【正文】 無(wú)線電子菜譜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)附程畢業(yè)論文目 錄第一章 緒論 1 1 論文的研究目標(biāo) 2 3第二章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)與論證 4 系統(tǒng)組成 4 總體方案設(shè)計(jì) 5 主控制器模塊 5 無(wú)線模塊 6 彩屏模塊 8 SD卡模塊 8 觸屏模塊 9 語(yǔ)音模塊 11 電源模塊 11 傳感器模塊 12 串口模塊 12第三章 硬件電路設(shè)計(jì) 14 14 15 TFT彩屏模塊 16 SD卡模塊 17 觸屏模塊 19 語(yǔ)音模塊 19 電源模塊 21 溫度傳感器模塊 21 串口模塊 22第四章 軟件的設(shè)計(jì) 23 開發(fā)調(diào)試工具 23 軟件調(diào)試 24 移動(dòng)端硬件驅(qū)動(dòng)程序 24 接收端硬件驅(qū)動(dòng)程序 30 上位機(jī)程序設(shè)計(jì) 33第五章 系統(tǒng)調(diào)試分析 42 移動(dòng)端調(diào)試 42 移動(dòng)端和接收端聯(lián)調(diào) 43 系統(tǒng)聯(lián)調(diào) 44第六章 總結(jié) 45參考文獻(xiàn) 46致 謝 47附 錄 48II第一章 緒論 人類利用無(wú)線通信技術(shù)的歷史已經(jīng)有幾千年了，古時(shí)候用的烽火臺(tái)就是最原始的無(wú)線通信。但這時(shí)候的無(wú)線通信技術(shù)還只是處于萌芽階段，只有到19世紀(jì)末意大利人馬可尼發(fā)明無(wú)線電報(bào)開始，人類才真正開始大規(guī)模地利用無(wú)線通信技術(shù)。近數(shù)十年來隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和電子技術(shù)的發(fā)展，無(wú)線通信技術(shù)更是以日新月異的速度向前發(fā)展，它也成為了通信領(lǐng)域的一個(gè)重點(diǎn)研究方向?，F(xiàn)代的無(wú)線通信技術(shù)是建立在硬件電路的基礎(chǔ)上的，因此微電子技術(shù)的發(fā)展直接制約著無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展[1]?；仡櫦呻娐返陌l(fā)展歷程，我們可以看到，自發(fā)明集成電路至今40多年以來，“從電路集成到系統(tǒng)集成”這句話是對(duì)IC產(chǎn)品從SSI（Small Scale Integrated小規(guī)模集成電路）到VLSI（Very Large Scale Integrated超大規(guī)模集成電路）今天特大規(guī)模集成電路發(fā)展過程的最好總結(jié)，即整個(gè)集成電路產(chǎn)品的發(fā)展經(jīng)歷了從傳統(tǒng)的板上系統(tǒng)（Systemonboard）到片上系統(tǒng)（Systemonachip）的過程。隨著集程度的提高，芯片的體積能耗和成本在逐步降低，這也使電子產(chǎn)品向便攜式和低端市場(chǎng)發(fā)展。雖然微電子的發(fā)展歷史已經(jīng)有半個(gè)多世紀(jì)，但是射頻芯片的發(fā)展卻是近幾年的事。從分類上來看，射頻芯片屬于專用集成電路。目前國(guó)際上有很多專門生產(chǎn)射頻芯片的公司，例如Nordic公司和Chipcon公司。這些芯片一般工作在免費(fèi)頻段，采用專門的調(diào)制解調(diào)技術(shù)，內(nèi)部集成了很多電路。像Nordic公司的NRF24L01芯片，它是單片射頻收發(fā)芯片，～ ISM（Industry Science medicine，工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)學(xué)）頻段，芯片內(nèi)置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器和調(diào)制器等功能模塊，輸出功率和通信頻道可通過程序進(jìn)行配置。芯片能耗非常低，以5dBm的功率發(fā)射時(shí)，接收時(shí)工作電流只有18mA，多種低功率工作模式，節(jié)能設(shè)計(jì)更方便。其DuoCeiverTM技術(shù)使NRF24L01可以使用同一天線，同時(shí)接收兩個(gè)不同頻道的數(shù)據(jù)。無(wú)線電子點(diǎn)菜系統(tǒng)是無(wú)線通信技術(shù)的一個(gè)典型應(yīng)用。近些年來，隨著人民生活水平的提高和生活方式的轉(zhuǎn)變，餐飲業(yè)具有巨大的投資市場(chǎng)，被稱為中國(guó)的黃金產(chǎn)業(yè)。人們?cè)谙M(fèi)過程中對(duì)服務(wù)質(zhì)量也有了更高的要求，同時(shí)餐館之間的激烈競(jìng)爭(zhēng)也促進(jìn)了無(wú)線通信技術(shù)在餐飲業(yè)中的應(yīng)用。 RF無(wú)線通信技術(shù)、嵌入式移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)以及觸摸屏的掌上電腦技術(shù), 實(shí)現(xiàn)餐飲業(yè)的全面數(shù)字化，降低人工費(fèi)用。無(wú)線電子點(diǎn)菜系統(tǒng)能夠進(jìn)一步提高餐廳檔次、提高點(diǎn)菜效率，而且具有結(jié)賬、更新菜單、實(shí)時(shí)查看賬單等功能，而且能夠有效避免人為錯(cuò)誤、避免跑單、實(shí)時(shí)查看餐館收益情況、提供查看諸如今日流水賬這樣的統(tǒng)計(jì)信息等，用數(shù)字化的手段來革新餐飲行業(yè),優(yōu)化業(yè)務(wù)流程,為每位客戶提供更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)，實(shí)現(xiàn)餐廳利潤(rùn)的最大化而又不至于成本過高,是餐飲行業(yè)向信息化發(fā)展的一個(gè)重要標(biāo)志。由于使用無(wú)線技術(shù)通信，可以不用進(jìn)行復(fù)雜的布線，這也大大降低了餐館的建設(shè)成本，減少了對(duì)線路維護(hù)的開支。同時(shí)，無(wú)線通信設(shè)備的可移動(dòng)性也使服務(wù)員隨時(shí)可以和吧臺(tái)聯(lián)系。無(wú)線電子點(diǎn)菜系統(tǒng)基于目前很熱門的技術(shù)——嵌入式技術(shù)，依托一定的硬件平臺(tái)。因此微電子技術(shù)的發(fā)展對(duì)系統(tǒng)的性能有很大的限制，目前微電子技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到了SOC（System On Chip，片上系統(tǒng)），集成度獲得了極大的提高。同時(shí)，芯片的價(jià)格，體積和能耗進(jìn)一步降低，這些都使無(wú)線電子點(diǎn)菜系統(tǒng)向移動(dòng)化和大眾化方向發(fā)展?？梢哉f，隨著微電子技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，無(wú)線電子點(diǎn)菜系統(tǒng)仍然有很大的發(fā)展空間。 論文的研究目標(biāo)本設(shè)計(jì)主要是用一個(gè)主控模塊控制外圍器件使其協(xié)調(diào)工作，初步?jīng)Q定通信方式使用單工方式，先實(shí)現(xiàn)其功能，即多個(gè)從機(jī)只向主機(jī)發(fā)送信息，主機(jī)不返回任何信息，可制作一個(gè)移動(dòng)端（發(fā)送端）和一個(gè)連接電腦的接收端進(jìn)行演示。其基本功能應(yīng)包括：，利用觸屏等方式輸入信息；，例如進(jìn)行語(yǔ)音提示；，連接電腦的接收端實(shí)時(shí)接收數(shù)據(jù)并解碼，再利用串口傳送至電腦，電腦上位機(jī)程序最后進(jìn)行相應(yīng)操作，完成一次點(diǎn)單過程。對(duì)于后期產(chǎn)品功能初步實(shí)現(xiàn)后再考慮半雙工的通信方式，進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)更新、點(diǎn)單反饋等更人性化的操作。本文是對(duì)無(wú)線電子菜譜系統(tǒng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了深入的研究，全文共分為六章，各章節(jié)的內(nèi)容安排如下：第一章 介紹了本文的研究背景和各章節(jié)的內(nèi)容安排情況。第二章 先介紹了系統(tǒng)總體的結(jié)構(gòu)，然后對(duì)每個(gè)模塊進(jìn)行選型，并對(duì)所使用的芯片及其原理進(jìn)行了簡(jiǎn)單的介紹。第三章 在上一章的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)自己的硬件平臺(tái)，詳細(xì)介紹了平臺(tái)的組成部分和各自的功能。第四章 主要介紹了移動(dòng)端、接收端和上位機(jī)軟件方面的設(shè)計(jì)。第五章 主要講了系統(tǒng)調(diào)試方面所遇到的問題，以及對(duì)該問題的分析，并提出解決方法。第六章 對(duì)本次的設(shè)計(jì)工作進(jìn)行了總結(jié)，包括所思、所感、所得等。100第二章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)與論證 系統(tǒng)組成根據(jù)對(duì)本系統(tǒng)基本功能的理解，可為本系統(tǒng)描述一個(gè)基本的使用場(chǎng)景：當(dāng)顧客從服務(wù)員手中拿到點(diǎn)菜系統(tǒng)的移動(dòng)端，餐桌號(hào)已由服務(wù)員預(yù)先輸入，此時(shí)播放語(yǔ)音提示，提示顧客直接進(jìn)入點(diǎn)菜流程，通過觸屏顧客一頁(yè)頁(yè)的瀏覽菜單，包括價(jià)格、菜品圖片、菜系等信息，最終顧客完成點(diǎn)菜，單擊“完成”按鈕，進(jìn)行語(yǔ)音溫馨提醒“美味稍等片刻”，此后屏幕再次恢復(fù)到點(diǎn)菜前的界面，為豐富顯示內(nèi)容，此時(shí)顯示實(shí)時(shí)溫度，直到觸發(fā)進(jìn)入下次點(diǎn)菜流程。而電腦端在接收到經(jīng)過解碼的數(shù)據(jù)之后，信息入庫(kù)，提示有一新菜單。這樣移動(dòng)端與接收端就協(xié)調(diào)工作最終完成一次點(diǎn)單流程。由此可確定本系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)應(yīng)包括語(yǔ)音模塊、TFT彩屏模塊、主控模塊、存儲(chǔ)模塊、無(wú)線模塊、觸屏模塊、溫度檢測(cè)模塊。其移動(dòng)端系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖21，連接電腦的接收端系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖22。圖21 移動(dòng)端系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖圖22 接收端系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖在確定了系統(tǒng)的總體方案后再逐步細(xì)化到各模塊，下面將對(duì)系統(tǒng)各模塊的選型及其簡(jiǎn)介進(jìn)行闡述。 總體方案設(shè)計(jì) 主控制器模塊在開題報(bào)告中曾經(jīng)將主控制器選為MC9S12XS128，這是基于對(duì)彩屏刷屏速率的考慮，在之后的硬件調(diào)試中發(fā)現(xiàn)將MC9S12XS128的時(shí)鐘頻率設(shè)置在32MHZ時(shí)，彩屏的刷屏速度并不是很快，平均顯示一張320*240的圖片會(huì)用38S左右的時(shí)間，而將頻率設(shè)為40MHZ以后，刷屏速率也并無(wú)明顯增快。而且因?yàn)闆]有用文件系統(tǒng)，存儲(chǔ)的圖片是用Image2Lcd軟件轉(zhuǎn)換成bin的二進(jìn)制格式，存儲(chǔ)在1G內(nèi)存卡里面，當(dāng)頻率設(shè)置過高后讀SD卡會(huì)變得不穩(wěn)定，錯(cuò)誤率過高。故處于上述考慮，將主控制模塊換為STC90C516RD+，該款單片機(jī)最高可使用40M晶振[2]，經(jīng)測(cè)試使用24M晶振后，單片機(jī)平均顯示一張320*240的圖片會(huì)用46S左右的時(shí)間，而讀內(nèi)存卡時(shí)由于速度不是很快，傳輸誤碼率也幾乎可以忽略。故將主控模塊選為該款單片機(jī)。下面將對(duì)STC90C516RD+單片機(jī)進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。 STC90C516RD+系列單片機(jī)是宏晶科技推出的新一代增強(qiáng)型單片機(jī)，具有抗干擾/高速/低功耗的的特點(diǎn)，完全兼容傳統(tǒng)的8051單片機(jī)指令碼，可任意選擇12時(shí)鐘/機(jī)器周期或6時(shí)鐘/機(jī)器周期，內(nèi)部整合了MAX810專用復(fù)位電路，時(shí)鐘頻率在12MHz以下時(shí)，復(fù)位腳可直接接地[3]。1. 工作電壓：（5V 單片機(jī)）/（3V 單片機(jī))；2. 工作頻率范圍：040 MHz；3. 用戶所使用的應(yīng)用程序空間最大可達(dá)61KB；4. 內(nèi)部集成了1280字節(jié)/512/256字節(jié)RAM；5. 通用I/O 口（35/39 個(gè)），復(fù)位后為：P1/P2/P3是準(zhǔn)雙向口/弱上拉，P0口是開漏輸出，作為總線擴(kuò)展用時(shí)，不用加上拉電阻，作為I/O 口用時(shí)，需加上拉電阻；6. ISP（在系統(tǒng)可編程）/IAP（在應(yīng)用可編程），無(wú)需專用編程器/仿真器，可通過串口（）直接下載用戶程序，8K 程序35 秒即可完成一片；　7. 電可擦除只讀存儲(chǔ)功能；8. 內(nèi)部集成看門狗功能；9. 片上集成MAX810專用復(fù)位電路，外部晶體12M 以下時(shí)，可不接外部復(fù)位電路，此時(shí)復(fù)位腳可直接接地；10. 共2 個(gè)16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，其中定時(shí)器0 還可以當(dāng)成2個(gè)8位定時(shí)器使用；11. 2路外部中斷，采用下降沿中斷或低電平方式觸發(fā)中斷，低功耗模式可由外部中斷以低電平方式觸發(fā)中斷喚醒；12. 1路通用異步串行口(UART)，方便傳輸數(shù)據(jù)；13. 工作溫度范圍：075℃/40 +85℃；14. 封裝：LQFP44，PDIP40，PLCC44； 無(wú)線模塊根據(jù)要求無(wú)線模塊選用NRF24L01。現(xiàn)在國(guó)際上有很多公司生產(chǎn)基于ZigBee協(xié)議的芯片，芯片的集成度也越來越高。例如挪威的Nordic公司的NRF系列芯片，還有Chipcon公司的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸芯片等。各個(gè)公司的芯片原理基本相同，編程規(guī)則大致相同，因此選用Nordic公司的NRF24L01也能符合系統(tǒng)要求，下面詳細(xì)敘述一下NRF24L01芯片的特點(diǎn)[4]。，能夠在世界各地的無(wú)線領(lǐng)域暢通無(wú)阻。NRF24L01支持多點(diǎn)間的通信，比藍(lán)牙具有更高的傳輸速度，最高傳輸速率可超過1Mbit/s。它采用SOC方法設(shè)計(jì)，僅需焊接少量的外圍元件便可組成一塊射頻收發(fā)電路。與藍(lán)牙不同的是，NRF24L01沒有復(fù)雜的通信協(xié)議，方便用戶使用，相同產(chǎn)品之間可以自由通信而無(wú)限制。更重要的是，NRF24L01的價(jià)格比藍(lán)牙產(chǎn)品更低。因此NRF24L01是業(yè)界體積最小、功耗最少、外圍元件最少的低成本射頻系統(tǒng)級(jí)芯片。 NRF24L01的內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理及外部組成框圖如圖23所示，它主要有四種工作方式。 圖23 NRF24L01的內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理及外部組成框圖待機(jī)模式1在保證快速啟動(dòng)的同時(shí)降低了系統(tǒng)平均消耗電流。晶振在待機(jī)模式1下正常工作。而在待機(jī)模式2下僅有部分時(shí)鐘緩沖器處在工作狀態(tài)。當(dāng)發(fā)送端發(fā)送輸入輸出寄存器為空并且引腳CE電平為高時(shí)進(jìn)入待機(jī)模式2。在處于待機(jī)模式時(shí)，芯片保持寄存器配置字內(nèi)容不變。工作在掉電模式時(shí)，關(guān)閉NRF24L01各功能，保持著最小的電流消耗。而在進(jìn)入掉電模式后，NRF24L01停止工作，但保持寄存器內(nèi)容不變。掉電模式由寄存器中PWR_UP位來控制。 TM模式 ShockBurst TM模式下該芯片可以與成本較低的低速M(fèi)CU連接。高速信號(hào)處理是由芯片本部的射頻協(xié)議處理的，NRF24L01提供SPI接口，數(shù)據(jù)率取決于單片機(jī)本身接口速度。在ShockBurst TM模式下，當(dāng)接收到有效的地址和數(shù)據(jù)時(shí)IRQ通知MCU，隨后MCU可將接收到的數(shù)據(jù)從RX FIFO寄存器中讀出。 TM模式 增強(qiáng)型ShockBurst TM模式使得執(zhí)行雙向鏈接協(xié)議更為容易、有效。一般典型的雙向鏈接為：發(fā)送方要求接收端設(shè)備在接收到數(shù)據(jù)后應(yīng)有應(yīng)答信號(hào)，以便于發(fā)送方檢測(cè)是否有數(shù)據(jù)丟失的情況，一旦發(fā)生數(shù)據(jù)丟失，則重新發(fā)送丟失的數(shù)據(jù)將該數(shù)據(jù)恢復(fù)。在增強(qiáng)型的ShockBurst TM模式下可以同時(shí)控制應(yīng)答及重發(fā)功能而無(wú)需增加MCU的工作量。 彩屏模塊彩屏顯示較傳統(tǒng)12864等顯示屏顯示更為美觀，可顯示內(nèi)容更多。但彩屏相對(duì)價(jià)格也比較昂貴，本次設(shè)計(jì)采用分辨率為320*，控制器為ILI9325，并行端口操作，一般市場(chǎng)價(jià)格為50左右，相對(duì)低廉。且彩屏上附觸屏，減少外圍電路設(shè)計(jì)。ILI9325有一個(gè)16位的變址寄存器（IR）、一個(gè)18位的寫數(shù)據(jù)寄存器（WDR）和一個(gè)18位的讀數(shù)據(jù)寄存器（RDR）。變址寄存器（IR）存儲(chǔ)來自控制寄存器和內(nèi)部的GRAM的指令信息。寫數(shù)據(jù)寄存器（WDR）用來暫時(shí)存儲(chǔ)要被寫到控制寄存器和內(nèi)部的GRAM中的數(shù)據(jù)。讀數(shù)據(jù)寄存器（RDR）用來暫時(shí)存儲(chǔ)從GRAM中讀取的數(shù)據(jù)。MCU中要寫入內(nèi)部GRAM的數(shù)據(jù)，首先寫到寫數(shù)據(jù)寄存器（WDR），然后再由內(nèi)部操作自動(dòng)的寫到內(nèi)部的GRAM 中。要讀取的數(shù)據(jù)要通過讀數(shù)據(jù)寄存器（RDR）從內(nèi)部GRAM中讀取，因此無(wú)效數(shù)據(jù)將被讀到數(shù)據(jù)總線，當(dāng)ILI9325從內(nèi)部的GRAM中讀取第一個(gè)數(shù)據(jù)的時(shí)候，有效數(shù)據(jù)將在ILI9325進(jìn)行了第二次讀操作之后被讀出。 寄存器在寄存器執(zhí)行時(shí)間中會(huì)被連續(xù)的寫入數(shù)據(jù)，除非在振蕩器起震的時(shí)候執(zhí)行了0個(gè)循環(huán)。 ILI9325根據(jù)外部的接口和顯示移動(dòng)圖片的情況提供了并行的RGB接口和VSYNC(垂直同步)接口。當(dāng)RGB接口被選擇，顯示操作將和外部提供的信號(hào)VSYNC，HSYNC，DOTCLK同步。在RGB模式，根據(jù)使能信號(hào)的極性（高電平或是低電平）數(shù)據(jù)（DB170）將會(huì)根據(jù)這些同步信號(hào)被寫入來阻止在數(shù)據(jù)更新的時(shí)候屏幕閃爍。 SD卡模塊單片機(jī)內(nèi)部?jī)H有最大61KB的ROM，而一副50*50像素的圖片就有5000字節(jié)的數(shù)據(jù)，所以依靠單片機(jī)內(nèi)部的存儲(chǔ)容量是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，所以本次設(shè)計(jì)為了存儲(chǔ)顯示的圖片，采用內(nèi)存卡存儲(chǔ)。并且由于后期產(chǎn)品升級(jí)的時(shí)候會(huì)有菜單信息等需要更新，所以將關(guān)于菜單方面的圖片等存儲(chǔ)在內(nèi)存卡里面也，這樣便于更換里面的文件。 SD卡的技術(shù)是基于MultiMedia卡（MMC）格式上發(fā)展而來，大小和MMC差不多，尺寸為32mm*24mm*。SD卡與MMC卡保持著向上兼容。SD卡內(nèi)部主要分兩部分：存儲(chǔ)介質(zhì)（nandflas