内蒙古工业大学本科毕业设计说明书
第一章 绪论
1.1 课题研究现状
随着现代电子信息技术的迅速发展，使得信息处理技术越来越重要，而图像处理采集技术在信息处理技术当中有着异常重要的位置。图像处理采集技术涉及诸多领域，如：工业检测，医疗设备，军事设施，电子产品等等[1]。在智能车、道路损害检测、航天及遥感、实时图像采集煤矿安全生产监控及电子眼中都用到了图像处理技术。
现在基于DSP、matlab、OpenCV、FPGA、ARM及嵌入式等技术的图像处理采集系统是非常多见的。特别是matlab技术，它含有图形处理系统，可以很方便的图形化显示向量和矩阵，而且能对图形添加标注和打印。它包括强大的二维三维图形函数、图像处理和动画显示等函数。
1.2 课题研究目的意义
基于DSP、ARM、嵌入式等技术的图像处理采集系统虽然非常多见，但是它成本高，功耗大，且因为其体积较大，在某些特定的场合或环境下无法正常工作，所以设计一个成本低，体积小，功耗低，性能强的图像处理采集系统是非常有必要的。
单片机依靠它体积小、功耗低、功能强、可靠性高以及灵活的应用性被人们所认识，并且已经融入到了现代人们的生活中。单片机具有强大的控制功能和灵活的编程实现特性，而且有着很丰富的调试软件，给设计带来很多的益处。所以开发一种由单片机为控制核心的图像处理采集系统，具有很高的研究意义。
1.3 本课题研究的主要内容
本设计采用Intel公司的80C51单片机，以80C51为控制核心，结合摄像头、Zigbee无线传输模块及上位机构成一个图像处理采集系统。 主要内容：
（1）研究80C51单片机结构，各引脚功能及工作原理。 （2）研究摄像头TJ传输协议及摄像头相关命令代码。
（3）利用Proteus软件，设计图像处理采集系统硬件电路并进行软件仿真。 （4）利用Keil软件和C编程，并对其程序进行编译。 （5）熟练掌握Keil和Proteus的联机调试。
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第二章 硬件设计
2.1 系统设计方案
为了获得成本低，性价比高的设计方案，在满足其性能指标的前提下，设计应尽量简单，不宜太过于复杂。本设计系统主要由四大模块组成，即单片机控制模块、摄像头拍摄模块、Zigbee无线传输模块和上位机显示模块。 80C51单片机对摄像头发送一系列有效指令，但在发送指令前必须设置单片机的波特率，使单片机与摄像头的波特率相一致，这样才能让单片机与摄像头得到的数据同步。摄像头收到单片机发送的有效指令后进行拍图、取图以及上传等作业，摄像头再把拍摄的JPEG图像发送到Zigbee无线通信模块，利用Zigbee的特性，在短距离内无线传输到上位机上，再由上位机显示出所拍摄的图像，来实现图像的采集处理。下图2-1为图像处理采集系统设计框图： 摄像头 80C51单片机 Zigbee模块 上位机 图2-1 图像处理采集系统框图 2.2 硬件简介
2.2.1 80C51简介
80C51单片机属于美国Intel 公司的MCS-51系列 产品中的一个型号，它采用CHMOS 工艺，功耗低，性能优良，其结构是8048单片机的延伸，改进了8048的缺点，增加了减（SUBB）、乘（MUL）、除（DIV）、比较（PUSH）、布尔代数运算等指令以及串行通信和5个中断源，采用40引脚双列直插式DIP。采用CHMOS工艺具有高速度、低功耗及高密度的特点，而且它的传输延时时间小于2ns。它内部集成了功能强大的中央处理器，包含了硬件乘除法器、21个专用控制寄存器、4kB的程序存储器、128字节的数据存储器、4组8位的并行口、两个16位的可编程定时/计数
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器、一个全双工的串行口以及布尔处理器。80C51单片机内部有时钟电路，但需要石英晶体和微调电容外接[2]。以下为80C51单片机引脚图如图2-2所示。
图2-2 80C51单片机引脚图
MCS-51具有比较大的寻址空间，地址线宽达16条，即外部数据存储器和程序存储器的寻址范围达216=64kB，这作为单片机控制来说已是比较大的，这同时具备对I/O口的访问能力。此外，MCS-51采用模块化结构，可方便地增删一个模块就可做出引脚和指令兼容的新产品，从而容易使产品形成系列化。
MCS-51把微型计算机的主要部件都集成在一块心片上，使得数据传送距离大大缩短，可靠性更高，运行速度更块。由于属于芯片化的微型计算机，各功能部件在芯片中的布局和结构达最优化，抗干扰能力加强，工作亦相对稳定。
MCS-51单片机的工作频率为2-12MHz，当振荡频率为12MHz时，一个机器周期为1us,这个速度应该说是比较快的。
80C51中集成了完善的各种中断源，用户可十分方便地控制和使用其功能，使得它的应用范围加大，可以说它可以满足绝大部分的应用场合。以下为80C51单片机的基本组成如图2-3所示
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图2-3 80C51单片机基本组成
2.2.2 I/O端口
在此次设计中，我们主要应用了P3口，所以在这我们只对P3口做介绍。 P3口除可作为通用I/O口使用外，还具有第二功能。当某些口线作第二功能使用时，不能再把它当作通用输入/输出口使用, 其它未用的口线仍可作通用输入/输出口线使用。P3口作通用I/O口使用时，不需要外接上拉电阻[3]。以下为P3口引脚第二功能： 引脚 功能 P3.0 RXD(串行输入口) P3.1 TXD(串行输出口) P3.2 INT0(外部中断0输入口) P3.3 INT1 (外部中断1输入口) P3.4 T0(定时器0外部输入口) P3.5 T1(定时器1外部输入口) P3.6 WR(写选通输出口) P3.7 RD(读选通输出口)
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2.2.3 控制引脚
控制引脚中包括ALE/PROG、PSEN、EA/Vpp、RST/Vpd。 1.ALE/(30脚)
地址锁存使能信号输出端。
当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的低位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。 2.PSEN(29脚)
程序存储器输出使能端。
外部程序存储器的选通信号，在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次
PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的PSEN信号将不出现。 3.EA/Vpp
片内程序存储器屏蔽控制端。
当EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，EA将内部锁定为RESET；当EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。 4.RST/Vpd
复位信号复用脚。
当8051通电，时钟电路开始工作，在RESET引脚上出现24个时钟周期以上的高电平，系统即初始复位。初始化后，程序计数器PC指向0000H，P0-P3输出口全部为高电平，堆栈指钟写入07H，其它专用寄存器被清“0”。RESET由高电平下降为低电平后，系统即从0000H地址开始执行程序。然而，初始复位不改变RAM（包括工作寄存器R0-R7）的状态。
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