【正文】 農(nóng)業(yè)、環(huán)境監(jiān)測、軍事國防、機(jī)器人控制等許多重要領(lǐng)域 ， 而且類似于這種溫度采集系統(tǒng)的無線通信網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用到民用和軍事領(lǐng)域。凡是布線繁雜或不允許布線的場合都希望能通過無線方案來解決。為此，需要設(shè)計相應(yīng)的接口系統(tǒng)，控制這些射頻芯片工作，完成可靠穩(wěn)定的無線數(shù)據(jù)通信，這樣 的研究也變得更加有意義了。 在 非授權(quán)頻段上 ,目前已經(jīng)云集了藍(lán)牙、 WiFi、 Zigbee 等多個標(biāo)準(zhǔn)無線協(xié)議。 具有帶寬高（ 2Mbps），雙向傳輸，抗干擾性強(qiáng)，傳輸距離遠(yuǎn)（短距 2 離無線技術(shù)范圍），耗電少的優(yōu)點，用于無線鍵鼠等室內(nèi)場合。 Nordic 公司等公司已成功推出 NRF24L01 芯片， 全球開發(fā) ISM 頻段免許可證使用。同時許多公司也相繼推出基于 NRF24L01 的無線傳輸模塊。 NRF24L01 模塊是一款新型單片射頻收發(fā)器件 ,工作于 GHz～ GHz ISM 頻段。內(nèi)置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器、調(diào)制器等功能模塊 ,并融合了增強(qiáng)型 ShockBurst 技術(shù)，其中輸出功率和通信頻道可通過程序進(jìn)行配置。 nRF24L01 功耗低 ,在以 6dBm 的功率發(fā)射時，工作電流也只有 9mA。接收時，工作電流只有 ，多種低功率工作模式 (掉電模式和空閑模式 )使節(jié)能設(shè)計更方便。至此這種基于此頻段的通信方式已日漸趨向成熟。 同樣隨著傳感器及電子電路的發(fā)展，集成的溫度檢測器件的完善性及集成性也得到了大大的提高。類似美國 DALLAS 公司推出的數(shù)字測溫芯片 DS18B20 層出不窮，國內(nèi)外的研究在這方面的研究也趨近完善。 本系統(tǒng)的設(shè)計采用了工作于 頻段 NRF24L01 射頻芯片，并有單片機(jī)C8051F340M 控制實現(xiàn)短距離無線數(shù)據(jù)通信。該接口設(shè)計具有成本低、功耗低、傳輸速率高、軟件設(shè)計簡單以及通信穩(wěn)定可靠等特點。整個系統(tǒng)有發(fā)送和接收二部分，通過 NRF24L01 無線數(shù)據(jù)通信收發(fā)模塊來實現(xiàn)無線數(shù)據(jù)傳輸。發(fā)送部分以CD41主板 為核心，使用溫度轉(zhuǎn)換芯片 DS18B20 實時采集溫度并通過 LCD 屏 顯示。將采集的 數(shù)據(jù) 傳送給接收部分，然后再在 LCD 屏 上 顯示。本系統(tǒng)的核心控制芯片選用的是 MSP430F149。單片機(jī)在各個技術(shù)領(lǐng)域中的迅猛發(fā)展，與單片機(jī)所構(gòu)成的計算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的特點有關(guān)： （ 1） 單片機(jī)構(gòu)成的應(yīng)用系統(tǒng)有較大的可靠性 ； （ 2） 系統(tǒng)構(gòu)建簡潔、易行，能方便的實現(xiàn)系統(tǒng)功能 ； （ 3） 由于構(gòu)成的系統(tǒng)是一個計算機(jī)系統(tǒng)，相當(dāng)多的功能由軟件實現(xiàn)，故具有柔性特點和優(yōu)異的性能價格比 ； 對于 CD4 多功能能 檢測模塊，硬件部分較簡單，由于是單腳傳輸導(dǎo)致軟件時序的時間精確度控制上要求比較高，要做到精確。 1 帶有多個傳感模塊的多功能主板 3 OLED 顯示部分雖然較簡單但是在調(diào)試過程有重要作用，是顯示軟硬件好使的必 要條件，不可忽視。另外為了降低 430 的輸出功率，采用鎖存器對數(shù)碼管進(jìn)行驅(qū)動。 無線收發(fā)模塊采用挪威 (Nordic)公司生產(chǎn)的 NRF24L01 及其外圍電路組成，軟件部分要熟悉內(nèi)部的標(biāo)志及控制寄存器以及數(shù)據(jù)通道，發(fā)射頻率功率及收發(fā)模式等以利于編程。 預(yù)期結(jié)果 采用 C8051F340M單片機(jī) 作為主控 CPU， CD4多功能能 檢測模塊 ， NRF24L01作為無線收發(fā)模塊，加上 LCD 顯示模塊構(gòu)成系統(tǒng)。要求完成硬件模塊的設(shè)計和電路板的制作。軟件模塊包括溫度檢測模塊、無線發(fā)射模塊、無線接收模塊和顯示模塊。溫度測量范圍： 0176。C 至 125176。C，傳輸距離 30m。 論文的結(jié)構(gòu)安排 本文基于本次畢業(yè)設(shè)計的過程與要求，將論文分為五章。具體內(nèi)容如下： 第 1 章 緒論 本章簡單介紹了課題的研究背景、目的和意義，無線溫度檢測的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀和相關(guān)領(lǐng)域中已有的研究結(jié)果，該設(shè)計的預(yù)期結(jié)果和意義。 第 2 章 主控芯片及編程環(huán)境的介紹 本章介紹了本次畢業(yè)設(shè)計的主控芯片及相應(yīng)的編程環(huán)境，讓我們熟悉了整個系統(tǒng)的調(diào)試方法。 第 3 章 硬件系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn) 本章介紹本課題硬件系統(tǒng)各部分電路的設(shè)計、實現(xiàn)，講述了各模塊的功能。 第 4 章軟件 系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn) 本章根據(jù)系統(tǒng)的總方案，設(shè)計出程序的總流程圖，并利用 C語言編寫相應(yīng)的程序。 第 5 章系統(tǒng)的調(diào)試及實驗結(jié)果 本章根據(jù)已有的軟硬件，進(jìn)行調(diào)試，得到的相應(yīng)成果。 最后總結(jié)本論文，得出相關(guān)結(jié)論。 4 2 主控單片機(jī) 及編程環(huán)境的介紹 C8051F Silicon Laboratories 公司出品的 C8051F 系列單片機(jī)是完全集成的混合信號系統(tǒng)級芯片（ SOC），具有與 MCS51 完全兼容的指令集。該系列單片機(jī)采用流水線處理技術(shù)，機(jī)器周期由標(biāo)準(zhǔn) 8051 的 12 個系統(tǒng)時鐘周期降為 1 個系統(tǒng)時鐘周期，能在執(zhí)行指令 期間預(yù)處理下一條指令，大大提高了處理能力。大部分 C8051F單片機(jī)能達(dá)到 25MIPS， ?高的可達(dá) 100MIPS。 C8051F 單片機(jī)能提供多達(dá) 22 個中斷源，并且內(nèi)部集成了大量的模擬、數(shù)字外設(shè)，包括看門狗、 ADC、 DAC、電壓比較器、電壓基準(zhǔn)、定時器、 PWM、內(nèi)部時鐘振蕩器、溫度傳感器等，同時擁有 UART、 SPI、 SMBUS（ I2C）、 CAN、 LIN、 USB 等眾多總線。 C8051F單片機(jī)采用 Flash 技術(shù)，集成 JTAG，支持 ISP 和 IAP。通過外部總線掛接以太網(wǎng)控制器芯片 CP2201，可以提供完整的以太網(wǎng)接口方 案，包括免費的 TCP/IP 協(xié)議棧 。 C8051F 單片機(jī)的特點： （ 1）模擬資源豐富： 集成了豐富的模擬資源，絕大部分的 C8051F 系列單片機(jī)都集成了單個或兩個 ADC，在片內(nèi)模擬開關(guān)的作用下可實現(xiàn)對多路 模擬信號的采集轉(zhuǎn)換；片內(nèi) ADC 的采樣精度最高可達(dá) 24bit，采樣速率最高可達(dá) 500ksps，部分型號還集成了單個或兩個獨立的高分辨率 DAC，可滿足絕大多數(shù)混合信號系統(tǒng)的應(yīng)用并實現(xiàn)與模 擬電子系統(tǒng)的無縫接口；片內(nèi)溫度傳感器則可以迅速而精確的監(jiān)測環(huán)境溫度并通過程序作出相應(yīng)處理，提高了系統(tǒng)運行的可靠性 。 （ 2）運算速度快： 基于增強(qiáng)的 CIP51 內(nèi)核，其指令集與 MCS51 完全兼容，具有標(biāo)準(zhǔn) 8051 的組織架構(gòu)，可以使用標(biāo)準(zhǔn)的 803x/805x 匯編器 和 編譯器 進(jìn)行軟件開發(fā)。 CIP51 采用 流水線結(jié)構(gòu) ， 70%的的指令執(zhí)行時間為 1 或 2 個系統(tǒng) 時鐘周期 ，是標(biāo)準(zhǔn) 8051指令執(zhí)行速度的 12倍；其峰值執(zhí)行速度可達(dá) 100MIPS(C8051F120等 )，是目前世界上速度最快的 8 位單片機(jī)。 （ 3）豐富的外部設(shè)備接口： 集成了豐富的 外部設(shè)備 接口。具有兩路 UART和最多可達(dá) 5 個定時器及 6 個 PCA 模塊，此外還根據(jù)不同的需要集成了 SMBus、SPI、 USB、 CAN、 LIN 等接口，以及 RTC 部件。 外設(shè)接口 在不使用時可以分別 5 禁止以降低系統(tǒng)功耗 。與其他類型的單片機(jī)實現(xiàn)相同的功能需要多個芯片的組合才能完成相比， C8051 單片機(jī)不僅減少了系統(tǒng)成本，更大大降低了功耗。 （ 4） 增加了 中斷源 。標(biāo)準(zhǔn)的 8051 只有 7 個 中斷源 Silicon Labs 公司 C8051F 系列單片機(jī)擴(kuò)展了 中斷處理 這對于時實多任務(wù)系統(tǒng)的處理是很重要的擴(kuò)展的 中斷系統(tǒng) 向 CIP51 提供 22 個中斷源允許大量的模擬和數(shù)字外設(shè)中斷一個中斷處理需要較少的 CPU 干預(yù)卻有更高的執(zhí)行效率。 （ 5） 增強(qiáng)了在 信號處理 方面的性能，部分型號具有 16x16 MAC 以及 DMA功能，可對所采集信號進(jìn)行實時有效的算法處理并提高了 數(shù)據(jù)傳送 能力。 （ 6） 具有獨立的片內(nèi) 時鐘源 (精度最高可達(dá) %)， 設(shè)計人員既可選擇外接時鐘，也可直接應(yīng)用片內(nèi)時鐘，同時可以在內(nèi)外時鐘源之間自如切換。片內(nèi) 時鐘源 降低了系統(tǒng)設(shè)計的復(fù)雜度，提高了系統(tǒng)可靠性，而時鐘切換功能則有利于系統(tǒng)整體功耗的降低。提供空閑模式及停機(jī)模式等多種電源管理方式來降低系統(tǒng)功耗 。 （ 7） 實現(xiàn)了 I/O 從固定方式到 交叉開關(guān) 配置。固定方式的 I/O 端口，既占用引腳多，配置又不夠靈活。在 C8051F 中，則采用開關(guān)網(wǎng)絡(luò)以硬件方式實現(xiàn) I/O端口的靈活配置，外設(shè)電路單元通過相應(yīng)的配置 寄存器 控制的 交叉開關(guān) 配置到所選擇的端口上。 （ 8） 復(fù)位方式多樣化 ， C8051F 把 80C51 單一的外部復(fù)位發(fā)展成多源復(fù)位，提供了上電復(fù)位、掉電復(fù)位、外部 引腳 復(fù)位、軟件復(fù)位、時鐘檢測復(fù)位、 比較器0 復(fù)位、 WDT 復(fù)位和引腳配置復(fù)位。眾多的復(fù)位源為保障系統(tǒng)的安全、操作的靈活性以及零功耗系統(tǒng)設(shè)計帶來極大的好處。 （ 9） 從傳統(tǒng)的仿真調(diào)試到基于 JTAG 接口的在系統(tǒng)調(diào)試。 C8051F 在 8 位單片機(jī)中率先配置了標(biāo)準(zhǔn)的 JTAG 接口（ ）。 C8051F 的 JTAG 接口不僅支持 Flash ROM 的讀 /寫操作及非侵入式在系統(tǒng)調(diào)試，它的 JTAG 邏輯還為在 系統(tǒng)測試 提供 邊界掃描 功能。通過邊界 寄存器 的 編程 控制，可對所有器件 引腳 、 SFR總線和 I/O 口弱上拉功能實現(xiàn)觀察和控制。 （ 10） C8051F 系列單片機(jī)型號齊全，可根據(jù)設(shè)計需求選擇不同規(guī)模和帶有特定 外設(shè)接口 的型號，提供從多達(dá) 100 個 引腳 的高性能單片機(jī)到最小 3mmX3mm的封裝，滿足不同設(shè)計的需要。 6 開發(fā)環(huán)境與工具語言 硬件開發(fā) Keil C51 開發(fā) 環(huán)境 ： Keil C51 是美國 Keil Software 公司出品的 51 系列兼容單片機(jī) C 語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比， C 語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學(xué)易用。用過匯編語言后再使用 C 來開發(fā)，體會更加深刻。 Keil C51軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全 Windows 界面。另外重要的一點，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會到 Keil C51 生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。 C51 工具包的 整體結(jié)構(gòu)， Vision 與 Ishell 分別是 C51 for Windows 和 for Dos的 集成開發(fā)環(huán)境 (IDE），可以完成編輯、 編譯 、連接、調(diào)試、仿真等整個開發(fā)流程。開發(fā)人員可用 IDE 本身或其它 編輯器 編輯 C 或匯編源文件。然后分別由 C51及 C51 編譯器 編譯生成目標(biāo)文件（ OBJ）。目標(biāo)文件可由 LIB51 創(chuàng)建生成庫文件，也可以與庫文件一起經(jīng) L51 連接定位生成絕對目標(biāo)文件 (.ABS）。 ABS 文件由OH51 轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的 Hex 文件，以供調(diào)試器 dScope51 或 tScope51 使用進(jìn)行 源代碼 級調(diào)試，也可由 仿真器 使用直接對 目標(biāo)板 進(jìn)行調(diào)試，也可以直接寫入程序存貯器如 EPROM 中。 Keil C51 生成的目標(biāo)代碼效 率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。 與匯編相比， C 語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學(xué)易用。用過匯編語言后再使用 C 來開發(fā)，體會更加深刻 。 C 語言 ： C 語言是一種 計算機(jī)程序設(shè)計語言 ，它既具有 高級語言 的特點，又具有 匯編語言 的特點。它由美國貝爾研究所的 于 1972 年推出， 1978 年后， C語言已先后被移植到大、中、小及微型機(jī)上，它可以作為工作系統(tǒng)設(shè)計語言，編寫系統(tǒng) 應(yīng)用程序 ，也可以作為應(yīng)用程序設(shè)計 語言，編寫不依賴計算機(jī)硬件的應(yīng)用 7 程序。它的應(yīng)用范圍廣泛，具備很強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力，不僅僅是在軟件開發(fā)上，而且各類科研都需要用到 C 語言，適于編寫系統(tǒng)軟件，三維，二維圖形和動畫，具體應(yīng)用比如單片機(jī)以及 嵌入式系統(tǒng)開發(fā) 。 C 語言相對于其它語言有以下優(yōu)點： 簡潔緊湊、靈活方便 C 語言一共只有 32 個 關(guān)鍵字 ， 9 種 控制語句 ，程序書寫形式自由，區(qū)分大小寫。把高級語言的基本結(jié)構(gòu)和語句與低級語言的實用性結(jié)合起來。 C 語言可以像匯編語言一樣對 位 、 字節(jié) 和 地址 進(jìn)行操作，而這三者是