【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 附錄 5—— nRF2401寄存器及命令，對(duì) nRF2401進(jìn)行配置，配置函數(shù)名稱為 void congfig_2401()函數(shù)體見附錄 2。 最后，即可通過下面兩個(gè)函數(shù)方便的實(shí)現(xiàn)指定字節(jié)數(shù)，和指定地址的發(fā)送與接收。 發(fā)送函數(shù)為： fasong(uchar *f,uchar *s)， 其中的指針 f， s分別為發(fā)送數(shù)據(jù)的首地址，和目的地址的首地址。接收函數(shù)為： jieshou(uchar *f,uchar *s),指針 f， s分別為存放數(shù)據(jù)緩沖區(qū)和接收地址。發(fā)送函數(shù)和接收函數(shù)體見附錄 3。 通過軟件對(duì)不同的 nRF2401分配不同的地址，至此，用發(fā)送和接收函數(shù)即可進(jìn)行點(diǎn)到點(diǎn)自由通信。 8 無線通信網(wǎng)絡(luò) 無線網(wǎng)絡(luò)的概念 無線網(wǎng)絡(luò)就是用無線介質(zhì)的物理鏈路將各個(gè)孤立的工作站或主機(jī)相連在一起，組成數(shù)據(jù)鏈路，從而達(dá)到 資源共享 和通信的目的。凡將地理位置不同，并具有獨(dú)立功能的多個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)或者 MCU通過通信設(shè)備，且以功能相對(duì)完善的網(wǎng)絡(luò)軟件（主要是網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、 信息交換 方式及 網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng) 等）實(shí)現(xiàn) 網(wǎng)絡(luò)資源 共享的系統(tǒng)。通俗的講無線通信網(wǎng)絡(luò)就是將點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的無線通信統(tǒng)一遵循一套協(xié)議，從而能夠有 效地實(shí)現(xiàn)多機(jī)的資源共享。 點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的無線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn) 點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)多采取輪詢的結(jié)構(gòu)， 一個(gè)輪詢通信系統(tǒng) 主要 包括一個(gè)主站和多個(gè)連接到該主站的子站。該主站包括一個(gè)地址控制部分和一個(gè)輪詢控制部分。地址控制部分把一個(gè)預(yù)定的輪詢周期分成多種類型的輪詢間隔，其中每個(gè)輪詢間隔具有一個(gè)不同的輪詢次數(shù)，并且保持對(duì)應(yīng)于相應(yīng)輪詢間隔的輪詢目標(biāo)子站的地址。輪詢控制部分切換該輪詢間隔，并且依據(jù)子站的狀態(tài)改變?cè)诘刂房刂撇糠种械牡刂?。每一個(gè)子站包括另一個(gè)輪詢控制部分，它在該子站被主站輪詢時(shí)發(fā)送一個(gè)答復(fù)。 在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信實(shí)現(xiàn)的情 況上下，通過軟件定義一個(gè)主站，剩余的三個(gè)作為從站，有主站順序的發(fā)送詢問指令，詢問之后收到請(qǐng)求應(yīng)答即將通信線路釋放給該機(jī)使用，等其通信完畢再發(fā)送返回指令給主機(jī)，主機(jī)繼續(xù)下一站輪詢 …… 這種方法的好處在于它有效地避免了通信沖突造成的數(shù)據(jù)混亂，幾乎避免了所有的沖突。而它的缺點(diǎn)是數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性很差，因?yàn)槿魏我粋€(gè)站占用無線介質(zhì)的時(shí)間都是未知的。這樣可能會(huì)延誤其他基站的緊急信息。 單片機(jī)的 rs232 串口在通信過程中的應(yīng)用 單片機(jī)的 rs232 串口的原理 串口通訊對(duì)單片機(jī)而言意義重大，不 但可以實(shí)現(xiàn)將單片機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)端，而且也能實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)對(duì)單片機(jī)的控制。由于其所需電纜線少，接線簡(jiǎn)單，所以在較遠(yuǎn)距離傳輸中，得到了廣泛的運(yùn)用。 波特率（ Boud Rate）就是在串口通信中每秒能夠發(fā)送的位數(shù)（ bits/second）。89S52 串行端口在四種工作模式下有不同的波特率計(jì)算方法。其中，模式 0 和模 9 式 2 波特率計(jì)算很簡(jiǎn)單，請(qǐng)同學(xué)們參看教科書；模式 1 和模式 3 的波特率選擇相同，故在此僅以工作模式 1 為例來說明串口通信波特率的選擇。在串行端口工作于模式 1，其波特率將由計(jì)時(shí) /計(jì)數(shù)器 1 來產(chǎn)生，通常設(shè)置定時(shí)器工作 于模式 2（自動(dòng)再加模式）。在此模式下波特率計(jì)算公式為： 波特率 =（ 1+SMOD） *晶振頻率 /（ 384*（ 256TH1）） 其中， SMOD—— 寄存器 PCON 的第 7 位，稱為波特率倍增位； TH1——定時(shí)器的重載值。在選擇波特率的時(shí)候需要考慮兩點(diǎn)：首先，系統(tǒng)需要的通信速率。這要根據(jù)系統(tǒng)的運(yùn)作特點(diǎn)，確定通信的頻率范圍。然后考慮通信時(shí)鐘誤差。使用同一晶振頻率在選擇不同的通信速率時(shí)通信時(shí)鐘誤差會(huì)有很大差別。為了通信的穩(wěn)定，我們應(yīng)該盡量選擇時(shí)鐘誤差最小的頻率進(jìn)行通信。 單片機(jī)的 rs232 串口在無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)調(diào)試 中的應(yīng)用 在本設(shè)計(jì)中所有站收到的和發(fā)送出的數(shù)據(jù)（除系統(tǒng)時(shí)鐘數(shù)據(jù)外）都會(huì)被 MCU都會(huì)通過 RS232串口上傳到 PC機(jī)，并通過串口調(diào)試助手軟件顯示在電腦上。 有了 RS232串口，單片機(jī)在無線通信過程中發(fā)送的和接收到的數(shù)據(jù)都可以很容易的串行發(fā)送到 PC機(jī)上，這樣就可以通過 PC機(jī)的屏幕很直觀的讀出無線系統(tǒng)現(xiàn)在的工作狀態(tài)與數(shù)據(jù)傳遞的具體情況，便于及時(shí)的發(fā)現(xiàn)問題，調(diào)試出錯(cuò)誤，并改正、更新、升級(jí)軟件系統(tǒng)。 3 CSMACA的多點(diǎn)多主機(jī)式無線網(wǎng)絡(luò)的具體實(shí)現(xiàn)方法 物理層： 通信占用 全球開放 ISM 免費(fèi)使用頻段。 最高工作速率 2Mbps，高效 GFSK 調(diào)制，抗干擾能力強(qiáng)， 126 頻道，內(nèi)部寄存器控制，滿足多點(diǎn)通信和跳頻通信需要，內(nèi)置硬件 CRC 檢錯(cuò)和點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)通信地址控制。 數(shù)據(jù)鏈路層：數(shù)據(jù)幀格式為 前導(dǎo)碼 地址 (35字節(jié) ) 9 位 (標(biāo)志位 ) 數(shù)據(jù) 132字節(jié) CRC 校驗(yàn) 數(shù)據(jù)幀格式 地址、數(shù)據(jù)和 CRC 校驗(yàn)的字節(jié)數(shù)有 MCU 配置控制。 網(wǎng)絡(luò)層： 10 對(duì)數(shù)據(jù)幀加入路由 1 字節(jié)路由信息然后封裝，每個(gè)系統(tǒng)開機(jī)后首先自檢然后自動(dòng)建立自己的路由表，控制本字節(jié)實(shí)現(xiàn)路由功能 (由于本設(shè)計(jì)只有4 個(gè)基站，所以最多支持 1 級(jí)中繼路由表最多只有三級(jí)比 較簡(jiǎn)單 )。 傳輸層： 每次發(fā)送數(shù)據(jù)之前進(jìn)行載波監(jiān)聽，當(dāng)檢測(cè)到載波之后，自動(dòng)轉(zhuǎn)換載波頻率，再次監(jiān)聽 ..直到發(fā)現(xiàn)空白頻段，在空白頻段首先發(fā)送一個(gè)字節(jié)的詢問字節(jié)，若正確接收到對(duì)方的應(yīng)答則開始正常通信，若超時(shí)未收到應(yīng)答則說明通信沖突，系統(tǒng)會(huì)隨機(jī)延時(shí)一段時(shí)間重新詢問，繼續(xù)上邊的過程。網(wǎng)絡(luò)層的數(shù)據(jù)包在這里還會(huì)被加上一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)計(jì)數(shù)信息，以輔助完成滑動(dòng)窗口流控制傳輸，保證數(shù)據(jù)包無重復(fù)無丟失的傳到目的地。 應(yīng)用層： 在這里只是在每秒三次時(shí)間信息作為沖突演示的對(duì)象。通過串口將每個(gè)數(shù)據(jù)包剝?nèi)?yīng)用無關(guān)的傳輸層以下的信息，只留下 應(yīng)用信息上傳至 PC顯示。 網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的主程序見附錄 4。 11 4 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的主要流程圖 基站的流程圖 廣播詢問信息 監(jiān)測(cè)是否 1s 超時(shí) 將所有源址記錄位地址表存儲(chǔ) 接收 讀出幀 轉(zhuǎn)化為單片機(jī)識(shí)別字符 配置發(fā)送 需要路由？ 傳輸層校驗(yàn) 分離應(yīng)用信息 加發(fā)送任務(wù)標(biāo)記 加路由標(biāo)記字節(jié) 加傳輸標(biāo)記字節(jié) 處理接收應(yīng)用層信息 等待回復(fù) 收到回復(fù) 記錄源址 中斷檢測(cè)時(shí)間片 轉(zhuǎn)化為幀寫到 πrf2401 N Y Y N 發(fā)送 圖 41 基站的流程簡(jiǎn) 圖 12 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)流程圖 圖 42 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)框圖 nRF2401 單片機(jī)主控部分 RS232 PC接口 nRF2401 單片機(jī)主控部分 RS232 PC接口 nRF2401 單片機(jī)主控部分 RS232 PC接口 nRF2401 單片機(jī)主控部分 RS232 PC接口 多主式，突發(fā)性處理，多路徑頻段， CSMA/CA 無線網(wǎng)絡(luò) 13 5 硬件電路設(shè)計(jì)介紹 系統(tǒng)電平介紹 TTL 電平標(biāo)準(zhǔn) 51單片機(jī)采用 TTL電平標(biāo)準(zhǔn)， TTL集成電路的全名是晶體管 晶體管邏輯集成電路（ TransistorTransistor Logic),主要有 54/74系列標(biāo)準(zhǔn) TTL、高速型TTL（ HTTL）、低功耗型 TTL（ LTTL）、肖特基型 TTL（ STTL）、低功耗肖特基型 TTL（ LSTTL）五個(gè)系列。標(biāo)準(zhǔn) TTL輸入高電平最小 2V，輸出高電平最小 ,典型值 ,輸入低電平最大 ，輸出低電平最大 ，典型值 。 STTL輸入高電平最小 2V，輸出高電平最小 Ⅰ 類 ， Ⅱ 、 Ⅲ類 ,典型值 ,輸入低電平最大 ，輸出低電平最大 。 LSTTL輸入高電平最小 2V，輸出高電平最小 Ⅰ 類 ， Ⅱ 、 Ⅲ 類 ,典型值 ,輸入低電平最大 Ⅰ 類 ， Ⅱ 、 Ⅲ 類 ，輸出低電平最大 Ⅰ 類 ， Ⅱ 、Ⅲ 類 ，典型值 。 nRF2401 采用 CMOS 點(diǎn)評(píng)標(biāo)準(zhǔn) CMOS 是場(chǎng)效應(yīng)管構(gòu)成， TTL 為雙極晶體管構(gòu)成 CMOS 的 邏輯電平 范圍比較大（ 5～ 15V）， TTL 只能在 5V下工作 CMOS的高低電平之間相差比較大、抗干擾性強(qiáng)， TTL 則相差小，抗干擾能力差 CMOS功耗很小， TTL 功耗較大（ 1～ 5mA/門） CMOS 的工作頻率較 TTL 略低，但是高速 CMOS 速度與 TTL 差不多相當(dāng)。為了降低功耗 nRF2401 采用的工作電壓為。 兩種電平供電與轉(zhuǎn)化的解決方案 在本設(shè)計(jì)中采用 1117— 來講 5V的 TTL 電平轉(zhuǎn)化為 CMOS 電平供 nRF2401 使用。而他們的 I/O 接口具有兼容性，因此不必做其他的處理。 單片機(jī)相關(guān)電路 14 表 51 P1 的特殊功能 引腳號(hào) 第二功能 T2(外部定時(shí)計(jì)數(shù)器輸入 ),時(shí)鐘輸出 T2EX(定時(shí)計(jì)數(shù)器 T2的 )捕捉重載觸發(fā)信號(hào) MOSI(在線編程系統(tǒng)用 ) MISO(在線編程系統(tǒng)用 ) SCK(在線系統(tǒng)編程用 ) 表 52 P3 的特殊功能 引腳號(hào) 第二功能 RXD 串行輸入口 TXD 串行輸出口 /INT0 外部中斷 0 /INT1 外部中斷 1 T0 計(jì)時(shí)器 0外部輸入 T1 計(jì)時(shí)器 1外部輸入 /WR 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通 /RD 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通 單片機(jī)復(fù)位電路 為確保微機(jī)系統(tǒng)中電路 穩(wěn)定可靠工作，復(fù)位電路是必不可少的一部分，復(fù)位電路的第一功能是上電復(fù)位。一般微機(jī)電路正常工作需要供電電源為 5V177。5%，即 ～ 。由于微機(jī)電路是時(shí)序數(shù)字電路，它需要穩(wěn)定的時(shí)鐘信號(hào)，因此在電源上電時(shí)，只有當(dāng) VCC超過 穩(wěn)定工作時(shí)，復(fù)位信號(hào)才被撤除，微機(jī)電路開始正常工作。 目前為止，單片機(jī)復(fù)位電路主要有四種類型：（ 1）微分型復(fù)位電路；（ 2）積分型復(fù)位電路；（ 3）比較器型復(fù)位電路；（ 4）看門狗型復(fù)位電路。 電路圖如下： 15 圖 51 復(fù)位電路 晶 振電路 電路圖如下： 圖 52 晶振電路 晶振是晶體振蕩器的簡(jiǎn)稱，在電氣上它可以等效成一個(gè)電容和一個(gè)電阻并聯(lián)再串聯(lián)一個(gè)電容的二端網(wǎng)絡(luò)，電工學(xué)上這個(gè)網(wǎng)絡(luò)有兩個(gè)諧振點(diǎn)，以頻率的高低分其中較低 的頻率是串聯(lián)諧振，較高的頻率是并聯(lián)諧振。由于晶體自身的特性致使這兩個(gè)頻率的距離相當(dāng)?shù)慕咏?，在這個(gè)極窄的頻率范圍內(nèi)，晶振等效為一個(gè)電感，所以只要晶 振的兩端并聯(lián)上合適的電容它就會(huì)組成并聯(lián)諧振電路。這個(gè)并聯(lián)諧振電路加到一個(gè)負(fù)反饋電路中就可以構(gòu)成正弦波振蕩電路，由于晶振等效為 16 電感的頻率范圍很窄， 所以即使其他元件的參數(shù)變化很 大，這個(gè)振蕩器的頻率也不會(huì)有很大的變化。 晶振有一個(gè)重要的參數(shù)，那就是負(fù)載電容值，選擇與負(fù)載電容值相等的并聯(lián)電容，就可以得到晶振標(biāo)稱的諧振頻率。 一般的晶振振蕩電路都是在一個(gè)反相放大器（注意是放大器不是反相器）的兩端接入晶振，再有兩個(gè)電容分別接到晶振的兩端，每個(gè)電容的另一端再接到地，這兩個(gè)電容串聯(lián)的容量值就應(yīng)該等于負(fù)載電容，請(qǐng)注意一般 IC 的引腳都有等效輸入電容，這個(gè)不能忽略。 單片機(jī)串口電路 單片機(jī)內(nèi)部串口與 RS232電平轉(zhuǎn)化電路： 圖 53 單片機(jī)內(nèi)部串口與 RS232電平轉(zhuǎn)化 電路 單片機(jī)與 nRF2401 接口電路 17