【正文】 課題研究背景及意義 ................................................ 1 課題設計內(nèi)容 ...................................................... 2 2 系統(tǒng)設計 ............................................................ 2 無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)原理 .............................................. 2 芯片簡介 .......................................................... 3 CC1100 .......................................................... 6 Keil C51 簡介 ...................................................... 9 3 硬件電路設計 ........................................................ 9 主機模塊 .......................................................... 9 CPU 控制無線模塊收發(fā)數(shù)據(jù) ........................................ 10 音符演奏及數(shù)碼顯示 ............................................. 11 遙控器模塊 ....................................................... 14 電源模塊 ......................................................... 14 4 軟件設計 ........................................................... 14 初始化配置 ....................................................... 14 收發(fā)數(shù)據(jù) ......................................................... 16 數(shù)碼管掃描 ....................................................... 17 PWM 功能 .......................................................... 17 無線遙控器 ....................................................... 18 5 編譯調(diào)試 ........................................................... 18 6 結(jié)束語 ............................................................. 22 致 謝 ............................................................. 23 參考文獻 ............................................................. 24 附 錄 ............................................................. 25 附錄 1 CC1100 的寄存器及其配置 ....................................... 25 附錄 2 程序清單 ...................................................... 28 附錄 3 系統(tǒng)硬件電路原理圖 ............................................ 39 附錄 4 系統(tǒng)硬件電路 PCB 圖 ............................................ 39 鹽城工學院本科生畢業(yè)設計說明 書 （ 2021） 1 單片機無線數(shù)據(jù)傳輸應用設計 1 概 述 課題 研究背景及意義 進入二十一世紀以來，微電子技術(shù)的 不斷進步極大地推 動了計算機和通信設備的普及和迅猛發(fā)展， PC 機、掌上電腦、移動電話、無繩電話等進入人們?nèi)粘５纳詈凸ぷ髦?，成為人們生活中不可缺少的一部分。雖然目前無線通信在整個數(shù)據(jù)通信中所占的比例還比較小，但它的發(fā)展勢頭很強。它與有線數(shù)傳相比主要有布線成本低、安裝簡便、便于移動的優(yōu)點，而且隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅猛發(fā)展和快速普及，越來越多的基于單片機為微控制器的的測控設備或智能儀器 儀表都需要通過互聯(lián)網(wǎng)上進行數(shù)據(jù)交換或傳輸數(shù)據(jù)。隨著無線技術(shù)的不斷發(fā)展和應用市場的不斷擴大，各種無線技術(shù)層出不窮，今天整個無線領(lǐng)域已經(jīng)呈現(xiàn)出了一派繁榮的景象。 課題設計內(nèi)容 本課題是單片機無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽迷O計。遙控器硬件由 CPU、無線模塊和按鍵組成，可以用來控制主板的 LED。無線通信與有線通信的用途完全相似，兩者的最大不同是在于傳輸數(shù)據(jù)的媒介不同。 無線通信系統(tǒng)主要包括兩部分 —— 發(fā)送端和接收端。在長距離的無線通信中，還 需要中繼站。其主要組成： ? 高速、流水線結(jié)構(gòu)的 8051 兼容的 CIP51 內(nèi)核（可達 25MIPS） ? 全速、非侵入式的在系統(tǒng)調(diào)試接口（片內(nèi)） ? 帶模擬多路器、真正 10位 200 ksps 的 25通道單端 /差分 ADC ? 高精度可編程的 25MHz 內(nèi)部振蕩器 ? 16KB 可在系統(tǒng)編程的 FLASH 存儲器 ? 1280 字節(jié)片內(nèi) RAM ? 硬件實現(xiàn)的 SMBus/ I2C、增強型 UART 和增強型 SPI串行接口 ? 4 個通用的 16位定時器 ? 具有 5 個捕捉 /比較模塊和看門狗定時器功能的可編程計數(shù)器 /定時器陣列（ PCA） ? 片內(nèi)上電復位、 VDD監(jiān)視器和溫度傳感器 ? 片內(nèi)電壓比較器 ? 29 個端口 I/O（容許 5V輸入） C8051F310 的 MCU 系統(tǒng)控制器的內(nèi)核是 CIP51微控制器。 CIP51 系統(tǒng)控制器的 存儲器組織與標準 8051 的存儲器組織類似。 C8051F310 有 29 個 I/O 引腳，每個引腳都可以被定義為通用 I/O（ GPIO）或模擬輸入。每個中斷源都可以被獨立地編程為兩個優(yōu)先級中的一個：低優(yōu)先級或高優(yōu)先級。 C8051F310 還有一個可編程計數(shù)器陣列 PCA0，提供增強的定時器功能。系統(tǒng)時鐘可以有外部振蕩器電路、內(nèi)部振蕩器或內(nèi)部振蕩器分頻后提供。 C8051F310 內(nèi)部有一個 10 位 SAR ADC 和一個 25 通道差分輸入多路選擇器。 A/D 轉(zhuǎn)換可以有 6 種啟動方式：軟件命令、定時器 0 溢出、定時器 1 溢出、定時器 2 溢出、定時器 3 溢出或外部轉(zhuǎn)換啟動信號。 SPIO 主要使用 3 個信號： 主輸出、從輸入（ MOSI）： 主出從入（ MOSI）信 號是主器件的輸出和從器件的輸入，用于從主器件到從器件的串行 數(shù)據(jù)傳輸。 主輸入、從輸出（ MISO）： 主入從出（ MISO）信號是從器件的輸出和主器件的輸入，用于從從器件到主器件的串行數(shù)據(jù)傳輸。當作為從器件工作在 3 線鹽城工學院本科生畢業(yè)設計說明 書 （ 2021） 5 方式時， MISO 由移位寄存器的 MSB 驅(qū)動。當處于主方式時，向 SPI0數(shù)據(jù)寄存器寫入一個字節(jié)時是寫發(fā)送緩沖器。作為從器件，由主器件控制串行時鐘，從 MOSI 移入數(shù)據(jù)，從 MISO 引腳移出數(shù)據(jù)。 SPIO接口主要完成兩部分工作：在 SPIO編程下單片機通過 SPIO接口配置 CC1100的工作參數(shù)，這主要是對配置寄存器進行設置；在發(fā)射模式下單片機按照 SPIO接口時序要求將發(fā)送數(shù)據(jù)寫 入 CC1100的發(fā)送寄存器中，接收模式下單片機將 CC1100接收到的數(shù)據(jù)通過 SPIO接口讀入單片機內(nèi)的接收緩沖區(qū) 。一個外部源可以通過將該引腳驅(qū)動為低電平（至少 10μs ）來啟動一次系統(tǒng)復位。對于 CMOS時鐘、電容或 RC 振蕩器配置，該引腳是外部時鐘輸入 數(shù)字 I/O 端口 數(shù)字 I/O 端口 數(shù)字 I/O 端口 數(shù)字 I/O 或模擬輸入 數(shù)字 I/O 或模擬輸入 數(shù)字 I/O 或模擬輸入 表 21 C8051F310引腳說明 CC1100 本設計采用以 CC1100 射頻芯片為節(jié)點的無線模塊來實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。這個調(diào)制解調(diào)器支持不同的調(diào)制格式，其數(shù)據(jù)傳輸率可達 500kbps。在一個典型系統(tǒng)里， CC1150 和一個微控制器及若干被動元件一起使用。匯編語言的機器代碼生成效率很高，但可讀性卻并不強，復雜一點的程序就更是難以讀懂。使用 C 語言肯定要使用到 C 編譯器，以便把寫好的 C 程序編 譯為機器碼，這樣單片機才能執(zhí)行編寫好的程序。與匯編語言相比， C語言在功能、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學易用。下面來簡單介紹一下 c51 與標準 C語言的區(qū)別： C51 編譯器除了支持 ANSI C(標準 C)的關(guān)鍵字外，還根據(jù) 805I 單片機自身的特占擴展 了如附錄 A所示的關(guān)鍵字。 3 硬件電路設計 主機模塊 主板硬件由 CPU、數(shù)碼管、無線模塊和蜂鳴器組成。 CPU 控制無線模塊收發(fā)數(shù)據(jù) CC1100 是一種單片的無線收發(fā)器，在一個無線通信系統(tǒng)里， CC1100 需要與一個作為控制器件的單片機及若干被動組件一起使用，才能成為一個最簡單的無線通信系統(tǒng)， C8051F310 單片機可通過 SPI 接口控制 CC1100 的主要操作參數(shù)，并同 CC1100進行通信， SPI 標準接口包括 MOSI、 MISO、 CLK。 CC1100內(nèi)部有大量寄存器需要用 CPU進行操作和配置，這樣 CC1100模塊才能進行正常的收發(fā)。如果想要用中斷處理收發(fā)數(shù)據(jù)或是想做無線喚醒的話，這個引腳也必須接在 CPU的外部中斷引腳上。因當 CSn為高時為可選的一般輸出腳，則可在軟件程序中設 CSn為高電平，將這個引腳連到 C8051F310的任意引腳上。 鹽城工學院本科生畢業(yè)設計說明 書 （ 2021） 11 R1 是偏阻器，用來設置一個精確的偏電流。附加外部元件能用來改進特殊應用中的性能能量供給 必須在靠近供給引腳處恰當?shù)赝笋?。由此可知，蜂鳴器的控制與 LED 的控制對單片機而言是沒有區(qū)別的。 單片機無線數(shù)據(jù)傳輸應用設計 12 圖 33 蜂鳴器電路 演奏音符的同時，同時數(shù)碼管也要顯示相應數(shù)字。 LED 內(nèi)部的所有發(fā)光二極管有共陰極接法和共陽極接法兩種：一種是將 LED 內(nèi)部所有二極管陽極接在一起并通過 引腳引出，將每一個發(fā)光二極管的另一端分別引出到對應的引腳，稱之為共陽極 LED 顯示器。電阻取值越小，電流大， LED 會更亮，但要注意長時間過熱使用會燒壞 LED。 鹽城工學院本科生畢業(yè)設計說明 書 （ 2021） 13 在本次設計中運用 74HC595 驅(qū)動數(shù)碼管。當 SCLK 從低到高電平跳變時 , 串行輸入數(shù)據(jù) (SDA) 移入寄存器 。用 74HC595 芯片驅(qū)動LED 有以下特點 : 速度較快 , 功耗較小 , LED 的數(shù)目多少隨意 , 既可以控制共陰極的 LED 顯示器 , 也可以控制共陽極的 LED 顯示器 , 可以軟件控制 LED 的亮度 , 還可以在必要的時候關(guān)斷顯示 (數(shù)據(jù)保留 ) , 以減小功耗 , 并可隨時喚醒顯示。遙控器采用電池供電。硬件區(qū)抖動就是用部分電路對抖動部分加之處理，軟件去抖動不是去掉抖動，是避開抖動部分的時間，等按鍵穩(wěn)定了再對其處理。 圖 36電源原理圖 其中我們采用 78L05 穩(wěn)壓塊來產(chǎn)生穩(wěn)定的 5V 電壓，電容的主要作用是濾除直流電壓中的交流信號，使得電路能夠輸出穩(wěn)定的直流電壓。在整個初始化定義中，可以 看到幾乎包含了 CC1100 所有的寄存器，這樣做的目的是方便對 CC1100 寄存器進行配置，并實現(xiàn)需要的功能。 完成對整個程序的初始化定義，接下來就是對 CC1100 進行初始化配置。 程序執(zhí)行過程：首先程序使 Csn 位為低，使 CC1100 進入 SPI 模式，然后調(diào)用 SPI輸入函數(shù)往 CC1100 中寫入地址信息，之后再次調(diào)用 SPI 寫操作往該地址的寄存器中寫入數(shù) 據(jù)，最后使 Csn 位為高，關(guān)閉 CC1100 的 SPI模式。 while (GDO0)。i++) {SpiReadWrite(buffer[i])。 程序清單 42： void halSpiStrobe(unsigned char strobe) ｛ CS_CC1100 = 0。 ｝ CC1100 內(nèi)部的寄存器上電后需進行初始化或是重新配置，如設定其頻率、通道、通信速率等。 CC1100 具有 3種狀態(tài)： I