【正文】 因此很多開(kāi)發(fā) 51應(yīng)用的工程師或普通的單片機(jī)愛(ài)好者，都對(duì)它十分喜歡。 圖 無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊的 PCB 圖 基 于單片機(jī)的無(wú)線點(diǎn)菜系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn) 第四章 硬件驅(qū)動(dòng)程序和串行口調(diào)試工具 第 四 章 硬件 驅(qū)動(dòng)程序和串行口調(diào)試工具 驅(qū)動(dòng)程序是硬件電路的靈魂，沒(méi)有驅(qū)動(dòng)的硬件電路是沒(méi)有用的。 此外，應(yīng)該 合理布置電源濾波 /退耦電容：一般在原理圖中僅畫出若干電源濾波 /退耦電容，但未指出它們各自應(yīng)接于何處。但由于自動(dòng)布線效果不好 ，往往實(shí)際的效果和預(yù)計(jì)效果有很大的出入，因此全部使用 交互式布線 。由于 PCB 圖上使用元件的封裝來(lái)代表元件，因此原理圖中各個(gè)元件都要明確有自己的封裝方式，而且在繪制 PCB 圖前必須將用到的封裝所 在的封裝庫(kù)調(diào)入。 基 于單片機(jī)的無(wú)線點(diǎn)菜系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn) 第三章 硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn) (4)6 腳， 12腳為接地腳 ,需要和 開(kāi)發(fā) 板的邏輯地連接起來(lái) 。 無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊 通過(guò)仔細(xì)的比較和反復(fù)的論證后，決定選用 nRF2401 芯片作為無(wú)線模塊的核心芯片，它的特點(diǎn)在上一章已經(jīng)詳細(xì)論述，這里不在重復(fù)。 1%以內(nèi)。每個(gè)數(shù)碼管的使能端 1,2,3,4 分別接到 ,，當(dāng)向使能端輸出低電平，即可選通相對(duì)應(yīng)的數(shù)碼管。RS 232 通訊接口是一種標(biāo)準(zhǔn)化的串行接口，是為 DTE(Data Terminal Equipment，遠(yuǎn)程通訊連接終端設(shè)備 )與 DCE (Data Communication Equipment， 數(shù)據(jù)通訊設(shè)備 )定義的物理接口。 單片機(jī)最小系統(tǒng)組成電路 單片機(jī)最小系統(tǒng)是整個(gè)開(kāi)發(fā)板的控制中心，它由電源，復(fù)位電路和晶振組成。 2. 工作電壓： （ 5V 單片機(jī)） 3. 工作頻率范圍： 0 40 MHz，相當(dāng)于普通 8051 的 0～ 可達(dá) 48MHz. 4. 用戶應(yīng)用程序空間 32K 字節(jié) 5. 片上集成 1280 字節(jié) RAM（ Random Access Memory，隨機(jī)存儲(chǔ)器）。若 CE 置低電平，則開(kāi)始接收新的序列 nRF2401 的 DuoCeiver TM[17]技術(shù)為 RX 提供了兩個(gè)獨(dú)立的專用數(shù)字信道，因而可代替兩個(gè)單獨(dú)接收系統(tǒng)。 nRF2401 的主要特點(diǎn)如下： 圖 nRF2401 的引腳排列 (1)采用全球開(kāi)放的 頻段，有 125 個(gè)頻道，可滿足多頻及跳頻需要； (2)速率（ 1Mbps） 高于藍(lán)牙，且具有高數(shù)據(jù)吞吐量； (3)外圍元件極少，只需一個(gè)晶振和一個(gè)電阻即可設(shè)計(jì)射頻電路； (4)發(fā)射功率和工作頻率等所有工作參數(shù)可全部通過(guò)軟件設(shè)置； (5)電源電壓范圍為 ，功耗很低； (6)電流消耗很小， 5dBm 輸出功率時(shí)的典型峰值電流為 ； 基 于單片機(jī)的無(wú)線點(diǎn)菜系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn) 第二章 ZigBee 協(xié)議分析 (7)芯片內(nèi)部設(shè)置有專門的穩(wěn)壓電路，因此，使用任何電源（包括 DC/DC 開(kāi)關(guān)電源）均有很好的通信效果； (8)每個(gè)芯片均可以通過(guò)軟件設(shè)置最多 40bit 地址，而且只有收到本機(jī)地址時(shí)才會(huì)輸出數(shù)據(jù)（提供一個(gè)中斷指示），同時(shí)編程也很方 便； (9)內(nèi)置 CRC（ Cyclic Redundancy Check， 循環(huán) 冗余 校驗(yàn)） [16]糾檢錯(cuò)硬件電路和協(xié)議； (10)采用 DuoCever 技術(shù)可同時(shí)接收兩個(gè) nRF2401 的數(shù)據(jù)； (11)采用 ShockBurst TM 模式時(shí)，能適用極低的功率操作和不嚴(yán)格的 MCU 執(zhí)行； (12)無(wú)需外部 SAW 濾波器； (13)可 100%RF 檢驗(yàn)； (14)帶有數(shù)據(jù)時(shí)隙和數(shù)據(jù)時(shí)鐘恢復(fù)功能。 nRF2401 無(wú)線收發(fā)一體芯片和藍(lán)牙一樣，都工作在 自由頻段，能夠在全球無(wú)線市場(chǎng)暢通無(wú)阻。 在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，利用傳感器和 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)可以準(zhǔn) 確，實(shí)時(shí)地監(jiān)測(cè)每個(gè)病人的血壓，心率等情況，有助于醫(yī)生快速做出反應(yīng)，減少醫(yī)生查房的工作負(fù)擔(dān)，特別適合對(duì)重，危病患者的監(jiān)護(hù)和治療。 ZigBee 協(xié)議存在的問(wèn)題及解決方案 標(biāo)準(zhǔn)是 ZigBee 協(xié)議的基礎(chǔ)，用它實(shí)現(xiàn)無(wú)線數(shù)據(jù)采集，主要有以下兩個(gè)問(wèn)題： 網(wǎng)絡(luò)內(nèi)傳感器節(jié)點(diǎn)時(shí)鐘需要同步，監(jiān)控系統(tǒng)的多傳感器信息融合時(shí)，上位機(jī)需要知道每個(gè)原始數(shù)據(jù)是何時(shí)采集的，采樣的觸發(fā)要求每個(gè)節(jié)點(diǎn)有統(tǒng)一的時(shí)鐘； 基 于單片機(jī)的無(wú)線點(diǎn)菜系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn) 第二章 ZigBee 協(xié)議分析 其通信速率較低，而且又受到接口通信速率的限制，加之受糾錯(cuò)碼的編碼效率影響，真正的數(shù)據(jù)發(fā)送量是很低的。設(shè)備搜索時(shí)延典型值為 30ms，休眠激活時(shí)延典型值為 15ms，活動(dòng)設(shè)備信道接入時(shí)延為 15ms。只 有通過(guò)第三級(jí)認(rèn)證的產(chǎn)品才能貼上 ZigBee 的標(biāo)志，所以也稱作 ZigBee 注冊(cè)認(rèn)證。在組網(wǎng)方式上， ZigBee 主要采用圖 所示三種方式：其一為主從方式的星形網(wǎng)，它需要一個(gè)能負(fù)責(zé)管理和維護(hù)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器和不超過(guò) 65535 個(gè)從屬裝置；其二為簇形網(wǎng)絡(luò)，它可以是擴(kuò)展的單個(gè)星形網(wǎng)或者互連多個(gè)星形網(wǎng)絡(luò)；其三為網(wǎng)狀網(wǎng)（ Mesh） ， 網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè) FFD 可以做為路由器，根據(jù) AD hoc 網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議來(lái)優(yōu)化最基 于單片機(jī)的無(wú)線點(diǎn)菜系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn) 第二章 ZigBee 協(xié)議分析 短和最可靠的路徑。各個(gè)頻段可以使用的信道數(shù)目分別為 1 1，各自提供 250kbps,40kbps 和 20kbps 的傳輸速率，其傳輸范圍介于 10100米之間。 ZigBee 協(xié)議框架 ZigBee 協(xié)議同其它網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議一樣采用分層模型，對(duì)各層所實(shí)現(xiàn)的功能和在整個(gè)協(xié)議中起的作用做了明確的劃分 ， 每層為其上層提供一組特定的服務(wù) 。 基 于單片機(jī)的無(wú)線點(diǎn)菜系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn) 第二章 ZigBee 協(xié)議分析 第 二 章 ZigBee[7]協(xié)議分析 ZigBee 協(xié)議是一種近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。并詳細(xì)分析了平臺(tái)組成部分各自的原理以及功能。 （ 3） 主要是用來(lái)取代點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的線纜連接； （ 4） 新的通訊標(biāo)準(zhǔn)兼容早期的通訊標(biāo)準(zhǔn)； （ 5） 小角度（ 30度錐角以內(nèi)），短距離，點(diǎn) 對(duì)點(diǎn)直線數(shù)據(jù)傳輸，保密性強(qiáng) （ 6） 傳輸速率較高，目前 4M 速率的 FIR 技術(shù)已被廣泛使用， 16M 速率的 VFIR技術(shù)已經(jīng)發(fā)布。這一名稱來(lái)源與蜜蜂的八字舞。 它 主要應(yīng)用在小范圍、高分辨率、能夠穿透墻壁、地面和身體的雷達(dá)和圖像系統(tǒng)中。藍(lán)牙的數(shù)據(jù)傳輸 速率也不是很高，在當(dāng)今這個(gè)數(shù)據(jù)爆炸的時(shí)代，可能也會(huì)對(duì)它的發(fā)展有所影響。 目前藍(lán)牙技術(shù)開(kāi)發(fā)重點(diǎn)是多點(diǎn)連接，即一臺(tái)設(shè)備同時(shí)與多臺(tái)（最多 7 臺(tái)）其他設(shè)備互聯(lián)。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。 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。這也使電子產(chǎn)品向便攜式和低端市場(chǎng)發(fā)展。文中 還 附帶簡(jiǎn)要介紹了用到的軟件開(kāi)發(fā)工具 ， 以及 系統(tǒng)的局限性，并提出了進(jìn)一步改進(jìn)的方案。 作者簽名： 日期： 年 月 日 導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日 注 意 事 項(xiàng) （論文）的內(nèi)容包括： 1）封面（按教務(wù)處制定的 標(biāo)準(zhǔn)封面格式制作） 2）原創(chuàng)性聲明 3）中文摘要（ 300 字左右）、關(guān)鍵詞 4）外文摘要、關(guān)鍵詞 5）目次頁(yè)（附件不統(tǒng)一編入） 6）論文主體部分：引言（或緒論）、正文、結(jié)論 7）參考文獻(xiàn) 8）致謝 9）附錄（對(duì)論文支持必要時(shí)） ：理工類設(shè)計(jì)（論文）正文字?jǐn)?shù)不少于 1萬(wàn)字（不包括圖紙、程序清單等），文科類論文正文字?jǐn)?shù)不少于 萬(wàn)字。 作 者 簽 名： 日 期： 指導(dǎo)教師簽名： 日 期： 使用授權(quán)說(shuō)明 本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)校可以采用影印、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的 前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉?jī)?nèi)容。 作者簽名： 日 期： 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。 ：任務(wù)書、開(kāi)題報(bào)告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）。 為了使整個(gè)系統(tǒng)更加完善 ， 用 Visual C++ 開(kāi)發(fā)了串口調(diào)試工具 ，實(shí)現(xiàn)了將遠(yuǎn)端數(shù)據(jù)發(fā)送到計(jì)算機(jī) 并 以窗口形式 顯示和通過(guò)窗口 形式 將 計(jì)算機(jī)上的 數(shù)據(jù)發(fā)送到遠(yuǎn)端 ，基本達(dá)到了論文的設(shè)計(jì)目的。 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 [1][2]的發(fā)展卻是近幾年的事。近些年來(lái)， 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)。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。今后，市場(chǎng)上不同廠商的藍(lán)牙產(chǎn)品將能夠相互聯(lián)通。目前主流的軟件和硬件平臺(tái)均不提供對(duì)藍(lán)牙的支持，這使得藍(lán)牙的應(yīng)用成本升高，普及難度增大。除 此之外，這種新技術(shù)適用于對(duì)速率要求非常高（大于 100Mb／ s）的 LAN(Local Area Net，本地局域網(wǎng) )s或 PANs。其特點(diǎn)是近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本。 雖然目前 IRDA 技術(shù)發(fā)展已經(jīng)很成熟，而且有很多公司的產(chǎn)品都支持這種協(xié)議。 ，開(kāi)發(fā)出了相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序。 在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范制訂方面，主要是 IEEE 小組與 ZigBee Alliance 兩個(gè)組織，兩者分別制訂硬體與軟體標(biāo)準(zhǔn)。 ZigBee的協(xié)議架構(gòu)大致如表 所列。 為了避免干擾，在各個(gè)頻段均使用 DSSS(Direct Sequence Spread Spectrum， 直接序列擴(kuò)頻 技術(shù) )[13]，以化整為零方式將一個(gè)信號(hào)分為多 個(gè)信號(hào)，再經(jīng)由編碼方式傳送信號(hào)以避免干擾，這對(duì)大部分較低端的實(shí)現(xiàn)來(lái)說(shuō)，直接序列的應(yīng)用可以使模擬電路更加簡(jiǎn)單，具有更高的容錯(cuò)性能。 圖 三種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 4 應(yīng)用層 對(duì)于應(yīng)用層，主要有三個(gè)部分：與網(wǎng)絡(luò)層相連的應(yīng)用支持（ APS）， ZigBee 設(shè)備對(duì)象（ ZDO）以及裝置應(yīng)用 行規(guī)。 ZigBee 協(xié)議優(yōu)缺點(diǎn)和應(yīng)用前景 ZigBee 協(xié)議是從 WLAN 發(fā)展過(guò)來(lái)的，經(jīng)過(guò)近幾年來(lái) ZigBee 聯(lián)盟成員 [7]對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的不斷修改和完善，已經(jīng)顯示出了強(qiáng)大的生命力，但是本身還有一些缺點(diǎn)，這也限制基 于單片機(jī)的無(wú)線點(diǎn)菜系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn) 第二章 ZigBee 協(xié)議分析 了 ZigBee 協(xié)議的使用范圍。 表 Zigbee 與藍(lán)牙協(xié)議時(shí)延比較 設(shè)備收索時(shí)延典型值（ ms） 休眠激活時(shí)延典型值 (ms) 活動(dòng)設(shè)備信道接入時(shí)延 (ms) ZigBee 技術(shù) 30 15 15 藍(lán)牙技術(shù) =3000 3000 2 兼容性：與現(xiàn)有的控制網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)無(wú)縫集成。 解決此問(wèn)題可以通過(guò)如下的途徑： 傳感器節(jié)點(diǎn)采用 DSP 處理器，盡可能在傳感器節(jié)點(diǎn)一級(jí)多做些數(shù)據(jù)處理工作， 盡量減少原始數(shù)據(jù)的發(fā)送量，只發(fā)送有用信息。 在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中，利用傳感器可以將土壤溫度，氮濃度， PH 值，降水量，氣溫，氣壓和采集信息的地理位置經(jīng)由 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)傳送到中央的控制部分，使農(nóng)民能及早而且準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，從而有助于保持并提高農(nóng)作物的產(chǎn)量，減少發(fā)生災(zāi)害的概率。 nRF2401 支持多點(diǎn)間通信，最高傳輸速率超過(guò) 1Mbit/s，而且比藍(lán)牙具有更高的傳輸速度。 nRF2401 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理及外部組成框圖如圖 ，下面介紹其工作原理。圖 4 所示是 DuoCeiver TM 同時(shí)雙接收信道結(jié)構(gòu)圖。 6. 通用 I/O 口 32 個(gè)，復(fù)位后為： P1/P2/P3 是準(zhǔn)雙向口 /弱上拉（普通 8051 傳統(tǒng) I/O 口）， P0 口是開(kāi)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。電源采 用 5V供電，晶振為 12MHZ。 RS232 采用非平衡連接 (又稱為單端線路 )，在這個(gè)線路中，信號(hào)電壓加到一條導(dǎo)線上，所有的信號(hào)電壓都使用一個(gè)公共的接地線。 74LS244為三態(tài)輸出的八組緩沖器和總線驅(qū)動(dòng)器 ,選用的四位八段數(shù)碼管本身已經(jīng)集成了譯碼器，這樣既簡(jiǎn)化了線路的連接，又降低了錯(cuò)誤發(fā)生的概率 。 LM1117 系列具有 LLP、 TO26 SOT22 TO220 和TO252 DPAK 封裝 ；此外為了使兩個(gè)模塊直接相連，將 P2 口的部分引腳用排針引到基 于單片機(jī)的無(wú)線點(diǎn)菜系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)