【正文】 基 帶頻 率變 換功 率放 大發(fā) 射 機(jī)高 頻放 大頻 率變 換解 調(diào)接 收 機(jī)信 宿電 磁 波 圖 31 無線通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 可見， 無線通信系統(tǒng)一般有發(fā)信機(jī)、收信機(jī) 以及與其相連的天線（含饋線）構(gòu)成。 1．發(fā)信機(jī) 發(fā)信機(jī)的主要作用是將所要傳送的信號首先對載波信號進(jìn)行調(diào)制，形成已調(diào)載波； 已調(diào)載波信號經(jīng)過變頻 (有的發(fā)射機(jī)不經(jīng)過這一步驟 )成為射頻載波信號，送至功率放大器，經(jīng)功率放大后送至天 (饋 )線。圖 32 是一種短波發(fā)信機(jī)的組成框圖。 調(diào) 制 器中 頻放 大 器變 頻 器 濾 波 器信 號 輸 入功 率放 大 器至 天 線（ 含 饋 線 ）激 勵 器 圖 32 一種短波發(fā)信機(jī)的組成框圖 2．天線 天線是無線通信系統(tǒng)的重要組成部分。其主要作用：是把射頻載波信號變成電磁波或者把電磁波變成射頻載波信號。按照規(guī)范性的 定義，“天線就是把導(dǎo)行模式的射頻電流變成擴(kuò)散模式的空間電磁波的傳輸模式轉(zhuǎn)換器，及其逆變換的傳輸模式轉(zhuǎn)換器”。饋線的主要作用：是把發(fā)射機(jī)輸出的射頻載波信號高效地送至天線。這一方面要求饋線的衰耗要??；另一方面其阻抗應(yīng)盡可能與發(fā)射機(jī)的輸出阻抗和天線的輸入的阻抗相匹配。 3．收信機(jī) 收信機(jī)的主要作用是把天線接收下來的射頻載波信號首先進(jìn)行低噪聲放大，然后經(jīng)過變頻 (一次、兩次甚至三次變頻 )、中頻放大和解調(diào)后還原出原始信號，最后經(jīng)低頻放大器放大后輸出。圖 33 是一種短波收信機(jī)的組成框圖。 本科畢業(yè)論文 5 低 噪 聲放 大 器第 一變 頻 器第 二變 頻 器第 一 中 頻放 大 器射 頻載 波 信 號低 頻放 大 器原 始 信 號輸 出信 頻 器 本 振 源解 調(diào) 器 圖 33 一種短波收信機(jī)的組成框圖 無線通信工作方式 無線通信的工作方式可分為單向通信方式和雙向通信方式兩大類別，而后者又分為單工通信方式、雙工通信方式和半雙工通信方式三種。 1．單向通信方式 所謂單向通信方式就是通信雙方中的一方只能接收信號，而另一方只能發(fā)送信號，不能互逆。收信方不能對發(fā)信方直接進(jìn)行信息反饋。例如：陸地移動通信系統(tǒng)中的無線尋呼系統(tǒng)就采用這種工作方式。 BP 機(jī) (或 BB 機(jī) )只能收信而不能發(fā)信，反饋信息只能通過“打電話”間接地來 完成。 2．雙向通信方式 (1) 單工通信方式 通信雙方只能交替地進(jìn)行發(fā)信和收信，不能同時進(jìn)行。如圖 34 所示。 送話器受話器送話器受話器“按講”開關(guān)“按講”開關(guān) 圖 34 單工通信方式示意圖 例如：常用的對講機(jī)就采用這種通信方式，平時天線與收信機(jī)相連接，發(fā)信機(jī)也不工作。當(dāng)一方用戶講話時，接通信時，接通“按 講”開關(guān)，天線與發(fā)信機(jī)相連（發(fā)信機(jī)開始工作）。另一方的天線接至收信機(jī)，因而可收到對方發(fā)來的信號。 (2) 全雙工通信方式 通信雙方可同時發(fā)信與收信，即雙方同時處于收信與發(fā)信狀態(tài)。這時收 信與發(fā)信必須采用不同的工作頻率。用戶使用時與“打電話”時的情況一樣。這時通信雙方的設(shè)備一般通過雙工器來完成這種功能。如下圖 35 所示。 本科畢業(yè)論文 6 送 話 器受 話 器送 話 器受 話 器雙 工 器 雙 工 器 圖 35 全雙工通信方式示意圖 (3) 半雙工通信方式 通信雙方可同時發(fā)信和收信。但發(fā)信時要按下“按 講”開關(guān)。如圖 36 所示。 送 話 器受 話 器送 話 器受 話 器雙 工 器雙 工 器送 話 器受 話 器“ 按 講 ”開 關(guān) 圖 36 半雙工通信方式示意圖 本科畢業(yè)論文 7 4 系統(tǒng)硬 件設(shè)計 系統(tǒng)設(shè)計的初步設(shè)想：在設(shè)計系統(tǒng)時先設(shè)計基于單片機(jī)的音樂播放器，另一塊單片機(jī)通過無線模塊控制音樂播放器的音樂播放。 芯片介紹 51 芯片介紹 單片機(jī)的全稱是單片微型計算機(jī)（ Single Chip Microputer）。為了使用方便，它把組成計算機(jī)的主要功能部件：中央處理器（ CPU）、數(shù)據(jù)存儲器（ RAM）、程序存儲器（ ROM、EPROM、 E2PROM 或 FLASH）、定時 /計數(shù)器和各種輸入 /輸出接口電路等都集成在一塊半導(dǎo)體芯片上，構(gòu)成了一個完整的計算機(jī)系統(tǒng)。與通用的計算機(jī)不同， 單片機(jī)的指令功能是按照工業(yè)控制的要求設(shè)計，因此它又被稱為微控制器（ Microcontroller）。 MCS 是 Intel 公司單片機(jī)系列的符號。 Intel 公司推出有 MCS4 MCS5 MCS96系列單片機(jī)。其中 MCS51 系列單片機(jī)典型機(jī)型包括 51 和 52 兩個子系列。 52 子系列的主要功能為： 8 位 CPU。 片內(nèi)帶振蕩器及時鐘電路。 256B 片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器。 8KB 片內(nèi)程序存儲器。 程序存儲器的尋址范圍為 64KB。 片外數(shù)據(jù)存儲器的尋址范圍為 64KB。 21B 特殊功能寄存器 。 48 根 I/O 線。 1 個全雙工串行 I/O 接口，可多機(jī)通信。 3 個 16 位定時器 /計數(shù)器。 1中斷系統(tǒng)有 8 個中斷源，可編程為兩個優(yōu)先級。 1 111 條指令，含乘法指令和除法指令。 1布爾處理器。 1使用單 +5V 電源。 MCS51 具有比較大的尋址空間，地址線寬達(dá) 16 條，即外部數(shù)據(jù)存儲器和程序存儲器的尋址范圍達(dá) 216=64kB，這作為單片機(jī)控制來說已是比較大的，這同時具備對 I/O 口的訪問能力。此外， MCS51 采用模塊化結(jié)構(gòu)，可方便地增刪一個模塊就可引腳和指令兼容的新產(chǎn)品 ， 從而容易 使產(chǎn)品形成系列化。由于 MCS51 集成了幾乎完善的 8 位中央處理單元，處理功能強(qiáng)，中央處理單元中集成了方便靈活的專用寄存器，硬件的加、減、乘、除法器和布爾處理機(jī)及各種邏輯運(yùn)算和轉(zhuǎn)移指令，這給應(yīng)用提供了極大的便利。 MCS51 的指令系統(tǒng)近乎完善，指令系統(tǒng)中包含了全面的數(shù)據(jù)傳送指令、完善的算術(shù)和邏輯運(yùn)算指令、方便的邏輯操作和控制指令 ， 對于編程 者 來說， 使用起來 相當(dāng) 地 靈活和方便。 MCS51 單片本科畢業(yè)論文 8 機(jī)的工作頻率為 2~12MHz，當(dāng)振蕩頻率為 12MHz 時，一個機(jī)器周期為 1μs， 這個速度應(yīng)該說是比較快的。 MCS51 中集成了 完善的各種中斷源，用戶可十分方便地控制和使用其功能，使得它的應(yīng)用范圍加大，可以說它可以滿足絕大部分的應(yīng)用場合。 MCS51 系列單片機(jī)優(yōu)異的性能 /價格比使得它從面世以來就獲得用戶的認(rèn)可。本設(shè)計的應(yīng)用電路中采用了 STC 公司的 STC89C52RC 芯片，它與 MCS51 單片機(jī)指令集兼容，同時它的內(nèi)部包含用作程序存儲器的 8KB 的基于 FLASH 技術(shù)的只讀存儲器。采用這款芯片既克服了采用 8031 需要添加外部程序存儲器導(dǎo)致電路復(fù)雜的缺點，又克服了采用 8751導(dǎo)致電路制作成本高的缺點。 52 系列 I/O 腳使用簡單，但高電平時 無輸出能力，可謂有利有弊。故其他系列的單片機(jī) (如 PIC 系列、 AVR 系列等 )對 I/O 口進(jìn)行了改進(jìn)，增加了方向寄存器以確定輸入或輸出，但使用也變得復(fù)雜。 圖 41 單片機(jī)芯片引腳圖 nRF24l01 無線模塊介紹 nRF24l01 是一款新型單片射頻收發(fā)器件 ,工作于 ～ 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 mA，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。 （ 1） 主要特點 ： 全球開放 ISM 頻段免許可證使用；最高工作速率 2Mbps，高效 GFSK 調(diào)制，抗干擾能力強(qiáng)，特別適合工業(yè)控制場合； 125 頻道，滿足多點通信和跳頻本科畢業(yè)論文 9 通信需要；內(nèi)置硬件 CRC 檢錯和點對多點通信地址控制；低功耗 工作，待機(jī)模式下狀態(tài)僅為 1uA；內(nèi)置 天線，體積小巧；模塊可軟件設(shè)地址，只有收到本機(jī)地址時才會輸出數(shù)據(jù)（提供中斷指示 )，可直接接各種單片 機(jī)使用，軟件編程非常方便。 （ 2）應(yīng)用 領(lǐng)域 ：遙控、遙測、無線抄表、門禁系統(tǒng)、小區(qū)傳呼、工業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、無線標(biāo)簽、身份識別、非接觸 RF 智能卡、小型無線數(shù)據(jù)終端、安全防火系統(tǒng)、無線遙控系統(tǒng)、生物信號采集、無線 23無線 422/485 數(shù)據(jù)通信等。 （ 3） 接口定義 引腳 名稱 引腳功能 描述 1 CE 數(shù)據(jù)輸入 RX 或 TX 模式選擇 2 CSN 數(shù)據(jù)輸入 SPI 片選信號 3 SCK 數(shù)據(jù)輸入 SPI 時鐘 4 MOSI 數(shù)據(jù)輸入 從 SPI 數(shù)據(jù)輸入腳 5 MISO 數(shù)據(jù)輸出 從 SPI 數(shù)據(jù)輸出腳 6 IRQ 數(shù)據(jù)輸出 可屏蔽中斷腳 7 VDD 電源 電源（ +3V） 8 VSS 電源 接地（ 0V） 表 41 無線模塊端口定義 圖 42 無線模塊 PCB 圖 本科畢業(yè)論文 10 圖 43 無線模塊 LM386 芯片介紹 LM386 是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的音頻功率放大器 ， 主要應(yīng)用于低電壓消費(fèi)類產(chǎn)品。為使外圍元件最少 ， 電壓增益內(nèi)置為 20。但在 1 腳和 8 腳之間增加一只外接電阻和電容 ,便可將電壓增益調(diào)為任意值 ， 直至 200。輸入端以地位參考 ， 同時輸出端被自動偏置到電源電壓的一半 ， 在 6V 電源電壓下 ， 它的靜態(tài)功耗僅為 24mW， 使得 LM386 特別適用于電池供電的場合 。 特性： 靜態(tài)功耗低 ， 約為 4mA， 可用于電池供電 ； 工作電壓范圍寬 412V 或 518V；電壓增益可調(diào) 20200； 低失真度。 圖 44 LM386 引腳圖 硬件電路模塊設(shè)計 單片機(jī)硬件電路 模塊 包括單片機(jī)最小系統(tǒng) 電路 、音頻電路、按鍵電路和顯示 電路。 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路 STC89C51RC 單片機(jī)內(nèi)部自帶一個構(gòu)成振蕩回路的高增益反相放大器，引腳 XTAL1和 XTAL2 分別是該放大器的輸入端和輸出端。通過這兩個引腳在芯片外并接石英晶體振蕩器和兩只電容器（電容一般取 30pF）。石英晶體為一感性元件，與電容構(gòu)成振蕩回路，為片內(nèi)放大器提供正反饋和振蕩所需的相移條件，從而構(gòu)成一個穩(wěn)定的自激振蕩器。復(fù)位本科畢業(yè)論文 11 電路包括片內(nèi)，外兩部分。這里我們只要考慮片外復(fù)位部分，它主要有電平方式和脈沖方式兩類，我則采用了按鍵電平復(fù)位方式，通過 按鍵 RESET，使單片機(jī)復(fù)位端經(jīng)電阻 R1 與電源 VCC 接通而實現(xiàn)對單片機(jī)系統(tǒng)的復(fù)位。其中電阻 R2 的取值范圍為 1~3KΩ，電容 C3容量為 10~30uF。由于單片機(jī) P0 口內(nèi)部沒有上拉電阻，需要外接 10K 的上拉電阻。這樣，就構(gòu)成單片機(jī)最小系統(tǒng)了。 圖 45 單片機(jī)最小系統(tǒng) 電路 音頻電路 音頻電路由放大器 LM38喇叭部分等組成，電路如下圖 35 所示。 圖 46 音頻電路原理圖 LM386是一種音頻集成功放，具有自身功耗低、電壓增益可調(diào)整、電源電壓范圍大、外接元件少和總諧波 失真小等優(yōu)點 ，這里我查找了相關(guān)資料，采用了其典型的連接方法，本科畢業(yè)論文 12 即電壓增益 20。程序上通過控制單片機(jī)端口輸出一個高低電位信號，經(jīng)過放大后輸出至喇叭，從而產(chǎn)生報警功能。滑動電阻起到限流作用，決定輸入信號的強(qiáng)弱。固定電阻和電容一起構(gòu)成一個濾波模塊，消除干擾 。 按鍵電路 在鍵盤接口設(shè)計上，可通過觸點式開關(guān)把機(jī)械上的通斷轉(zhuǎn)換成為電氣上的邏輯關(guān)系，在按鍵的按下或者釋放時，由于機(jī)械彈性作用，通常伴隨有一定的觸點抖動。消除抖動引起的誤判，有 2 方法，一種采用硬件電路，如采用 RC、雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器或者單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器等。但 會增加硬件成本及硬件電路的體積。另一種就是采用軟件延時消除抖動，其原理是當(dāng) CPU 檢測到有按鍵按下時，延時 10~20ms,再一次查詢確認(rèn)該鍵是否按下。 單片機(jī)與鍵盤連接的方式有 4 種：直接輸入方式、矩陣輸入方式、 A/D 輸入方式、譯碼器輸入擴(kuò)展方式。由于本設(shè)計就 4 個按鍵，單片機(jī) IO 也較多，采用直接輸入方式，即每個按鍵對應(yīng)一個 IO 口，用軟件延時消除抖動。 顯示電路 液晶 LCD1602 已很普遍