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标  题: 单片机实现1024*64路监控系统主控器设计
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标  题: 单片机实现1024*64路监控系统主控器设计
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  电子技术应用
APPLICATION OF ELECTRONIC TECHNIQUE
1999年 第3期 No.3 1999


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单片机实现1024*64路监控系统主控器设计

陈华明　孙广富　卢焕章　陈慧序

　　摘　要：介绍了1024*64路CCTV监控系统的主控系统的软硬件设计，该系统主要以80
51单片机为核心，由视频产生电路、时钟电路、通讯接口电路以及其他外围电路构成。系
统结构灵活、成本低、工作可靠、操作界面友好。
　　关键词：单片机　监控系统　主控器

　　1024*64路CCTV监控系统是新一代大容量的视频监控系统，监控时可实现多媒体管理
及用户可编程管理，主控器是该视频监控系统的核心部分。对于工业批量生产来说，要求

系统成本低，安全可靠，功耗低，体积小。针对这种情况，我们完成的主控系统有以下几
个方面的特点：
　　(1)实时性强。控制响应(包括命令响应、报警响应等)的速度快，能实时地跟踪现场
状况并对发生的事件及时地处理。
　　(2)处理的数据量大。本系统能够处理最大1024个视频输入源和报警及最大64个视频
输出，另外还可处理最大1024个视频检测信号。
　　(3)有数据断电保护功能。当用户根据需要对数据进行修改以后，数据可以存储在相
应数据区内，而断电不致使数据丢失。
　　(4)有友好的数据操作界面。在这个视频监控系统的应用中，涉及大量数据的修改，
为使一般用户均可以很方便地使用本系统，要求其核心部分切换控制器有简单而友好的数
据操作界面。同时，根据用户要求，能对监控对象进行现场可编程处理，操作要灵活。
　　(5)具备与多媒体PC机通讯能力。
　　(6)可靠性高。该系统不但在正常的条件下能稳定可靠地工作，而且对用户操作和外
围设备具有很强的抗干扰能力和容错性。
　　根据生产成本与设备灵活的要求，我们选用8051单片机为核心而构成该系统，下面分
别介绍该系统的软硬件设计。

1　系统硬件组成
　　1024*64路监控系统框图如图1所示。其中主控系统硬件主要由8051单片机系统，视频
信号产生电路，通讯接口电路，时钟电路与看门狗电路组成。


及用户可编程管理，主控器是该视频监控系统的核心部分。对于工业批量生产来说，要求t


图1　系统硬件框图

1.1　8031单片机系统
　　因为系统所用的数据量大，所以数据存储器采用容量为512K字节且带断电保护的DCM
8512C-7。8051单片机只能直接寻址64K地址空间，硬件上利用8051的P2口的低4位作为数
据存储器的高4位地址(即页号)，软件编程时对数据进行分页操作，即先选页号后送页内
地址。程序存储器采用64K
的EPROM构成。时钟频率为11.0592MHz。
1.2　视频信号产生电路
　　视频信号产生器结构上包括地址计数器、字符计数器、电视信号产生器、视频缓冲区
、视频缓冲区地址产生器、汉字西文字符判断电路、字库和移位输出电路以及合成电路，
它完成电视信号的产生和字符的输出显示，该电路能兼容中英文显示，输出视频信号至控
制显示器。用户通过该
控制显示器了解监控系统的运行状态，并通过该界面对监控对象进行编程操作。
1.3　通讯接口电路
　　通讯接口电路能提供多达8个RS-232标准的通讯口，波特率可由用户编程。它由4片T
L16C552FN组成，可根据用户需要接键盘或多媒体PC机、报警控制器、视频丢失检测器等
。通讯口有数据时，产生外中断信号给8051单片机。每个RS-232通讯口均有一个16字节的
FIF0，以保存数据。
　　另外，还有一个485通讯端口，波特率高达57.7kHZ，用于向矩阵切换器发送数据。
髏
1.4　时钟电路与看门狗电路
　　实时钟电路对单片机提供秒信号及实时时间，并存储时间上的世纪数据，能克服200
0年问题。看门狗电路主要用于提高系统的可靠性。

2　软件结构
　　系统的软件设计采用C语言模块化结构，结合C51的汇编语言完成了各部分所需的功能
，软件系统包括如下模块：菜单模块，四字节命令模块，报警模块，视频丢失模块，多媒
体通讯模块，巡视处理模块，事件定时模块，485串口模块，初始化模块。
　　本软件系统工作分两种方式：前台工作方式和后台工作方式，前者主要是处理菜单模
块，初始化模块和多媒体通讯模块，后者处理四字节命令模块，报警模块，视频丢失模块
，事件定时模块，485串口模块。
　　软件总的体系框图如图2。




2.1　数据库分析
　　根据系统要求来分析，用户修改及系统保存的数据由如下内容组成：摄像机伪码数据
，摄像机实码数据，子巡视数据，成组切换数据，报警器数据，摄像机数据，监视器数据
，键盘数据，通讯端口数据，巡视数据，事件定时器数据。系统数据库由以上数据组成，
通过精心安排，依据单
片机特点，将数据压缩成192K，放入数据存储器的高端。
片机特点，将数据压缩成192K，放入数据存储器的高端。用于向矩阵切换器发送数据。求t
2.2　前台与后台任务处理的切换
　　系统任务由后台任务与前台任务组成，相应设置两个变量标志端口工作于前台任务(
MenuPort)和后台任务(IntPort)，且其值对应于端口号，当它们为Oxff时表示空闲状态。
　　后台任务切换到前台任务有两种切换方式：一种是收到主控制台来的126命令，由于
在同一时间只允许一个端口修改数据表，当MenuPort<8时，表明有一个端口处于菜单状态
，这时别的端口不能进入前台工作。另外一种切换方式是收到主控制台来的122命令，同
时当MenuPort=Oxff时进
入前台工作，并关闭全部中断，此时如果MenuPort<8，则给PC机发拒绝响应命令。
　　系统从前台任务切换到后台任务有三种方式：一种是处理多媒体通讯模块结束后自动
进入后台任务，并打开全部中断。一种是在菜单模块处理中收到主控制台来的127命令后
进入后台任务，打开外部中断。另外一种是结束初始化模块进入后台任务。
2.3　软件结构流程
　　软件流程如图3所示。对于每一个端口来说，从端口接收数据有两种方式，即中断接
收和查询方式接收。前台任务处理时为查询方式接收，后台任务处理为中断方式接收。



　　当系统主程序主要完成前台任务，此时系统通过查询方式接收端口单字节命令，进行
菜单处理或多媒体通讯处理及初始化处理。处理结束后，主程序转入显示系统主画面，这
时置MenuPort=Oxff，系统进入后台任务。
　　系统软件中断程序包括秒中断服务程序，外中断服务程序，8051单片机串行通讯中断
服务程序。其中8051单片机串口通讯中断服务程序完成向矩阵切换器发送命令数据。中断

程序完成系统的后台任务。
　　当系统处于后台任务时，通过中断方式接收端口命令。一旦端口FIF0有数据则产生一
个外中断，系统响应中断，根据端口优先级判断哪个端口被响应，置KeyboardSeq=该端口
号。然后由该端口的用途来判断接收的数据是报警或视频丢失还是命令端口，再转入相应
的处理模块。当接收数
据为一个命令时，依据命令头CommandSeq进行相应的各种命令处理。
　　系统在秒中断服务程序中处理事件定时器模块，巡视模块，报警处理模块。
　　处理报警模块时，将系统当前状态映射到状态保存区而保存当前状态。系统解除报警
时，恢复系统报警前的状态。
　　处理巡视模块时，由系统状态来决定是否处理子巡视子模块。
　　在8051单片机串口中断服务程序中，完成向485串口输出数据。系统设置了一个数据
缓冲区，各模块将需要发送的数据放入缓冲区中，并置缓冲区空标志Empty=0，打开串口
中断允许，系统响应串口中断服务程序。在8051单片机的串口中断服务程序中根据Empty
标志来发送数据。数据发
送结束时重新置Empty=1，关闭串口中断允许，禁止发送数据。

3　软硬件可靠性设计
3.1　看门狗
　　为防止程序一旦时入非正常程序而不能回到正常状态发生，在电路中设置了看门狗电
路，软件中每隔一定时间送一个脉冲信号，该脉冲信号维持看门狗电路工作，使之不产生
复位信号。如果程序飞跑，则看门狗电路作用，使程序复位。
3.2　菜单模块中输入参数有效性检验
3.2　菜单模块中输入参数有效性检验卸 服务程序完成向矩阵切换器发送命令数据。中断t
　　菜单模块中参数的修改涉及到数据表的改动，对数据表修改如果超出规定范围，可能
导致严重的后果，从而使整个系统发生崩溃。所以为保证写入的数据不致发生紊乱，系统
对需修改的菜单参数加以限制，如果用户输入数据超出范围，则该数据无效。
3.3　命令处理中端口检验
　　为防止几个键盘有命令输入时使系统接收发生错误，系统设置了一个变量IntPort。
当系统接收四字节命令时，在接收命令头的时候(CommandSep=0)，置IntPort=此时端口号
。系统接收该命令的其他字节时，将端口号与IntPort比较，如果相等就接收数据，否则
返回，这样保护接收数据
正确，同时不致丢失数据。
3.4　命令错误处理
　　首先，系统接收端口数据时，先检测通讯口状态，如果通讯口状态字表明有通讯错误
发生，则不对该数据作处理。
　　其次，当系统接收四字节命令时，如果数据计数字节<4，而又接收的数据<128，则将
该四字节命令废除。
3.5　超时处理
　　系统设置超时主要在两个地方，其一是处理四字节命令时，设置时间为两秒，当一个
端口在两种内还没有接收到一个完整的四字节命令，则废除该命令。
　　另外，系统在与多媒体通讯时，设置超时时间为10秒，10秒内通讯还没有结束，则强
制退出多媒体通讯模块，并给PC机发错误命令，系统转入后台处理。
　　通过实际工作证明，该系统设计灵活、运行可靠、体积小、功耗低、大大地降低了生
产成本、经济效益十分明显。该系统符合当前CCTV监控系统的发展方向，具备与多媒体通
讯能力，操作简便易学，界面友好，可广泛应用于各种监控场所。

作者单位：长沙市国防科技大学ATR—3实验室(410073)

参考文献

　[1]何立民.MCS—51系列单片机应用系统设计.北京：北京航空航天大学，1990
　[2]何立民.单片机的C语言应用程序设计.北京：北京航空航天大学，1997
　[3]吴晓军.2.13系列汉字系统用户手册. 晓军电脑公司，1991

收稿日期：1998-9-10


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    感情是一个难以驯服的野马
    理智却是一个严厉的马夫

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