【文章內(nèi)容簡介】 L01 結(jié)構(gòu)圖 7 圖 6 NRF24L01 模塊電路 NRF24L01 的指令列表如表 1 所示。 表 1 NRF24L01 令列表 8 按鍵控制模塊的設(shè)計 本設(shè)計中，采用獨立按鍵對單片機核心芯片 STC89C52RC 進行輸入控制。各按鍵分別一端接地，一端接單片 機引腳。實現(xiàn)功能：六 個鍵分別表示 不按代表不控制車，按下代表控制。 晶振電路與復(fù)位電路設(shè)計 晶振電路 晶振電路為單片機 AT89C51 工作提供時鐘信號，芯片中有一個用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器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。這個放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振蕩器一起構(gòu)成自激振蕩器。電路中的外接石英晶體及電容 C C6 接在放大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路。由于外接電容 C C6 的容量大小會輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的 難易程度及溫度穩(wěn)定性，如果使用石英晶體，電容的容量大小范圍為 20pF~40pF；如果使用陶瓷諧振，則電容容量大小為 30 pF~50 pF。本設(shè)計中使用石英晶體，電容的容值設(shè)定為 30pF。 復(fù)位電路 本設(shè)計采用的是手動按鈕復(fù)位。手動按鈕復(fù)位需要人為在復(fù)位輸入端 REST上加入高電平 ,采用的辦法是在 REST 端和正電源 Vcc 之間接一個按鈕。當人為按下按鈕時，則 Vcc 的 +5V 電平就會直接加到 REST 端，系統(tǒng)復(fù)位。由于人的動作再快也會使按鈕保持接通達數(shù)十毫秒，所以，設(shè)計完全能夠滿足復(fù)位的時間要求。復(fù)位電路 中 SWPB 為手動復(fù)位開關(guān)，電容 Ch1 可避免高頻諧波對電路的干擾。 因為 MCS51 系列單片機采用高電平復(fù)位方式，其內(nèi)部復(fù)位電路如圖 315所示，高電平復(fù)位脈沖 RST 引腳輸入到內(nèi)部施密特觸發(fā)器整形后，送 CPU 內(nèi)部復(fù)位電路。 CPU 在每一個機器周期的 S5P2 相采樣施密特觸發(fā)器的輸出端，若為高電平，則強迫機器進入復(fù)位狀態(tài)。為了保證 CPU 內(nèi)部各個單元電路可靠復(fù)位， RST引腳復(fù)位脈沖高電平維持時間必須大于等于 2 個機器周期（即 24 個振蕩周期 ） 。 9 內(nèi)部復(fù)位電路如圖 7 所示。 圖 7 復(fù)位電路 可 以使用 RC分立元件或微處理器監(jiān)控芯片構(gòu)成 MCS51單片機的外部復(fù)位電路。本設(shè)計中采用 RC 分立元件構(gòu)成 MCS51 外部復(fù)位電路，外部復(fù)位電路圖電路如圖 8 所示。 圖 8 外部復(fù)位電路 按下復(fù)位按鍵 K20 時，電容 C3 通過 R1 放電，當電容放電結(jié)束后， RST 引腳電位由 R R2 分壓比決定。由于 R2R1,因此 RST 引腳為高電平， CPU 進入復(fù)位狀態(tài)。松開復(fù)位按鍵后，電容 C3 充電， RST 引腳電位下降，使 CPU 脫離復(fù)位狀態(tài)。 R1 的作用在于限制復(fù)位按鈕瞬間電容 C3 的放電電流，避免產(chǎn)生火花，以保護按鈕的觸點。 單片機的復(fù) 位都是靠外部電路實現(xiàn)的，在時鐘電路工作后，只要在單片機的RST 引腳上出現(xiàn) 24 個時鐘振蕩脈沖以上的高電平，單片機便實現(xiàn)初始化狀態(tài)復(fù)位。為了保證應(yīng)用系統(tǒng)可靠地復(fù)位，在設(shè)計復(fù)位電路時，通常使 RST 保持高電平。只要 RST 保持高電平，則單片機就循環(huán)復(fù)位。 10 電源模塊的設(shè)計 電源是整個系統(tǒng)穩(wěn)定運行的基本要求，所以，制作一個小巧的可靠的電源就必須對電力資源合理分配。由于本次設(shè)計中電源分動力供電和邏輯供電兩部分，為了減小干擾，兩部分電源應(yīng)相互獨立。其中，電機的動力供電有 2596 輸出，7805 穩(wěn)壓供電為單片機提供電源 ，而 NRF24L01 工作電壓為 所以用 ASM1117為其供電。 L298N電機驅(qū)動模塊設(shè)計 雙電機驅(qū)動芯片 L298N，性能可以滿足小車的電機控制要求，而且外圍電路比較簡單，穩(wěn)定性較好，驅(qū)動能力夠強。能夠很好的保證兩電機的同步。實物圖及接線圖如圖 9 和圖 10 所示。 圖 9 L298N 電機驅(qū)動模塊 圖 10 L298N 電機驅(qū)動電路圖 11 其內(nèi)部包含 4 通道邏輯驅(qū)動電路。是一種二相和四相電機的專用驅(qū)動器，即內(nèi)含二個 H 橋的高電壓大電流雙全橋式 驅(qū)動器，接收標準 TTL 邏輯電平信號，可驅(qū)動 46V、 2A 以下的電機。 ULN2020 其具有電流增益高、工作電壓高、溫度范圍寬、帶負載能力強等特點。在系統(tǒng)中為步進電機供電。原理圖如圖 11 所示。 圖 11 ULN2020 原理圖 LM2596 此芯片具有輸出電壓、電流大，輸出線性好且負載可調(diào)，具有過流保護作用等特點。在系統(tǒng)中為步進電機供電。實物圖和原理圖如圖 12 所示。 圖 12 LM2596 LM2596 的線路圖如圖 13 所示。 12 圖 13 LM2596 LM7805 LM7805 是一片最經(jīng)典的三端線性穩(wěn)壓芯片，具有較好的線性穩(wěn)壓效果，外圍電路十分簡單，所以在本次設(shè)計中選為邏輯供電穩(wěn)壓芯片。為了得到理想的電壓，在輸出端用大的濾波電容和小電容并聯(lián)的方式進行整波。電路圖如圖 14 所示。 圖 14 LM7805 13 5 系統(tǒng)軟件設(shè)計 Keil C51 的 V8. xx 是目前世界上最好的 51 單片機的匯編和 C 語言的開發(fā)工具。它支持匯編、 C 語言以及混合編程，同時具備強大的軟件仿真和硬件仿真功能。在此次設(shè)計中采用開發(fā)環(huán)境的正是此項。 [3] （ 1）創(chuàng)建項目：執(zhí)行 [Project]|[Newμ Vision Project]菜單命令，將新創(chuàng)建一個項目。為項目建一個單獨的文件夾，然后選擇子文件夾并鍵入項目的名稱。在項目創(chuàng)建之前，需要為新建的項目選擇一個 CPU。在命名項目名稱后，彈出的對話框，其中顯示的是器件數(shù)據(jù)庫，用戶只要選擇所需要的 MCU 就可以了。選擇AT89S52 之后，右邊一欄是對這個單片機的基本的說明，然后單擊 [確定 ]按鈕。添加配置啟動代碼：啟動文件 中包含了目標啟動代碼，可在每個project 中加入這個文件。 （ 2）項目設(shè)置：μ Vision 3 允許用戶為目標硬件設(shè)置選項，可以通過工具條圖標打開，也可以用鼠標右擊項目窗口中的 Files 標簽頁中的 Target1，在右鍵菜單中選擇 [Options for Targe1]命令： Output：定義 Keil 工具的輸出文件，并定義生成處理后的執(zhí)行用戶程序； Listing：定義 Keil 工具輸出的所有列表文件； C51：設(shè)置 C51 編譯器的特別工具選項； A51：設(shè)置匯編器的特殊工具選項； BL51 Locate：定義不同類型的存儲器和存儲器的不同段位置； BL51 Misc：其他的與連接器相關(guān)的設(shè)置，如警告或存儲器指示； Debug：μ Vision 3 的 Debugger 設(shè)置； Utilities：文件及其 Group 的特別選項。 （ 1） Target 標簽：單擊 Target 標簽，其中各參數(shù)設(shè)置如下： ① Xtal(MHz)：設(shè)置單片機的工作的頻率，默認值是 。 14 ② Use Onchip ROM(0x0~0x1FFF)： Flash ROM。單片機的 EA 引腳接高電平，則一定需要選中這個選項。 ③ Memory Model：變量存 儲空間。 （ 2） Output 標簽： ① Select Folder for Objects：選擇編譯之后的目標文件存儲在哪個目錄。 ② Name of Executable：設(shè)置生成的目標文件的名字。 ③ Create Executable：生成 omf 以及 hex 文件。 ④ Create Hex File：要生成 hex 文件一定要選中該選項。 ⑤ Create Library：生成 lib 庫文件。 （ 3） Listing 標簽： Keil C51 在編譯之后除了聲稱目標文件之外，還生成 *.lst、*.m51 的文件。用戶可以在 Listing 標簽中設(shè)置 *.lst、 *.m51 文件的各種選項。 （ 4） C51 標簽：用戶通過 C51 標簽來設(shè)置 C51 編譯器的特別的工具選項。 （ 5） A51 標簽： A51 標簽用來設(shè)置匯編器的特別工具選項，如宏處理和條件匯編等。 （ 6） BL51 Locate 標簽： BL51 是具有代碼分段功能的連接器 /重定位器，它組合一個或多個目標模塊成一個 MCS51 的執(zhí)行程序。此連接器處理外部和全局數(shù)據(jù)，并將可重定位的段分配到固定的地址上。連接器自動選擇適當?shù)倪\行庫并連接那些用到的模塊。也可以在命令行上輸入相應(yīng)的目標模塊的名字的組合來運 行本連接器。 （ 7） BL51 Misc 標簽： Misc 標簽是對 BL51 Locate 標簽的補充設(shè)置。 （ 8） Debug 標簽：該標簽對μ Vision 3 的調(diào)試器進行設(shè)置。 （ 9） 項目編譯：項目一旦設(shè)置完成，就可以開始編譯。單擊調(diào)試工具條上的圖標，編譯項目中所有的源文件并生成應(yīng)用。當應(yīng)用中有語法錯誤時，μ Vision 3將在 Output Window 的 Build 標簽頁顯示這些錯誤和告警信息。雙擊一個信息將打開此信息對應(yīng)的文件并定位到語法錯誤處。在編譯項目時，會在輸出窗口中出現(xiàn)錯誤信息，單擊其中一條錯誤信息，將在 源代碼窗口中出現(xiàn)錯誤的地方出現(xiàn)一個小箭頭。 （ 10） 列表文件（ C 語言）：如果在對話框中選中了 C Compiler Listing 選項下的各種復(fù)選框和 Assembler Listing 選項下的各種復(fù)選框，μ Vision 3 在編譯 15 時將產(chǎn)生 C 語言和匯編語言的列表文件，該文件中包含了源代碼文件中的各種指示信息，這些信息對分析源代碼非常重要。 總體設(shè)計 該系統(tǒng)包括無線發(fā)送和接收、步進電機控制系統(tǒng)、水泵控制系統(tǒng)和滅火風扇和噴頭的控制系統(tǒng)等。流程圖如圖 15 所示。 圖 15 系統(tǒng)總流程圖 NRF24L01模塊程序設(shè)計 該射頻模塊集成了 NORDIC 公司生產(chǎn)的無線射頻芯片 nRF24L01。其發(fā)射部分 16 流程圖如圖 16 所示。 圖 16 發(fā)射部分的流程 其核心代碼如下： SetTX_Mode()。 //設(shè)置為發(fā)送模式 TxBuf[1] = 1。 nRF24L01_TxPacket(TxBuf)。 //發(fā)送 buffer 里的數(shù)據(jù) TxBuf[1] = 0x00。 接收部分流程圖如圖 17 所示。 17 圖 17 接收部分的流程 其核心代碼如下： SetRX_Mode()。 //設(shè)置為接收模式 nRF24L01_RxPacket(RxBuf)。 //將接收到的數(shù)據(jù)存到 RxBuf 中 if( RxBuf[1]==1) { in1=0。 in2=1。 in3=0。 in4=1。 RxBuf[1]=0。 led1 = 1。 } 6 調(diào)試結(jié)果與分析 測試儀器 萬用表，軟件 Protues。 測試方法 先接通電源，看看系統(tǒng)能否正常工作，如果不能，可以在系統(tǒng)供電情況下，用萬用表檢測發(fā)射板和接收板各個模塊的電壓，如果出現(xiàn)電壓為 0