【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 的無(wú)線微功率透明數(shù)據(jù)收發(fā)模塊。該模塊相對(duì)一般模塊具有尺寸小、靈敏度高、傳輸距離遠(yuǎn)、通訊速率高、內(nèi)部自動(dòng)完成通訊協(xié)議轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)收發(fā)控制等特點(diǎn)。模塊利用了多頻段、多信道來(lái)降低傳輸過(guò)程中的干擾以提高傳輸性能。 模塊具體功能參數(shù)如下： ①工作頻段： 433MHz； ② GFSK 調(diào)制方式，半雙工通訊，空 中收 /發(fā)轉(zhuǎn)換、連接、控制自動(dòng)完成； ③接收靈敏度高達(dá) 116dBm，傳輸距離 100200 米； ④接收工作電流 10mA，休眠電流 20uA； ⑤通訊協(xié)議轉(zhuǎn)換及射頻收發(fā)切換自動(dòng)完成，簡(jiǎn)單易用； ⑥串口速率 1200/2400/4800/9600/19200/38400/57600/115200，可通過(guò)軟件配置； ⑦寬電壓范圍工作： ； ⑧用戶可以通過(guò) PC 串口、單片機(jī)串口以及遠(yuǎn)程無(wú)線配置方式，設(shè)置串行速率、工作信道、發(fā)射功率等參數(shù)。 模塊具體外觀如圖 33： 圖 33 WSN1101 模塊外觀 透明傳輸就是在傳輸過(guò)程中，對(duì)外界透明，就是說(shuō)你看不見(jiàn)他是傳送網(wǎng)絡(luò)，不管傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)如何，只要負(fù)責(zé)將需要傳送的業(yè)務(wù)傳送到目的節(jié)點(diǎn)，同時(shí)保證傳輸?shù)馁|(zhì)量即可，而不對(duì)傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)進(jìn)行處理，簡(jiǎn)單的來(lái)說(shuō)就是發(fā)送什么接收的就是什么，這樣就省去了普通無(wú)線收發(fā)模塊之間的收發(fā)協(xié)議的編寫(xiě)。 不使用無(wú)線透?jìng)髂K時(shí)，左邊設(shè)備向右邊設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)是通過(guò) TXD 端口串口發(fā)送，右邊設(shè)備的 RXD 端口接收發(fā)送的串口數(shù)據(jù)，反之亦然，如圖 34： MCU / PC TXD RXDMCU / PC TXD R XD 圖 34 設(shè)備數(shù)據(jù)發(fā) 送原理圖 而使用了無(wú)線透?jìng)髂K后，左邊的設(shè)備向模塊發(fā)送串口數(shù)據(jù)，左邊模塊的RXD 端口收到串口數(shù)據(jù)后，自動(dòng)將數(shù)據(jù)以無(wú)線電波的方式發(fā)送到空中，右邊的模塊能自動(dòng)感應(yīng)并接收數(shù)據(jù)，從 TXD 端口還原發(fā)送最初左邊設(shè)備所發(fā)的串口數(shù)據(jù)至 接收端的 RXD 端口，反之亦然，原理圖如圖 35： MCU / PC TXD RXDMCU / PC T XD R XD模塊T XDRXD模塊T XDRXD無(wú)線 圖 35 無(wú)線透?jìng)髂K數(shù)據(jù)發(fā)送原理圖 無(wú)線透?jìng)髂K擁有 5 個(gè)管腳，各管腳定義如下表： 表 31 管腳定義表 管腳 名稱 方向 說(shuō)明 1 VCC 模塊供電 2 GND 模塊接地 3 TXD OUTPUT 模塊發(fā)送 4 RXD INPUT 模塊接收 5 SET INPUT 模塊配置 具體連接方式為，電腦上位機(jī)通過(guò) USB 轉(zhuǎn) TTL 串口模塊引出 5V、 GND、 TXD、RXD 四條引線并連接到無(wú)線透?jìng)髂K作為發(fā)送模塊的對(duì)應(yīng)管腳，而無(wú)線透?jìng)髂K作為接收模塊的一端由單片機(jī)引出 5V、 GND、 TXD、 RXD 四條引線并連接到對(duì)應(yīng)管腳，即可完成連接。 顯示模塊 LED 發(fā)光原理 羅瑟夫（ ）在 1923 年就發(fā)現(xiàn)了半導(dǎo)體中偶然形成的 PN 結(jié)光發(fā)射現(xiàn)象，其發(fā)光機(jī)理是，當(dāng)在 PN 結(jié)兩端注入正向電流時(shí)，注入的非平衡載流子（電子 空穴對(duì)）在擴(kuò)散過(guò)程中復(fù)合發(fā)光，這種發(fā)射過(guò)程主要對(duì)應(yīng)光的自發(fā)發(fā)射過(guò)程。 我們最常用的 LED 是 INGaAsP/INP 雙異質(zhì)結(jié)邊發(fā)光二極管。制作半導(dǎo)體發(fā)光二極管的材料是重?fù)诫s的，在熱平衡狀態(tài)下的 N 區(qū)有很多遷移率很高的電子， P 區(qū)有較多遷移率較低的空穴，由于 PN 結(jié)阻擋層的限制，常態(tài)下兩者不能發(fā)生復(fù)合。而當(dāng)給 PN 結(jié)加以正向電壓時(shí)，溝區(qū)導(dǎo)帶中的電子則可逃過(guò) PN 結(jié)的勢(shì)壘進(jìn)入到 P 區(qū)另一側(cè)，于是在 PN 結(jié)稍偏于 P 區(qū)一邊的地方處于高能 態(tài)德?tīng)栯娮优c空穴相遇時(shí)，便產(chǎn)生發(fā)光復(fù)合，光的波長(zhǎng)則取決于材料的禁帶寬度 Eg。由于不同材料的禁帶寬度不同，所以由不同材料制成的 LED 可以發(fā)出不同波長(zhǎng)的光。 8 8LED 模塊顯示原理 8 8LED 模塊由 8 行 8 列共 64 個(gè) LED 組成，用以顯示各種文字或圖形，如圖 36 。 圖 36 8 8LED 模塊外觀數(shù)據(jù) 它的工作原理如圖 37，模塊內(nèi)部分別將各行 LED 的正極串聯(lián)，將各列 LED的負(fù)極串聯(lián)，當(dāng)?shù)?x 行接通電源正極，第 y 列接通電源負(fù)極，當(dāng)正向電壓大于LED 死區(qū)電壓時(shí)，電流導(dǎo)通，對(duì)應(yīng)的第 x 行第 y 列 LED 燈點(diǎn)亮 。 8 8LED 模塊的兩排引腳一排是陽(yáng)極引腳，分別對(duì)應(yīng)模塊從上到下的 8 行，另一排為陰極引腳，分別對(duì)應(yīng)從左到右的 8 列，在對(duì)應(yīng)引腳上給電即可使對(duì)應(yīng)行列的 LED 燈點(diǎn)亮。 圖 37 8 8LED 模塊內(nèi)部電路 LED 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 當(dāng)向 LED 原件施加正向電壓時(shí)，流過(guò)它的正向電流使其發(fā)光。因此 LED 的驅(qū)動(dòng)就是解決如何使其 PN 結(jié)處于正向偏置的問(wèn)題。而且為了控制它的發(fā)光強(qiáng)度，還要解決其正向電流的調(diào)節(jié)問(wèn)題。具體的驅(qū)動(dòng)方法可以分為直流驅(qū)動(dòng)、恒流驅(qū)動(dòng)和脈沖驅(qū)動(dòng)： ①直流驅(qū)動(dòng) 直流驅(qū)動(dòng)是最簡(jiǎn)單的驅(qū)動(dòng)方式， LED 的工作 點(diǎn)由電源電壓 Vcc、串聯(lián)電阻 R和 LED 器件的伏安特性共同決定。這種驅(qū)動(dòng)方式適合于 LED 器件較少，發(fā)光強(qiáng)度恒定的情況。例如公交車恒定顯示“ XX 路”等字樣的情況。 ②恒流驅(qū)動(dòng) 由于 LED 器件的正向特性較陡，加上器件的分散性，使得在同樣電源電壓和同樣的限流電阻的情況下，各器件的正向電流并不相同，從而引起發(fā)光強(qiáng)度的差異。若對(duì) LED 器件進(jìn)行恒流驅(qū)動(dòng)，只要恒流值相同，發(fā)光強(qiáng)度就比較接近，晶體管的輸出具有橫流特性，所以可以用晶體管驅(qū)動(dòng) LED。 一般 LED 允許的連續(xù)工作電流在 20mA 左右，除了紅色 LED 有飽和現(xiàn)象外，其他顏 色 LED 的亮度基本上與流過(guò)的電流成比例。 ③脈沖驅(qū)動(dòng) 利用人眼的視覺(jué)惰性，采用向 LED 器件重復(fù)通電的方式使之點(diǎn)亮，就是脈沖 驅(qū)動(dòng)方式。脈沖驅(qū)動(dòng)的主要應(yīng)用有兩個(gè)方面：掃描驅(qū)動(dòng)和占空比驅(qū)動(dòng)。掃描驅(qū)動(dòng)的主要目的是節(jié)約驅(qū)動(dòng)器，簡(jiǎn)化電路，如 N 行 LED 共用一列數(shù)據(jù)，稱其為 1/N 掃描方式。占空比控制的目的是調(diào)節(jié)器件的發(fā)光強(qiáng)度，用于圖像顯示中的灰度控制。 以上三種驅(qū)動(dòng)方式，在實(shí)際中往往是組合在一起使用的。例如，在顯示圖像的驅(qū)動(dòng)電路中，既使用了掃描驅(qū)動(dòng)，又用到了占空比驅(qū)動(dòng)和恒流驅(qū)動(dòng)。 而 LED 模塊的顯示一般由動(dòng)態(tài)掃描實(shí)現(xiàn)。本設(shè)計(jì)采用 LED 列掃描方式進(jìn)行顯示，采用兩塊 74HC595 移位寄存器芯片負(fù)責(zé)行輸出數(shù)據(jù)，每片負(fù)責(zé) 8 行 LED 點(diǎn)陣，兩塊 74HC164 移位寄存器芯片負(fù)責(zé)列掃描數(shù)據(jù)，每片負(fù)責(zé) 8 列 LED 點(diǎn)陣，一共使用 5 個(gè) I/O 口，分別為行數(shù)據(jù)輸出位、行掃描時(shí)鐘位、行數(shù)據(jù)鎖存位、列數(shù)據(jù)輸出位、列掃描時(shí)鐘位。 74HC164 負(fù)責(zé)快速輪流點(diǎn)亮對(duì)應(yīng)列， 74HC595 負(fù)責(zé)輸出對(duì)應(yīng)行的顯示數(shù)據(jù)，反復(fù)循環(huán)點(diǎn)亮，通過(guò)人眼的視覺(jué)殘留特性顯示圖像。 74HC959 具有一個(gè) 8 位移位寄存器和 8 位輸出鎖存器，可以將單片機(jī) 發(fā)送的串行信號(hào)轉(zhuǎn)為并行輸出，達(dá)到了節(jié)省 I/O 口的目的，而且可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備與顯示任務(wù)的同時(shí)進(jìn)行；而 74HC164 較 74HC959 少了一個(gè)鎖存器，所以用來(lái)做 LED 的列掃描行選輸出即可。仿真電路如圖 38： 圖 38 LED 驅(qū)動(dòng)電路仿真圖 然而實(shí)際中， 由于 74HC164 的輸出不足以驅(qū)動(dòng) LED 模塊，所以焊接時(shí)增加了三極管以增大驅(qū)動(dòng)電流，并在 74HC595 及 74HC164 的輸出額外添加了限流電阻以保護(hù)電路。焊接實(shí)物如圖 39： 圖 39 LED 顯示模塊實(shí)物圖 電源模塊 由于 LED 點(diǎn)陣及無(wú)線接收模塊運(yùn)行 起來(lái)較為耗電，所以需要尋找一種較為穩(wěn)定、成本低廉的供電方式，由于干電池供電由于其電量小，顯示時(shí)要經(jīng)常更換新電池，又因?yàn)椴捎?USB 供電不符合本設(shè)備無(wú)線移動(dòng)顯示的定位，所以選擇用大容量蓄電池供電。 電源模塊采用 7V 蓄電池供電， 低壓差三端穩(wěn)壓器 LM2940 將 7V 輸入電壓轉(zhuǎn)為 5V 電壓輸出，采用 47μ F 的電容和 F 的電容來(lái)分別過(guò)濾低頻紋波和高頻紋波，降低脈動(dòng)紋波對(duì)電路的影響，提高輸出電流的質(zhì)量，而且在輸出端添加了一個(gè) LED 指示燈用來(lái)顯示電路的通 /斷電。具體仿真電路如圖 310： 圖 310 電源模塊仿真電 路圖 軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)及開(kāi)發(fā)語(yǔ)言介紹 開(kāi)發(fā)平臺(tái) Keil IDE uVision3 集成開(kāi)發(fā)壞境是 Keil Software 公司開(kāi)發(fā)的基于 80C51 內(nèi)核的微處理器軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)，內(nèi)嵌多種符合當(dāng)前工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的開(kāi)發(fā)工具。 Keil 是目前最流行的開(kāi)發(fā) 5l 系列單片機(jī)的軟件，這從近年來(lái)各仿真機(jī)廠商紛紛宣布全面支持 Keil 即可看出。 Keil 提供了包括 C 編譯器、宏匯編、連接器、庫(kù)管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開(kāi)發(fā)方案，通過(guò)一個(gè)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境 (uVision)將這些部分組合在一起?？梢酝?成從工程建立和管理、編譯、鏈接、目標(biāo)代碼的生成、軟件仿真、硬件仿真等完整的開(kāi)發(fā)流程。尤其 C 編譯工具在產(chǎn)生代碼的準(zhǔn)確性和效率方面達(dá)到了較高的水平，而且可以附加靈活的控制選項(xiàng)，在開(kāi)發(fā)大型項(xiàng)目時(shí)非常理想。 仿真平臺(tái) Proteus 軟件是英國(guó) Lab Center Electronics 公司出版的 EDA 工具軟件 。它不僅具有其它 EDA 工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件。它是目前比較好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。雖然目前國(guó)內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機(jī)愛(ài)好者、從事單片機(jī)教學(xué)的教師、致力于單片機(jī)開(kāi)發(fā)應(yīng)用的科技工作者的青睞。 Proteus 是世界上著名的 EDA 工具 (仿真軟件 )，從 原理圖 布圖、 代碼 調(diào)試到單片機(jī) 與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到 PCB 設(shè)計(jì)，真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)。是目前世界上唯一 將 電路仿真 軟件、 PCB 設(shè)計(jì)軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計(jì)平臺(tái)，其處理器模型支持 805 HC1PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC3 AVR、 ARM、 8086 和 MSP430 等， 2020 年又增