多媒体教室中央控制系统设计.doc

南 阳 理 工 学 院本科生毕业设计（论文）学院（系）： 电子与电气工程学院 专 业： 电气工程及其自动化 学 生： 指导教师： 完成日期 2012 年 5 月南阳理工学院本科生毕业设计（论文）多媒体教室中央控制系统设计 Design of Central Control System For Multimedia Classroom 总 计： 25 页表 格： 5 个插 图： 28 幅南 阳 理 工 学 院 本 科 毕 业 设 计（论文）多媒体教室中央控制系统设计 Design of Central Control System For Multimedia Classroom 学 院（系）： 电子与电气工程学院 专 业： 电气工程及其自动化 学 生 姓 名： 学 号： 指 导 教 师（职称）： 评 阅 教 师： 完 成 日 期： 南阳理工学院 Nanyang Institute of Technology多媒体教室中央控制系统设计多媒体教室中央控制系统设计电气工程及其自动化专业 摘 要 为了解决多媒体教室复杂繁琐的操作和功能模块的缺陷问题，设计了能够主动学习和方便扩展的多媒体中央控制系统。利用多路选择器芯片CD4051完成对系统VGA及视频等信号的切换，VGA模块满足了对图形和图像都比较高的课程的需求，音频控制模块完成对接入系统的音频信号进行切换和音量的控制，利用红外遥控码仿真模块集中控制多台不同功能的设备，采用电源管理和环境控制模块将220V交流电通过变压和稳压电路形成符合各子模块芯片要求的电压，通过串行通信子模块对各种串行口设备发送控制信号。最后对多媒体中央控制系统做了整体设计。 关键词:多媒体中央控制系统；音视频切换；VGA切换；红外遥控码Design of Central Control System For Multimedia ClassroomElectrical Engineering and Automation Specialty Abstract: In order to solve the complex operation of the multimedia classroom and the defect of functional module, the multimedia central control system was designed and active in learning and extendable. Using multiplexer chip CD4051 to achieve the signal switching between video and VAG system ,adopt VGA switching module to meet the demand of higher graphics and image course ,applying the audio control module to fulfill the voice signal switching and volume control, make use of infrared remote control code simulation module to control many different function of equipments and power management and environmental control module to 220 V ac voltage variable pressure and through the son module circuit form meet the requirements of the chip voltage, then through serial communication module to send control sign a serial of port equipment . The multimedia central control system software do the overall design.Key words: Central control system of multimedia;video and audio switching; video graphics arrary switch;infrared remote control codes目 录1 引言11.1 课题背景11.2 多媒体中央控制系统应用发展趋势11.3 课题的研究意义12 高校多媒体教室中央控制系统总体设计22.1 系统整体硬件框图设计22.2 系统各子模块具体功能描述22.2.1 视频切换子模块功能22.2.2 VGA切换模块功能22.2.3 音频控制子模块功能32.2.4 红外遥控码仿真模块功能32.2.5 电源管理和环境控制子模块功能32.2.6 串行通信子模块功能33 多媒体教室中央控制系统硬件设计33.1 视频切换子模块设计43.2 VGA切换子模块设计53.3 音频切换子模块设计73.4 环境控制子模块设计93.5 红外遥控仿真模块设计104 多媒体中央控制系统软件设计与实现144.1 系统软件整体设计框架144.2 上位机软件设计154.3 下位机软件设计154.4 红外遥控仿真模块底层软件设计19结束语23参考文献24致谢2511 引言多媒体中央控制系统自问世以来，经过不断的发展，已经深入到人们生活和工作的方方面面。在电力调度、交通监控指挥、紧急事物报警指挥等系统中都有多媒体中央控制系统的身影。多媒体中央控制系统以集中控制、网络化和能够及时、准确表达各种信息的巨大优势而获得了广泛的市场。1.1 课题背景国内市场现有的中控产品不少，但成熟的产品却不多。许多产品不是夸大系统功能，就是系统性能不稳定;不是系统功能模块有缺陷，就是没有考虑到系统的扩展和升级问题，总是不能完全满足使用者的需要。1.2 多媒体中央控制系统应用发展趋势未来的多媒体中央控制系统应该是能够主动学习和方便扩展的系统，更应该是性能稳定的系统，是能够将人工智能、分布式控制思想、网络化等先进的技术和理论不断融合的系统。符合未来需求的中控系统必须有以下几点特征12:1. 在对已有知识记忆存储的基础上主动学习和记忆新的知识；2. 有强大的通信能力，在未来应用趋势中能够迅速调整并适应新的需求；3. 良好的人机交流环境，稳定的性能；4. 为用户控制该系统提供简单的控制语言或功能模块，不需要专门去学习或具备太多专业知识就可以对系统进行扩展和使用；5. 能够识别和控制的多媒体设备类型广泛。1.3 课题的研究意义多媒体教室的数量不断增加，需要有更多的管理和维护人员。但实际的人员培养速度严重滞后于多媒体教室的增长速度。而且，当前多媒体教室在实际使用中遇到的许多问题并不是仅仅通过培养更多的管理员就能够解决的。比如说教师课前必须提前进入教室，做好各类设备开启、上传课件等准备工作。有时需要安装软件，则需要更多时间，这样正常的教学课时就要被占用。如果需要使用新型的多媒体设备，还需要多媒体教室管理人员帮助开启和了解使用方法，这将花费更多时间。些问题不仅对教学工作会有影响，对学生的学习积极性和上课效果也有影响3。要解决上述问题，让教师将精力集中到教学当中去。多媒体教室的控制和管理方式就必须朝着全面智能化、高度集中化和操作简便化的方面改进。将诸如关闭窗帘，调节灯光，控制电动屏幕起降，投影开关控制，播放音乐及音量调节等在多媒体教室中央控制系统的作用下，每个操作都只须要教师按下某个红外遥控器上的按钮或控制面板上的按键就可以轻松完成。所以本论文决定对高校多媒体教室中央控制系统进行研究和设计。2 多媒体教室中央控制系统总体设计2.1 系统整体硬件框图设计通过对整个系统进行分析后确定的几个硬件子模块与主控芯片的连接框图系统如下图1所示，图中的箭头方向表示信号的传递方向。图1 系统模块硬件整体框图2.2 系统各子模块具体功能描述2.2.1 视频切换子模块功能视频切换子模块主要完成对系统视频信号的切换和保证输出信号质量的功能。对3路信号的切换操作可以通过控制面板上的按钮实现也可以通过主控芯片的控制信号控制切换4 5。2.2.2 VGA切换模块功能VGA技术主要在有VGA显示卡的计算机和笔记本等设备上应用，针对的是一些需要显示彩色高分辨率图像的设备678。现在的图形和图像在色彩和分辨率的要求上都比较高，而在高校中需要使用多媒体教室进行教学也大多是图形和图像方面的课程。所以说VGA信号的控制子模块在本系统中也是必不可少的。2.2.3 音频控制子模块功能音频控制子模块主要完成对接入系统的音频信号进行切换和音量的控制，并且要保证输出信号的质量69。音频信号输入有5路，其中的话筒信号必须能和其他4路音频信号进行叠加输出，如果加上单独使用话筒的情况，输入信号实际要分6路。而且话筒的音量调节还必须与其他音频信号的控制分开。那么该子模块将完成对6路信号进行切换控制、叠加和音量调节，最后输出到功放的功能。2.2.4 红外遥控码仿真模块功能红外遥控技术发展到今天己经比较成熟和常用的技术之一。因为红外遥控器能让使用者相隔一定距离轻松控制电器，所以在当今的家用电器设备上应用得十分广泛。在多媒体教室中用红外遥控器控制的设备不少，但是因为每种设备生产的厂家不同、功能不同等因素，使得每种多媒体设备都使用独立的遥控器，每增加一台设备可能就会多一个遥控器。这给多媒体教室的使用者带来了许多不便，同时也是个不小的负担。红外遥控仿真码子模块的功能就是将多个红外遥控器集合在一起，用一个可学习的红外遥控器来集中控制多台不同功能的设备。让各种不同的多媒体设备的遥控多合一，将控制和操作都化繁为简，这样不但能减轻使用者的负担，还能够节省成本。2.2.5 电源管理和环境控制子模块功能多媒体教室里设备种类繁多，每种多媒体设备要求的电压及调控方式各有特点。在这电源管理和环境控制子模块中，必须为各种控制设备提供电源，在多媒体中央控制系统中各子模块应用的IC芯片电源也要在这里给出。该模块的主要功能是实现将220V通过变压和稳压电路形成符合芯片要求的电压。而对环境进行控制指的是比如灯光、电动窗帘和电动幕布的亮暗或升降控制等。2.2.6 串行通信子模块功能串行通信子模块是应用RS-232标准通过串行口对各种串行口设备发送控制信号或进行通信的部分。主控芯片的每个控制信号都必须通过该部分传递出去，每个子模块的请求也必须通过该部分传递到主控模块。在实现时，由于接收与发送端对信号标准的差异，还需要使用相应的芯片进行信号的调节和转换。串行通信子模块的另一部分功能是可以通过串行口将多媒体教室当中的主机连接入局域网或校园网，再配合相应的软件就可以在教学和教务等方面轻松实现网络化。3 多媒体教室中央控制系统硬件设计硬件系统设计总体分为视频切换子模块设计，VGA切换子模块设计，音频切换子模块设计，环境控制子模块设计以及红外遥控子模块设计，具体分析如下。3.1 视频切换子模块设计视频输入设备本系统中设计了台式电脑、DV机和DVD，而视频信号输出设备有监视器和投影仪。由于有3路输入信号接入，而每次只能输出一路到输出设备。所以，输入信号的选择切换功能是第一个要实现的。然后，在信号传递过程中必须对信号进行增益。最后，要调节输入信号与输出设备对接收信号的差异。也就是说本模块主要完成视频信号的切换、分配和放大并传送的功能。这里主要说明硬件方面的设计和实现。多路模拟转换器是实现视频信号切换的元器件67。目前这类可选芯片有很多，本设计中选用了其中性价比较高的CD4051芯片。该多路模拟转换器芯片的价格便宜，性能也比较稳定，受到广大设计工作者的喜爱。CD4051芯片是一个八选一的CMOS双模拟开关，在稳定导通工作时传输信号的最大频率能达到40MHZ，导通电阻小。在查阅相关资料后粗略估算，本系统中的视频信号频率带宽最大可以达到8MHz左右，从数值比较可以看出，CD4051基本可以满足当前设计信号的需要。以下是CD4051多路模拟转换器的介绍。CD4051芯片引脚图如图2所示。功能真值表为表1。图2 CD4051芯片引脚图信号切换选择后，电路的放大及选择输出功能决定方案采用MAXIN公司生产的具有视频放大和分配功能的芯片MAX497CPE。MAX497CPE芯片可以同时进行四路视频缓冲以及对同轴电缆驱动，是实现视频放大和分配的常用芯片。该芯片的应用电路具有结构简单、性能稳定可靠的特点。表1 CD4O51功能表输入状态接通通道INHCBA0000 “0”0001“1”0010“2”0011“3”0100“4”0101“5”0110“6”011“7”1均不接通最后确定视频切换模块中的选通控制信号。AT89S52主控芯片通过四个I/O中的P0.0和P0.1信号对视频切换进行控制。视频控制信号对应关系表见表2。表2视频控制信号对应关系表CD4051引脚DVD数字展台DV机P0.0A001P0.1B010接地C000根据以上文字描述可将各芯片进行硬件连接8。CD4O51芯片和MAX497CPE芯片需要的电压均为+5V。因为只有3路输入信号，所以CD4O51芯片中的输入端INOIN2分别连接了台式电脑、DV机和DVD机，其余输入引脚暂时不用没有标明。CD4O51芯片控制引脚A、B分别接AT89S52芯片的PO.O和PO.1引脚，C端接地。MAX497CPE芯片的接收引脚使用了两个，分别是IN0和IN1。这两个输入引脚都接收CD4O51芯片输出引脚COUT的信号。输出引脚OUTO和OUT1分别接监视器和投影仪。这样可以达到一路视频信号传送到两路输出的目的。具体实现硬件电路如图3所示。图3 视频切换模块接口电路图3.2 VGA切换子模块设计VGA(Video Graphics Arrary)是IBM公司在1987年提出的模块信号在电脑上显示的标准。现在VGA标准仍然被大多数制造商支持，应用广泛。如果要使用显示彩色高分辨率图像的设备，那么对VGA信号进行接收和处理的模块就是必不可少的。VGA信号的切换和控制工作将通过本模块完成。每路VGA信号都包含有H和V两个行场同步信号及一组RGB分量，这两组信号中行场同步信号是数字信号，可以直接进行放大和传输。但是RGB分量却不同，针对该组信号，必须先对其进行处理，然后才能放大输出。和前面的视频信号一样，VGA信号源也设计了台式电脑、笔记本和数字展台三路，必须在3路输入信号中选择一路输出到显示器或投影仪上。本设计中对输入的RGB分量，使用继电器ATQ209进行切换。继电器具有内阻小，传输带宽范围大的优点。经过继电器切换后的信号再使用视频缓冲放大芯片MAX4222对信号进行放大输出。HV行场信号是数字的，实现切换只需通过一片74HC153数据选择器芯片即可完成。然后通过缓冲放大芯片74HC125对信号进行缓冲放大。为了保证在较长的传输距离中信号不失真，最后使用缓冲器芯片74HC244对信号进行缓冲。HV行场同步信号和RGB信号的选通是由单片机AT89S52上的P1.O和P1.1两个I/0口控制的，两引脚选通信号与设备VGA信号切换功能表为表3。表3 VGA信号切换功能表为表台式电脑便携式电脑数字展台P1.0001P1.1010 因为AT89S52单片机的I/0口输出高电平不能直接驱动继电器，所以单片机的I/O端口P1.0、Pl.1信号必须通过译码和驱动才能接入继电器。如表3所示，P1.O和P1.1与74HC138译码器的A、B两输入引脚相联，C引脚接地表示始终接入O信号。一旦P1.0、P1.1的输出信号改变，则译码器低三位Y0Y2引脚状态也将随之变化。接着译码器Y0Y2引脚输出信号再通过反向器74HC04然后接到驱动器ULN2803的IN1IN3输入引，信号经过驱动器后将形成足够的电压和电流经驱动器的输出端OUT1OUT3传送到继电器ATQ2O9控制端。其继电器选通信号驱动电路图如图4所示。HV信号切换电路图如图5所示。图4 继电器选通信号驱动电路图5 HV信号切换电路RGB模拟信号通过六个继电器ATQ209进行切换选择一路输出后，为防止信号衰减，采用缓冲放大器MAX4222芯片对信号进行增益，MAX4222芯片能将输入信号放大一倍。RGB信号通过MAX4222缓冲放大原理如图6所示。信号VC1VC3与图4中的信号对应。图6 RGB信号通过MAX4222缓冲放大原理图3.3 音频切换子模块设计 音频信号输入源有台式电脑、便携式电脑、DV机、DVD和话筒5路。由于教师讲课过程中话筒是一直使用的，所以话筒的音频信号始终需要输出。实现时可以将话筒信号叠加到其他四路音频信号中被选中的那路，叠加后一起进行缓冲放大，最后输出到音响设备。还要考虑只有话筒信号的情况，所以信号切换部分还必须另外接一路话筒信号。综合以上分析，音频切换子模块中必须设计的功能包括五路信号选择切换电路、话筒与四选一信号叠加电路和音频信号缓冲放大电路三部分。 音频信号切换芯片使用与前面视频信号切换时使用的CD4051芯片完成。因为每路音频信号又分左、右声道。所以在实现时需要用两片CD4051芯片(CD4O51为八选一)，分别对五路信号的左声道和右声道进行切换。两片CD4051的切换控制信号均为主控芯片AT89S52的PO.2、P0.3、P0.4引脚，信号切换控制功能表见表4。表4 音频切换信号功能表台式电脑便携式电脑DVDDV机话筒P0.200001P0.300110P0.401010音量调节部分使用的是Mitsobishi公司生产的M62429芯片，该芯片性能稳定，在实际电路中也应用得比较多。技术上采用串行数据控制双通道音量，具有低失真、低噪声和音量可调范围大的优点。其音量可调范围O-83dB，步进分量为1dB。考虑到仅使用话筒讲课的情况，这里M62429芯片也使用了2片。音量控制信号通过主控芯片AT89S52的P0.6PO.7给出。信号缓冲放大部分采用比较成熟的NE5532芯片，NE5532芯片是 Philips公司在音频缓冲放大芯片中成功的产品之一。根据以上文字描述，给出音频切换电路如图7所示。图中的信号切换部分，两片CD4O51芯片，(1)实现左声道切换，(2)实现右声道切换。输出信号分别接M62429(1)的Vinl和Vin2输入端，然后通过Vout1和Vout2端输出到信号放大芯片NE5532接收端INA-和INB-。M62429(l)控制信号用PO.6接芯片CLK端，PO.5接DATA音量数据端。另一边需要和台式电脑、便携式电脑、DV机、DVD这四路信号叠加的话筒信号用M62429(2)控制，主控芯片信号P0.6仍接芯片的CLK端，P0.7接DATA音量数据端，实现该路话筒音量单独控制。M62429(2)的输出信号在图中用M1和M2表示，也接入信号放大芯片NE5532接收端INA-和INB-。图7 音频切换模块硬件电路图3.4 环境控制子模块设计 1、系统电源部分在本系统中使用的IC芯片需要的工作电压一般为5V。为了提供适合的电压，必须对交流22OV电压进行变压和稳压等工作。电源电路发展应用到现在己经非常完善。在本文中对这一部分就不再过多叙述，而是直接采用已有电源电路实现。5V电源电压电路图如图8所示9。图8 5V电源电压电路 2、电动幕布控制电动幕布的升、降使用的是交流220V，所以电源部分不需要改变。这里只需要进行简单的升、降幅度控制就可以了。通过两个继电器对其升、降这两个方向的控制。继电器在这里选择使用2个SRU12VDC芯片实现，其最大耐压能达到250V，能够有效保证电路的稳定和安全。需要注意的是，连接时不要将零线和火线的位置接反。升幕布和降幕布信号通过主控芯片的P1.5和P1.6分别传送到两个继电器的OE选通引脚。电动幕布控制电路如9所示。图9 电动幕布控制电路图 3、灯光和窗帘控制由于灯光和窗帘可以通过手动控制调节，考虑到多媒体教室如果不使用投影教学时，对电灯和窗帘不需要过多控制。所以对这部分电路，本论文中不进行详细设计。3.5 红外遥控仿真模块设计1、红外遥控码仿真技术在多媒体教室里使用遥控进行控制的设备比较多，比如影碟机、录像机、投影机等，因为生产厂家和使用技术不同，每台设备都配有单独的遥控器10。这么多的遥控器，而且上面的按键又差不多，往往让使用者感觉无从下手，也可能出现用错遥控器的情况。老师的上课情绪会受到影响。为了能让使用者能轻松的控制这些设备，让他将精力集中到工作上去，本系统采用了能将多个红外遥控器的遥控功能集中到一个特殊遥控器上的技术红外遥控码仿真技术。该技术通过对设备遥控器红外遥控码学习并将其存储到一个专门的存储器，然后让这个专用存储器与一个特殊遥控器联系。最终实现用一个遥控器控制整个多媒体教室的设备。2、红外遥控码红外遥控码的过程包括对接收到的红外遥控信号进行分析并记录，在需要对设备控制时再将其遥控码复原并发射出去。以下是对具体实现电路的描述:(l)接收电路设计红外遥控码的接收电路必须分成几部分去考虑。首先接收到的红外遥控信号可能比较弱，所以必须将信号进行放大。然后要对信号的波形进行调整，主要的工作有调幅和滤波，以保证将要学习的波形质量11。最后将信号转换成二进制能表达的宽度不同的高、低电平的形式，以不同的脉冲周期来区分信号中的“0” 和“1”。最后的红外遥控码就变成了一个由N位二进制组成的串行码的形式，串行码中的“O”和“1”的具体格式是，代码“0”的格式:高电平宽度为0.5ms，低电平宽度0.5ms。周期频率为 1ms;代码“1”的格式为:高电平 0.5ms，低电平 1.5ms。周期频率为 2ms，红外码格式如图10所示。图10 红外码格式接收红外信号须使用的红外接收器，目前市场上可选的产品很多13。本设计采用了实际系统中应用较多的HS0038B芯片。该系列芯片的在制作工艺上，实现对红外信号的滤波，得到比较好的红外信号。该芯片是把红外二极管和前置放大器通过一个石墨体集成在一起，然后使用环氧树脂将其包裹。而且该芯片属于标准红外遥控系统接收芯片，所以对几乎所有的主流传输编码都可以支持。经过处理后的输出信号是已经解调好的信号，可以直接传送给微处理器进行译码12。己经解调过的编码脉冲信号传送给AT89S52的INTO和INT1引脚，定时器T0和T1都将初始化成工作方式1，读取和记录T0或T1计数值的时机由GATE引脚何时接收到外中断信号的时间决定。外中断在这里还要完成T0或T1的计数器清零和定时器的重启工作。T0负责记录高电平脉冲宽度，T1负责记录低电平脉冲宽度。红外码接收原理图为图11。图11 红外遥控码接收原理图红外码接收电路图如图12所示。这里为了使硬件框图简洁，图12中的主控芯片I/0口的信号与辅助芯片信号没有直接连线，而是通过COMICOM6的形式标明在芯片引脚旁，表示两者信号之间的关系。后续各图也有这个标一记，表示同一信号。图12 红外遥控码接收电路图(2)存储电路设计红外码电路是以主控芯片AT89S52为核心，配合辅助控制电路、按键及存储芯片等组成。其作用是将接收到的红外遥控信号经过INT1口传送给主控芯片识别，主控芯片将信号处理好后，将其存储到存储器指定的存储单元里。当需要使用红外遥控码控制设备时，只需要通过主控芯片控制，将该红外码值从专用存储器中读出，然后恢复成原始遥控码信号发射出去，就实现了红外码仿真。目前市场上的红外码存储器芯片类型和品牌有很多。能够配合芯片实现红外遥控学习的实现方案也不少。比如存储芯片的类型就有SRAM、并行EPROM或串行的EPROM。但是这三种存储芯片类型都各有特点，比如SRAM掉电会丢失信息，当然如果希望能持久保持信息不丢失，可以使用附加电池供电。但这样将增加电路不稳定性，因此使用SRAM是不可靠的。第二种存储芯片是并行EPROM，该存储芯片的特点是掉电后还能够保存信息，而且存储容量大，信息存取速度快。但这种存储芯片需要占用大量的单片机端口。第三种是串行EPROM，该类存储芯片的特点是掉电后也能保存信息。如果选择这种存储芯片，它对单片机端口的占用数少，只是在信息传输速度上稍慢一些。通过对以上三种存储芯片类型的特点分析后，再结合本系统的实际需要，决定选用串行EPROM存储器类芯片。在串行EPROM存储芯片中性价比较高的是24CXX系列产品。最后通过对存储容量等因素综合考虑，选定了AT24C32芯片作为本系统存储器。AT24C32是DIP封装8引脚存储芯片，有三根可在芯片扩展时使用的地址总线有A2、A1和AO。因为本系统设计目前暂时不需要对存储芯片进行扩展，所以硬件连接时，这三根地址线都接地，表示不扩展。SDL是数据线，SCL是时钟线，WP是写保护线。SDL与SCL都是漏极开路的，在实际逻辑电路中，这两个引脚端口都要接上拉电阻来保证SDL和SCL线上高电平的稳定。写保护端WP接高电平时是写保护状态。如果接低电平，表示允许对芯片进行写操作。由于现在需要进行的是红外码的学习，所以要将WP引脚接地。AT24C32的写操作形式根据每次写入信息的多少分为字节写和页面写两种。根据系统的实际情况，决定采用字节写，即每次只对一个字节执行写入操作。读操作形式有现行地址读、随机读和顺序读三种。在本论文设计系统中确定使用随机读方式。红外遥控码进行学习和存储是通过主控AT89S52的P2.0和P2.1引脚控制的。红外遥控码存储电路原理方图为图13。红外遥控码存储电路的电路原理为图14所示，图中的COM3和COM4与后图17中的信号一致。图13 外遥控码存储电路原理图图14 红外遥控码存储电路原理图(3)发射电路设计在红外码发射电路中，为了降低对电源的损耗，提高抗干扰能力必须对从设备接受收到的指令代码进行调制。调制信号可以使用38kHZ方波，调制好后将其放大，驱动红外发光二极管，就可以遥控发射信号。调制过程可以由一个或非门实现，调制方波可以用或非门组成的多谐振荡器产生。调制脉冲波形图如15所示。图15 调制脉冲波形图石英晶体多谐振荡器电路一直以选频特性好、品质高而被广泛应用。石英晶体多谐振荡器电路的特点是，只要在开始设计调试时保证将信号频率与石英晶体固有谐振频率调试到相同，此时将获得最小的等效电阻，信号最容易通过。这样性能稳定的多谐振荡器就得到了。电路在使用过程中，只要一直保证信号频率与石英晶体固有谐振频率相同，那么电路中的其它元器件的参数对该多谐振荡器的频率是没有影响的。所以说石英晶体多谐振荡器振荡器具有线路简单，频率稳定，容易起振的优点。由石英晶体和或非门电路组成的石英晶体多谐振荡器电路原理图如图16所示。图16 石英晶体多谐振荡器电路原理图红外码发射电路原理图如图17所示。图17 红外码发射电路原理图4 多媒体中央控制系统软件设计与实现4.1 系统软件整体设计框架在第2章的系统整体框图中有主控单片机AT89S52通过串行口与上位机进行通信模块。控制信号将通过这部分模块实现。上位机与AT89S52通讯方式工作原理图如图18所示。图18通讯方式整体示意图4.2 上位机软件设计上位机实现软件界面是实现用户简单控制整个多媒体教室所有设备动作的一个关键。对上位机界面必须美观、友好和简洁。市场上有许多成熟的软件可供选择，本设计中就不再进行分析研究。总的来说就是要通过简单的动作实现复杂的功能。用户在界面上进行了某个操作，程序必须能通过对通讯层的调用，将信号迅速准确地发送到下位机。这些控制信号包括实现音视频的切换、音量调节、设备遥控、灯光调节、电动幕布和窗帘的控制。4.3 下位机软件设计下位机是接收上位机传送来的控制信号，并且经过分析判断后对控制信号要求实现的部分完成控制14。大致应具有分为主程序模块、键盘扫描子程序、音量控制子程序和环境控制子程序等。以下是对各模块设计流图的分析，不设计完整程序段。1、主程序模块主程序模块主要功能包括:主控单片机的初始化、对各子程序的切换和控制。整体设计思想是，首先对单片机进行初始化，接下来判断上位机是否有请求。此时上位机若有请求，则立即产生中断信号，跳转到相应子模块，响应完后仍进行一次键盘扫描子程序；若没有请求则程序跳转到键盘扫描子程序，键盘扫描模块由时钟自动调用，所检测到的键值，根据键值译码子程序译码得到对应功能按键，再执行与其对应的子程序。主程序流程图如图19所示。图19 主程序流程图2、键盘扫描子程序根据本系统涉及到的控制信号如电动幕布和音量调节等的数量，确定需要采用4x4矩阵式键盘结构15。用一片74HCT138的A、B引脚接收主控芯片的P2.2和P2.3口信号形成列选信号。主控芯片的P2.4P2.7口作为键盘的行选信号。键盘连接示意图如图20所示。图20 键盘连接示意图根据键盘按键连接图，对应给出键盘对应按键功能名称表为表5，键盘对应按键键值可以根据具体程序再行给定，这里暂不给出。表5 键盘对应按键功能名称表DVD录像机数字展台台式计算机笔记本电脑卡座投影仪开投影仪关开机线路音量升话筒音量加电动屏幕升关机线路音量降话筒音量减电动屏幕降键盘扫描是可以通过自动时钟模块调用来实现，用户也可以通过上位机命令来调用键盘扫描子程序。这里采用自动时钟模块调用实现。键盘扫描子程序软件设计流程图如图21所示。图21 键盘扫描子程序软件流程图3、音量控制模块子程序硬件部分设计时使用M62429芯片对音量部分进行控制。M62429有CLOCKH和DATA两个引脚分别是时钟引脚和数据引脚，主控芯片的I/0口模拟IC总线，用 P0.5作为控制线路音量的数据线，用P0.6作为音量的时钟线，P0.7作控制话筒音量的数据线。芯片读数据的时序为图22。图22芯片读数据的时序硬件部分己经将音量调节分为线路音量调节和话筒音量调节两部分，分别用两片M62429控制16。在控制面板上我们也设有四个音量控制键。对线路音量升、降，话筒音量升、降的软件设计中可以用两个变量分别记录其大小值，变量定义为全局变量。通过键盘对应按键改变着两个全局变量的值就可起到调节音量的作用。发送子程序当中主要是注意必须按照I2C总线格式进行。I2C数据格式是先发其始位，然后是数据，最后是终止位。音量控制子程序流程图如图23。图23 音量控制子程序流程图图24 发送子程序流程图4.4 红外遥控仿真模块底层软件设计传统红外遥控解码器软件的编写，均是在已知遥控码格式及构成的情况下进行的。由于解码器和遥控器都是一一对应的，所以通过软件实现比较容易。现在电器设备上使用的遥控码制式多种多样，每一个遥控码的长度也各不相同的。对于每一个需要进行仿真的遥控码，均无法事先知道它的制式。这就使得我们不能对待普通遥控解码器那样，根据码的固定形式对其做出判断，然后进行分析，存储。经过查阅相关资料发现，现在常用的红外码仿真设备主要有以下三种:(l)万用遥控器:这种遥控器是把很多家电遥控器的编码事先存储起来，使用时只须进行简单设计测试。看似简单，但实际使用情况是，这类遥控灵活性差，对一些新的遥控编码常会失效，而且从长远角度来看也将会对越来越多的设备失效，所以不能选用。(2)准学习型遥控器:这种遥控器是事先存储几种常用的遥控码格式，需要学习时先选择遥控器的类型，然后进行跳线设置，最后学习编码。这种方法比万用遥控器灵活，但对使用者来说要求较高，使用时也不方便。(3)学习型遥控器:这种遥控器是将要学习的遥控器对准仿真器的接收端逐一发送编码，仿真器将接收到的遥控码记录下来。使用时再把这一波形重现并发射出去。这种遥控器的优点是实用性强，缺点是遥控器内置存储器容量有限，更换设备就要重新学习，必要是可能需要扩充存储器容量。根据以上分析，决定采用学习型遥控器进行设计。下面是对红外遥控器学习子程序的设计。1.红外码编码学习子程序红外码学习程序是红外遥控码仿真的关键。由于当前的红外遥控码没有统一制式，对于任意一个遥控码，它的1和0的格式和个数，持续时间的长短都不相同。在进行红外码仿真时决定采用的步骤是:记录红外遥控码波形，然后发射时再还原这一波形。当然，在进行红外码编码学习时也遇到了一个问题。那就是由于红外码的持续时间不同，而人工对准接收端进行按键学习时时间无法准确控制。部分遥控器的遥控码因持续时间短，被多次重复记录。而有的发出一个遥控码后就不再发出遥控码，而是发出连续码。因为主控芯片AT89S52只有256KB的RAM，远远无法满足要求。这样对EEPROM容量提出了更高的要求。后来经过查阅相关资料之后发现，所有遥控码均有一个共同特点:即在一个遥控码发出后，不管后续发出的是遥控码，还是连续码。两个码值之间有一段比较长的时间间隔，通常大于90ms。于是决定将这段时间间隔作为遥控编码完成的标志。AT89S52的晶振频率为11.0589兆赫兹，也就是说利用内部定时的最长时间约为72ms，以内部定时溢出作为中断标志，当检测到这一标志后可认为该红外码记录完毕，对后面的信号不再进行记录，以达到节省存储器容量的目的。红外码学习程序主要包括:脉冲高低电平长度、码值的调整、码值的存储和学习状态信息至上位机的传送。红外遥控编码学习流程图见图25。图25 红外码学习流程图上图中的中断可能是外部中断0，也可能是定时器O溢出中断。若为定时器