(jù)接收完畢，nRF905把數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好引腳和地址匹配引腳置低；
nRF905此時可以進(jìn)入ShockBurstTM接收模式、ShockBurstTM發(fā)送模式或關(guān)機(jī)模式。

當(dāng)正在接收一個數(shù)據(jù)包時，TRX_CE或TX_EN引腳的狀態(tài)發(fā)生改變，nRF905立即把其工作模式改變，數(shù)據(jù)包則丟失。當(dāng)微處理器接到地址匹配引腳的信號之后，其就知道nRF905正在接收數(shù)據(jù)包，其可以決定是讓nRF905繼續(xù)接收該數(shù)據(jù)包還是進(jìn)入另一個工作模式。

二、器件配置

所有配置字都是通過SPI接口送給nRF905。SPI接口的工作方式可通過SPI指令進(jìn)行設(shè)置。

1. SPI接口配置

SPI接口由狀態(tài)寄存器、射頻配置寄存器、發(fā)送地址寄存器、發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器和接收數(shù)據(jù)寄存器5個寄存器組成。狀態(tài)寄存器包含數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好引腳狀態(tài)信息和地址匹配引腳狀態(tài)信息；射頻配置寄存器包含收發(fā)器配置信息，如頻率和輸出功能等；發(fā)送地址寄存器包含接收機(jī)的地址和數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)；發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器包含待發(fā)送的數(shù)據(jù)包的信息，如字節(jié)數(shù)等；接收數(shù)據(jù)寄存器包含要接收的數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)等信息。

2.射頻配置

射頻配置寄存器如表4-2所示：

表4-2 射頻配置寄存器

名稱	位寬	描述
CH_NO	9	和HFREQ_PLL一起進(jìn)行頻率設(shè)置（默認(rèn)值為001101100B=108D，fRF=(422.4+CH_NOd/10)*(1+HFREQ_PLLd)MHz
HFREQ_PLL	1	使PLL工作于433或868/915MHz（默認(rèn)值為0）‘0’-工作于433MHz頻段；‘1’-工作于868/915MHz頻段
PA_PWR	2	輸出功率（默認(rèn)值為00）‘00’-10dBm；‘01’-2dBm‘10’ +6dBm；‘11’+10dBm
RX_RED_PWR	1	接收方式節(jié)能端，該位為高時，接收工作電流為1.6mA，但同時靈敏度也降低
AUTO_RETRAN	1	自動重發(fā)位，只有當(dāng)TRX_CE和TXEN為高時才有效
RX_AFW	3	接收地址寬度（默認(rèn)值為100）‘001’-1byte RX地址；‘100’-4byte RX地址；
TR_AFW	3	發(fā)送地址寬度（默認(rèn)值為100）‘001’-1byte TX地址；‘100’-4byte TX地址；
RX_PW	6	接收數(shù)據(jù)寬度（默認(rèn)值為100000） ‘000001’-1byte 接收數(shù)據(jù)寬度；‘000010’-2byte 接收數(shù)據(jù)寬度；…‘100000’-32byte 接收數(shù)據(jù)寬度；
TX_PW	6	發(fā)射數(shù)據(jù)寬度（默認(rèn)值為100000） ‘000001’-1byte 發(fā)射數(shù)據(jù)寬度；‘000010’-2byte 發(fā)射數(shù)據(jù)寬度；…‘100000’-32byte 發(fā)射數(shù)據(jù)寬度；
RX_ADDRESS	32	發(fā)送地址標(biāo)識（默認(rèn)值為E7E7E7E7）
UP_CLK_FREQ	2	輸出時鐘頻率（默認(rèn)值為11）‘00’-4MHz；‘01’-8MHz；‘10’-1MHz；‘11’-500KHz；
UP_CLK_EN	1	輸出時鐘使能
XOR	3	晶振頻率端,必須與外部晶振頻率相對應(yīng)(默認(rèn)值為100)‘000’-4MHz；‘001’-8MHz；‘010’-12MHz；‘011’-16MHz；‘100’-20MHz
CRC_EN	1	CRC校驗使能端,高為使能,默認(rèn)值為高
CRC_MODE	1	CRC方式選擇端,高為16位,低為8位,默認(rèn)值為高

4.3.3 數(shù)字無線發(fā)射硬件電路

數(shù)字無線發(fā)射硬件電路主要通過C8051F310單片機(jī)最小系統(tǒng)和nRF905收發(fā)模塊組成。

C8051F310單片機(jī)最小系統(tǒng)[9]

單片機(jī)最小系統(tǒng)一般應(yīng)該包括基本模塊：單片機(jī)、晶振電路、復(fù)位電路、C2調(diào)試接口和電源供入。

單片機(jī)：C8051F310單片機(jī)。

晶振電路:外部晶振驅(qū)動電路分24MHz外部石英晶振、外部電容振蕩和外部RC振蕩。內(nèi)部可編程晶振。本設(shè)計采用內(nèi)部可編程晶振，通過軟件編程產(chǎn)生500Hz的頻率。

復(fù)位電路：內(nèi)部上電復(fù)位或VDD監(jiān)視器的漏極開路輸出。一個外部源可以通過將該引腳驅(qū)動為低電平（至少10μs）來啟動一次系統(tǒng)復(fù)位。

C2下載口：C8051F310有一個Silicon Labs 2線（C2）調(diào)試接口，支持FLASH編程、邊界掃描和使用安裝在最終應(yīng)用系統(tǒng)中的器件進(jìn)行在系統(tǒng)調(diào)試。C2接口使用一個時鐘信號（C2CK）和一個雙向的C2數(shù)據(jù)信號（C2D）在器件和宿主機(jī)之間傳送信息。C2通信通常發(fā)生在器件的停止運行狀態(tài)。在這種狀態(tài)下片內(nèi)外設(shè)和用戶軟件停止工作，C2接口可以安全地“借用”C2CK（正常方式為/RST）和C2D（正常方式為P3.0）引腳。在大多數(shù)情況下，需要使用外部電阻對C2接口和用戶應(yīng)用進(jìn)行隔離。

電源供入：3.3V電壓。如圖4-2所示C8051F310單片機(jī)最小系統(tǒng)。

二、nRF905收發(fā)模塊電路

nRF905收發(fā)模塊一般應(yīng)該包括基本模塊：收發(fā)芯片、晶振電路、天線電路和電源供入。如5-3圖所示 nRF905收發(fā)模塊電路。

收發(fā)芯片：nRF905收發(fā)芯片。

晶振電路：為實現(xiàn)晶體振蕩器低功耗和快速啟動時間的解決方案，使用低值晶體負(fù)載和電容。晶振為16MHz（經(jīng)過內(nèi)部倍頻電路得到電路所需要433MHz的頻率值），電阻是1MΩ，兩個電容都是15pF。

天線電路：ANT1和ANT2輸出腳給天線提供穩(wěn)定的RF輸出。這兩個腳必須有連接到VDD_PA的直流通路，在ANT1和ANT2之間的負(fù)載阻抗應(yīng)該在200～700Ω范圍內(nèi)，通過簡單的匹配網(wǎng)絡(luò)可以獲得較低的阻抗50Ω，根據(jù)電路中使用433MHz的發(fā)射頻率計算出LCπ型濾波電路中各個參數(shù)值。該電路天線部分使用的是50Ω單端天線。

電源輸入：3.3V。如圖4-3所示nRF905收發(fā)模塊。

圖4-2 C8051F310單片機(jī)最小系統(tǒng)

圖4-3 nRF905收發(fā)模塊電路

三、數(shù)字無線發(fā)射硬件電路系統(tǒng)組成

C8051F310單片機(jī)是整個數(shù)字發(fā)射電路的核心，配合nRF905發(fā)射模塊，通過SPI口先送入nRF905寄存器的控制字，把nRF905的發(fā)射頻率設(shè)定在433MHz，然后把要發(fā)送的數(shù)據(jù)送入nRF905寄存器內(nèi)，把PWR_UP、TRX_CE和TX_EN引腳全置1，讓其工作于發(fā)送模式。nRF905將數(shù)據(jù)打包(加字頭和CRC校驗碼)，以433MHz的GFSK發(fā)送出去。C8051F310單片機(jī)與nRF905發(fā)射模塊的連接如圖4-4所示數(shù)字無線發(fā)射硬件電路。

圖4-4數(shù)字無線發(fā)射硬件電路

4.3.4 液晶顯示電路

液晶顯示電路主要是AT89S52來控制HY-12864液晶，詳細(xì)介紹如下。

一、AT89S52具有下列主要性能[10,11,12]

1．AT89S52的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

·8KB可改編程序Flash存儲器（可經(jīng)受1000次的寫入/擦除周期）

·全靜態(tài)操作：0Hz～33Hz

·三級程序存儲器保密

·256字節(jié)內(nèi)部RAM

·32條可編程I/O線

·2個16位定時器/計數(shù)器

·6個中斷源

·可編程串行通道

·片內(nèi)時鐘振蕩器

2．AT89S52的引腳及功能

AT89S52單片機(jī)的管腳說明見表4-3芯片引腳介紹。

表4-3芯片引腳介紹

引腳名稱	引腳	引腳功能
P0.0～P0.7	39～32	I/O，數(shù)據(jù)和低位地址總線
P1.0～P1.7	1～8	I/O
P2.0～P2.7	21～28	I/O，高位地址總線
P3.0/RXD	10	I/O，串行輸入口
P3.1/TXD	11	I/O，串行輸出口
P3.2/INT0	12	I/O，外部中斷0
P3.3/INT1	13	I/O，外部中斷1
P3.4/T0	14	I/O，定時器0的外部輸入
P3.5/T1	15	I/O，定時器1的外部輸入
P3.6/WR	16	I/O，外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通
P3.7/RD	17	I/O，外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通
/RST	9	高電平復(fù)位
XTAL2	18	振蕩器的反相放大器的輸出端
XTAL1	19	振蕩器的反相放大器的輸入端
VDD	40	電源+5V
GND	20	地
/PSEN	29	程序存儲允許（/PSEN）
ALE//PROG	30	地址鎖存使能信號端
/EA/VPP	31	外部訪問允許端

二、HY-12864液晶模塊

下面我們對內(nèi)置HD61202的液晶顯示模塊HY-12864的應(yīng)用進(jìn)行介紹。

1.液晶顯示控制驅(qū)動器HD61202的特點

HD61202液晶顯示控制驅(qū)動器是一種帶有驅(qū)動輸出的圖形液晶顯示控制器，它可直接與8位微處理器相連，它可與HD61203配合對液晶屏進(jìn)行行、列驅(qū)動。HD61202是一種帶有列驅(qū)動輸出的液晶顯示控制器，它可與行驅(qū)動器HD61203配合使用，組成液晶顯示驅(qū)動控制系統(tǒng)。

2. 液晶顯示控制驅(qū)動器HD61202的引腳功能

HD61202的引腳功能如下表4-4所示。

表4-4 HD61202的引腳功能

引腳符號	狀態(tài)	引腳名稱	功能
CS1,CS2,CS3	輸入	芯片片選端	CS1和CS2低電平選通，CS3高電平選通。
E	輸入	讀寫使能信號	在E下降沿，數(shù)據(jù)被鎖存（寫）入HD61202；在E高電平期間，數(shù)據(jù)被讀出
RS	輸入	數(shù)據(jù)、指令選擇信號	RS=1為數(shù)據(jù)操作 RS=0為寫指令或讀狀態(tài)
R/W	輸入	讀寫選擇信號	R/W=1為讀選通，R/W=0為寫選通
DB0-DB7	三態(tài)	數(shù)據(jù)總線
RST	輸入	復(fù)位信號	復(fù)位信號有效時，關(guān)閉液晶顯示，使顯示起始行為0，RST可跟MPU相連，由MPU控制；也可直接接VDD，使之不起作用。

3.液晶顯示控制驅(qū)動器HD61202的指令系統(tǒng)

HD61202的指令系統(tǒng)比較簡單，總共只有七種�，F(xiàn)分別介紹如下。

(1) 顯示開/關(guān)指令

R/W RS	DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0
0 0	0 0 1 1 1 1 1 1/0

當(dāng)DBO=1時，LCD顯示RAM中的內(nèi)容；DBO=0時，關(guān)閉顯示。

(2) 顯示起始行（ROW）設(shè)置指令

R/W RS	DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0
0 0	1 1 顯示起始行（0-63）

該指令設(shè)置了對應(yīng)液晶屏最上一行的顯示RAM的行號，有規(guī)律的改變顯示起始行，可以使LCD實現(xiàn)顯示滾屏的效果。

(3) 頁(PAGE)置指令

R/W RS	DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0
0 0	1	0	1	1	1	頁號（0-7）

顯示RAM共64行，分8頁，每頁8行。

(4) 列地址（Y Address）設(shè)置指令

R/W RS	DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0
0 0	0 1 顯示列地址（0-63）

設(shè)置了頁地址和列地址，就唯一確定了顯示RAM中的一個單元，這樣MPU就可以用讀、寫指令讀出該單元中的內(nèi)容或向該單元寫進(jìn)一個字節(jié)數(shù)據(jù)。

(5) 讀狀態(tài)指令

R/W RS	DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0
1 0	BUSY 0 ON/OFF REST 0 0 0 0

該指令用來查詢HD61202的狀態(tài)，各參量含義如下：

BUSY：　1-內(nèi)部在工作 0-正常狀態(tài)

ON/OFF：1-顯示關(guān)閉 0-顯示打開

REST： 1-復(fù)位狀態(tài) 0-正常狀態(tài)

在BUSY和REST狀態(tài)時，除讀狀態(tài)指令外，其它指令均不對HD61202產(chǎn)生作用。在對HD61202操作之前要查詢BUSY狀態(tài)，以確定是否可以對HD61202進(jìn)行操作。

(6) 寫數(shù)據(jù)指令

R/W RS	DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0
0 1	寫數(shù) 據(jù)

(7) 讀數(shù)據(jù)指令

R/W RS	DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0
1 1	讀顯示數(shù) 據(jù)

讀、寫數(shù)據(jù)指令每執(zhí)行完一次讀、寫操作，列地址就自動增一，必須注意的是，進(jìn)行讀操作之前，必須有一次空讀操作，緊接著再讀才會讀出所要讀的單元中的數(shù)據(jù)。

4.HY-12864的電路結(jié)構(gòu)特點

HY-12864是使用HD61202作為列驅(qū)動器，同時使用HD61203作為行驅(qū)動器的液晶模塊。/CSA跟HD61202（1）的/CS1相連；/CSB跟HD61202（2）的CS1相連，因此/CSA、/CSB選通組合信號為/CSA，/CSB=01選通（1），/CSA，/CSB=10選通（2）。對于HY-12864，只要供給VDD、VSS和V0即可。

三、 AT89S52單片機(jī)控制HY-12864液晶電路

以下內(nèi)容為以AT89S52單片機(jī)為例的接口電路，AT89S52單片機(jī)的最小系統(tǒng)接法和C8051F310單片機(jī)相似，液晶的各引腳與單片機(jī)的接法如圖4-5所示。

無線發(fā)射電路中AY89S52單片機(jī)通過軟件使液晶在無按鍵按下時一直顯示“電子工程系應(yīng)教0201班楊麗請輸入方向”幾個字。用S2～S4按鍵進(jìn)行接收端的一系列控制，當(dāng)按鍵S2按下時，液晶上顯示“電子工程系應(yīng)教0201班楊麗向右”，同時通過二極管將壓，使C8051F310單片機(jī)的P2.0得到電壓為3.3V的高電平，開始工作。C8051F310單片機(jī)通過編程，使nRF905芯片工作在發(fā)射狀態(tài)，接收端nRF905接收相對應(yīng)的信息送給單片機(jī)，對電機(jī)向右轉(zhuǎn)動進(jìn)行控制。同樣S3和S4分別類似控制電機(jī)“向左”和“開始”工作。

圖4-5 AT89S52與液晶的接口電路

4.4 數(shù)字無線接收電路

無線接收電路圖，見附錄B。

無線接收電路同樣有C8051F310單片機(jī)和nRF905收發(fā)模塊組成，只是此時的nRF905芯片通過軟件置為接收。在接收電路中，有兩路箭頭指示燈和一個直流電機(jī)， C8051F310單片機(jī)通過nRF905芯片接收到的信號進(jìn)行軟件編程控制，檢測在P2.0和P2.1輸出高低電平控制直流電機(jī)的轉(zhuǎn)向（直流電動機(jī)是可逆的，實質(zhì)上是一臺裝有換向裝置的交流電動機(jī)。帶電導(dǎo)體在磁場中受到電磁力的作用并形成電磁轉(zhuǎn)矩，推動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動起來，f=BiL 。）同時檢測P3.0和P3.1輸出高低電平使箭頭指示燈亮與滅。

4.5 電源電路

硬件電路離不開電源提供電壓，電壓的大小是根據(jù)電路中的芯片和分立元件確定電壓的取值大小。其大小決定了電路的正常運行。本系統(tǒng)對電源要求高，因為穩(wěn)定性和可靠性在單片機(jī)的應(yīng)用中具有格外重要的意義。電源設(shè)計需要精確。

4.5.1 +5V電源電壓設(shè)計

為了能夠讓單片機(jī)和NRF905模塊更穩(wěn)定地工作，采用了圖4-6所示5V電源電路，由電源變壓器、橋堆和濾波電容器所組成。電源變壓器的初級電壓輸入為220V，次級輸出電壓為15V。

由于52系列單片機(jī)所需的是+5V電源，經(jīng)濾波電容和三端穩(wěn)壓集成電路[13,14]LM7809后可得到+9V電壓，LM7809能將15V的直流電壓變換成9V的穩(wěn)定電壓，在9V的電壓中含有少量的低頻成分和接收外界的高頻成分，再經(jīng)后一級濾波后送三端穩(wěn)壓集成電路LM7805，LM7805能將大于9V～15V的直流電壓變換成+5V的穩(wěn)定電壓并且提供的較大電流以保證單片機(jī)正常工作。同時由于電流較大導(dǎo)致三端穩(wěn)壓集成電路LM7809和LM7805過熱，為了確保電路工作正常，給兩個芯片分別加上散熱片。

圖4-6 5V電源電路

4.5.2 +3.3V電源電壓設(shè)計

由于C8051F310單片機(jī)使用的電壓范圍是2.7V～3.6V。為了提高電路的穩(wěn)定性，降低功耗，提高控制功能將C8051F310單片機(jī)的電壓定為3.3V。運用三端穩(wěn)壓集成塊AM1117和濾波電容將5V電壓轉(zhuǎn)換為3.3V電壓，如圖4-7所示3.3V電源電路。

圖4-7 3.3V電源電路

4.5.3 蓄電池

由于電路中高頻電路的特性，干擾嚴(yán)重，穩(wěn)定性不高，因此，在射頻發(fā)射模塊中運用了蓄電池進(jìn)行供電，這樣可以在干擾嚴(yán)重的地帶很好的為電路提供+12V的電壓。同時，經(jīng)過三端穩(wěn)壓集成電路LM7805的特性將電壓降到+6V為電路的振蕩部分提供電壓。

5 軟件設(shè)計

硬件電路的設(shè)計實現(xiàn)的最高層次是通過軟件編程來實現(xiàn)預(yù)想的控制和運行效果。單片機(jī)的編程語言可以是C語言和匯編語言，而匯編語言產(chǎn)生的目標(biāo)代碼短，占用的存儲空間小，執(zhí)行速度快，能充分發(fā)揮單片機(jī)的硬件功能。因此，本設(shè)計采用匯編語言來進(jìn)行編程。

5.1 數(shù)字無線發(fā)射電路程序設(shè)計

數(shù)字無線發(fā)射電路通過兩片單片機(jī)對電路的各部件進(jìn)行控制，C8051F310單片機(jī)通過編程主要控制電路中的 nRF905發(fā)射模塊，AT89S52單片機(jī)由編程控制HY-12864液晶的顯示。

5.1.1 發(fā)射電路程序

根據(jù)C8051F310單片機(jī)的內(nèi)部性能以及SPI總線的功能，運用此單片機(jī)的指令進(jìn)行匯編語言編程，按照按鍵的具體情況，使單片機(jī)的P2.0、P2.1和P2.2口輸出不同的高低電平。當(dāng)P2.2=1（S4按鍵按下）時，電路開始工作；當(dāng)P2.0=1（S2按鍵按下）時， nRF905發(fā)送寄存器地址和數(shù)據(jù)0AH；當(dāng)P2.1=1（S3按鍵按下）時， nRF905發(fā)送寄存器地址和數(shù)據(jù)04H。即C8051F310單片機(jī)通過SPI接口，按時序把地址和要發(fā)送的數(shù)據(jù)送傳給nRF905，通過nRF905發(fā)送出去。具體編程思路如5-1數(shù)字無線發(fā)射流程圖，程序見附錄1。

5.1.2 液晶顯示電路程序

在無線發(fā)射電路中還用AT89S52單片機(jī)通過指令[15,16,17]對HY-12864液晶進(jìn)行了控制。當(dāng)無按鍵按下時液晶上顯示“電子工程系應(yīng)教0201班楊麗”，再根據(jù)按鍵按下的情況具體設(shè)計程序，按不同的鍵，在液晶上顯示不同的字符。當(dāng)按S4時，P1.2=1，液晶上顯示“電子工程系應(yīng)教0201班楊麗請輸入方向”，等待電路其它按鍵工作（即如果此鍵無按下時，按其他任何鍵都將無效）。當(dāng)按S2時，P1.0=1，液晶上顯示“電子工程系應(yīng)教0201班楊麗向右→”；當(dāng)按S3時，P1.1=1，液晶上顯示“電子工程系應(yīng)教0201班楊麗 ←向左”；由于液晶模塊內(nèi)部的結(jié)構(gòu)和特點，需要對液晶顯示控制驅(qū)動器的應(yīng)用[17]非常的了解，這樣編程就很簡單了。具體編程思路如5-2液晶顯示流程圖，程序見附錄2。

圖5-1數(shù)字無線發(fā)射流程圖

圖5-2液晶顯示流程圖

5.2 數(shù)字無線接收電路程序設(shè)計

數(shù)字接收電路相對發(fā)射電路要簡單，編程思路同發(fā)射電路類似。主要是將nRF905所接收到的信息通過編程進(jìn)行比較，將C8051F310的P2.0、P3.0同時輸出相同的電平，而P2.1和P3.1輸出與P3.0和P2.0相反的電平。即當(dāng)P2.0=1、P3.0=1、 P2.1=0、P3.1=0，使對應(yīng)的三極管Q4、Q5、Q11和Q8同時導(dǎo)通， Q3、Q6、Q10和Q7同時截止，電機(jī)向左轉(zhuǎn)，對應(yīng)的白二極管閃爍5次發(fā)光（即在P2.0=1期間P3.0電平由高變低5次）；當(dāng)P2.0=0、P3.0=0、P2.1=1、P3.1=1，使對應(yīng)的三極管Q4、Q5、Q11和Q8同時截止， Q3、Q6、Q10和Q7同時導(dǎo)通，電機(jī)向右轉(zhuǎn)，對應(yīng)的綠二極管閃爍5次發(fā)光（即在P2.1=1期間P3.1電平由高變低5次）。具體編程思路如5-3數(shù)字無線接收流程圖，程序見附錄3。

圖5-3數(shù)字無線接收流程圖

6 測試結(jié)果

設(shè)計完成后，給系統(tǒng)上電，電視機(jī)上顯示攝像頭所采集到的圖像信號，而在液晶顯示屏顯示結(jié)果如圖6-1所示。

圖6-1無鍵時液晶顯示

當(dāng)數(shù)字無線發(fā)射電路中的S4按鍵按下時，液晶的最后一行顯示請“輸入方向”；S2按鍵按下時，液晶的最后一行顯示“向右→”；S3按鍵按下時，液晶的最后一行顯示“←向左”。如圖6-2～6-4所示。

圖6-2 S4按下液晶顯示圖6-3 S2按下液晶顯示圖6-4 S3按下液晶顯示

數(shù)字無線接收端，在發(fā)射端S2按鍵按下時，對應(yīng)的綠發(fā)光二極管閃爍5次，電機(jī)向右轉(zhuǎn)；在發(fā)射端S3按鍵按下時，對應(yīng)的白發(fā)光二極管閃爍5次，電機(jī)向左轉(zhuǎn)。

射頻接收端是電視機(jī)顯示，在電視上可以顯示不同角度的攝像頭采集的信號。而且測試到發(fā)射接收距離在8米左右。

調(diào)試分為硬件調(diào)試和軟件調(diào)試。硬件調(diào)試主要是檢測硬件電路是否有短路、斷路、虛焊等。射頻發(fā)射與接收可以不進(jìn)行視頻顯示。另外可以通過軟件來調(diào)試硬件，如為了測試顯示電路連接是否正確，可以編寫一個簡單的顯示程序在液晶上顯示來測試它。通過軟件編程來檢測數(shù)字無線發(fā)射電路的數(shù)據(jù)是否在數(shù)字無線接收端接收到。

結(jié) 論

本設(shè)計主要以室內(nèi)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)為例，論述一般視頻監(jiān)控系統(tǒng)的工作原理和設(shè)計方法。

本文首先介紹了視頻監(jiān)控系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)及工作原理，將視頻監(jiān)控系統(tǒng)分成了四個部分，并對各個組成部分的作用進(jìn)行了說明，然后詳細(xì)說明了視頻監(jiān)控系統(tǒng)的工作原理。

其次說明了視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計方法，這是本文的主要內(nèi)容，包括如何選擇各個組成部分以及需要注意的問題，并對控制系統(tǒng)的設(shè)計作了詳細(xì)研究�？刂葡到y(tǒng)是視頻監(jiān)控系統(tǒng)的核心部分，因此采用了比較好的芯片NRF905設(shè)計出了視頻信號的發(fā)射接收，將其和單片機(jī)連接，進(jìn)行視頻頭的轉(zhuǎn)向控制，很好的應(yīng)用在室內(nèi)的監(jiān)控系統(tǒng)中。

最后一部分說明了通信系統(tǒng)的設(shè)計方法，研究了通信接口的設(shè)計，以及控制系統(tǒng)與上位機(jī)的通信問題，并設(shè)計出了主機(jī)和從機(jī)的通信軟件和程序流程圖。

由于無線視頻監(jiān)控電路的復(fù)雜性，實現(xiàn)方法的多樣性，運用的廣泛性，又因為視頻監(jiān)控系統(tǒng)是安全防范技術(shù)體系中一個重要的組成部分。目前這種系統(tǒng)的應(yīng)用在我國發(fā)展極快，市場競爭激烈。隨著計算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，整個系統(tǒng)向著數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、集成化的方向發(fā)展。而本設(shè)計主要對監(jiān)控的短距離范圍內(nèi)應(yīng)用，存在著局限性，因為沒有與網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)系起來，網(wǎng)絡(luò)連接關(guān)系到一定的協(xié)議和指令，而且提高了設(shè)計的復(fù)雜性，給設(shè)計增加內(nèi)容的同時也給調(diào)試帶來了困難，本次畢業(yè)設(shè)計由于時間的關(guān)系沒有結(jié)合網(wǎng)絡(luò)這一部分的內(nèi)容來進(jìn)行設(shè)計。但是，并不阻止無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展。聯(lián)系網(wǎng)絡(luò)，無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展是光明的。各個領(lǐng)域都需要它，隨著社會的發(fā)展，它的前景是無量的。

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附錄A 無線發(fā)射電路

附錄B 無線接收電路

致謝

畢業(yè)設(shè)計的完成，意味著五年大學(xué)的學(xué)習(xí)已經(jīng)接近尾聲，畢業(yè)設(shè)計將我在大學(xué)所學(xué)的知識都融合在一起，發(fā)揮自己，鍛煉自身的動手能力，在指導(dǎo)老師和同學(xué)的幫助下，使我的專業(yè)水平有了很大的提高，對未來充滿了熱情和希望。

首先，我要感謝我的指導(dǎo)教師李杰老師和胡建明老師。他們不辭辛苦，經(jīng)常利用自己的休息時間幫助我。每當(dāng)我有要解決的問題時，老師們會耐心地給我講解，在我完成畢業(yè)設(shè)計的過程中提供了很多指導(dǎo)性的意見，使我受益匪淺。李老師和胡老師還無私的給我提供了豐富的學(xué)習(xí)資源和良好的學(xué)習(xí)環(huán)境，這時我的畢業(yè)設(shè)計得到了很大的方便。老師們言傳身教、循循善誘，使我學(xué)到了作為一名大學(xué)生應(yīng)該具備的那種踏實勤懇、一絲不茍、求真務(wù)實的優(yōu)良品質(zhì)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)慕虒W(xué)態(tài)度。在本論文的撰寫過程中，老師們從選題直至成稿一直給予我重要的指導(dǎo)和幫助，為我解開了無數(shù)的困惑，提供了很多關(guān)鍵性的建議。兩位老師以其嚴(yán)謹(jǐn)求實的治學(xué)態(tài)度、高度的敬業(yè)精神、兢兢業(yè)業(yè)、孜孜以求的工作作風(fēng)和大膽創(chuàng)新的進(jìn)取精神對我產(chǎn)生重要影響。我將努力學(xué)習(xí)他們的這種可貴精神。在此，祝愿老師們身體健康，全家幸福。

其次，要感謝梁貴海同學(xué)。在課題的設(shè)計中，他幫助我調(diào)試電路，教我編程，使我對各種編程方法都有了更進(jìn)一步的了解，拓寬了知識面,開闊了眼界，提高了對知識的綜合應(yīng)用能力，增強(qiáng)了學(xué)習(xí)知識的興趣。同時，讓我意識到在將來的人生道路上要不斷地幫助周圍的人，無私的奉獻(xiàn)自己。希望梁貴海同學(xué)未來的路能走的更好！

最后，要感謝我的母校——天津工程師范學(xué)院，它給我提供了良好的學(xué)習(xí)、生活環(huán)境，使留下了美好的回憶。我祝愿母校的將來更美好！

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