【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 于具有 6 個(gè)數(shù)據(jù)管道，可組成 1： 6星形網(wǎng)絡(luò)；同時(shí)，每個(gè)數(shù)據(jù)管道具有收發(fā) 32 字節(jié)的 FIFO。它的缺點(diǎn)在于功耗控制相對(duì)于其他模塊稍弱，而且同等誤碼情況下，距離不及其他模塊，但是由于價(jià)格因素，該模塊還是比較有性價(jià)比的。 方案三 : 采用 NRF24L01 無線射頻模塊進(jìn)行通信 ， nRF24L01 無線模塊是 Nordic公司在 nRF2401AG 基礎(chǔ)上的升級(jí)產(chǎn)品，具有 130μ s 的快速切換和喚醒時(shí)間，與 BK2411一樣，特有的 MultiCeiverMT 硬件同時(shí)提供 6 個(gè)接收機(jī)的功能 ,另 外，將 nRF2401AG的 1Mbit/s 的速率提升至 2Mbit/s，使得高質(zhì)量的 VoIP 成為可能； nRF24L01 在低功耗方面尤為出色，特別適合采用鈕扣電池供電的 應(yīng)用，整個(gè)解決方案包括鏈路層和 MultiCeiver 功能，提供了比 nRF2401AG 更多的功能和更低的電源消耗 ,與目前的藍(lán)牙技術(shù)相比，在提供更高速率的同時(shí)，只需更小的功耗。 方案四：采用 GSM 模塊進(jìn)行通信， GSM 模塊需要借助移動(dòng)衛(wèi)星或者手機(jī)卡，雖說能夠遠(yuǎn)距離傳輸，但是其成本較大、且需要內(nèi)置 SIM 卡，通信過程中需要收費(fèi)，后期成2020 屆電子信息工程畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 本較高。 考慮到方案一的傳輸速率較低，方案二的傳輸距離有限，方案四的成本較高，設(shè)計(jì)決定采用方案三，采用 NRF24L01 編程相對(duì)容易，開發(fā)難度低。 xx：無線溫度檢測(cè)裝置設(shè)計(jì) 8 第 3 章 芯片介紹和硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 單片機(jī)控制模塊 單片機(jī)介紹 單片機(jī) 是一種集成 電 路 芯片 ，是采用 超大規(guī)模集成電路 技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的 中央處理器 CPU、 隨機(jī)存儲(chǔ)器 RAM、 只讀存儲(chǔ)器 ROM、多種 I/O 口和 中斷系統(tǒng) 、 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動(dòng)電路、 脈寬調(diào)制 電路、模擬多路 轉(zhuǎn)換器 、 A/D轉(zhuǎn)換器 等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個(gè)小而完善的 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng) ， 具有高性能，高速度，體積小，價(jià)格低廉，穩(wěn)定可靠，應(yīng)用廣泛 [3] 。 單片機(jī)有著微處理器所不具備的功能，它可以獨(dú)立地完成現(xiàn)代工業(yè)控制所要求的智能化控制功能這就是單片機(jī)的最大特點(diǎn)。然而單片機(jī)又不同于單板機(jī)，芯片在沒有開發(fā)前，它只是具備功能極強(qiáng)的超大規(guī)模集成電路，如果賦予它特定的程序，它便是一個(gè)最小 的、完整的微機(jī)控制系統(tǒng)。它與單板機(jī)或個(gè)人電腦有著本質(zhì)的區(qū)別，單片機(jī)屬于芯片級(jí)應(yīng)用，需要用戶了解單片機(jī)芯片的結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)以及其它集成電路應(yīng)用技術(shù)和系統(tǒng)設(shè)計(jì)所需要的理論和技術(shù)，用這樣特定的芯片設(shè)計(jì)應(yīng)用程序，從而使芯片具備特定的智能 。 在眾多的單片機(jī)系列中， STC89C52 是一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系列可編程 Flash 存儲(chǔ)器。使用 STC 公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè) 80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上 Flash 允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，也適用于常規(guī)編程。在單芯片上，擁有 靈巧的 8位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得STC89C52 為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超高效的解決方案。 STC89C52 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8K 字節(jié) Flash， 256 字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線， 3 個(gè) 16位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，一個(gè)響亮 2 級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外， STC89C52 可降至 0HZ 靜態(tài)邏輯操作，支持 2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下， CPU 停止工作，允許 RAM、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下， RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停 止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。 2020 屆電子信息工程畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 STC89C52 單片機(jī)主要的功能特點(diǎn) ； 兼容 MCS51 指令系統(tǒng) ； 8kB 可反復(fù)擦寫 (大于 1000 次） Flash ROM； 32個(gè)雙向 I/O 口； 256x8bit 內(nèi)部 RAM； 3個(gè) 16 位可編程定時(shí) /計(jì)數(shù)器中斷； 時(shí)鐘頻率 024MHz； 2個(gè)串行中斷，可編程 UART 串行通道； 2個(gè)外部中斷源，共 8 個(gè)中斷源； 2個(gè)讀寫中斷口線， 3 級(jí)加密位； 低功耗空閑和掉電模式， 軟件 設(shè)置睡眠和喚醒功能； 1有 PDIP、 PQFP、 TQFP 及 PLCC 等幾種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。 單片機(jī)引腳介紹 STC89C52 單片機(jī)的引腳介紹，引腳分布如 圖 所示： 圖 單片機(jī)管腳圖 XTAL1（ 19 腳）和 XTAL2（ 18 腳）為振蕩器輸入輸出端口，外接 12MHz 晶振。RST/Vpd（ 9 腳）為復(fù)位輸入端口，外接電阻 電容 組成的復(fù)位電路。 VCC（ 40 腳）和VSS（ 20 腳）為供電端口，分別接 +5V 電源的正負(fù)端。 P0~P3 為可編程通用 I/O 腳，xx：無線溫度檢測(cè)裝置設(shè)計(jì) 10 其功能用途由 軟件 定義 ，在本設(shè)計(jì)中， P0 端口（ 32~39 腳）被定義為 N1 功能 控制端口 ，分別與 N1 的相應(yīng)功能管腳相連接， 13 腳定義為 IR 輸入端， 10 腳和 11 腳定義為 I2C 總線控制端口，分別連接 N1 的 SDAS（ 18 腳）和 SCLS（ 19 腳）端口， 12 腳、27 腳及 28 腳定義為握手信號(hào)功能端口，連接主板 CPU 的相應(yīng)功能端，用于當(dāng)前制式的檢測(cè)及會(huì)聚調(diào)整狀態(tài)進(jìn)入的控制功能。 P0 口 ： P0口是一組 8位漏極開路型雙向 I／ O口，也即地址／數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時(shí)，每位能吸收電流的方式驅(qū)動(dòng) 8個(gè) TTL邏輯門電路，對(duì)端口 P0寫“ l”時(shí)，可作為高阻抗輸入端用。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器時(shí)，這組口線分時(shí)轉(zhuǎn)換地址（低 8位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。在 Flash編程時(shí)， P0口接收指令字節(jié)。而在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)， 校驗(yàn)時(shí)，要求外接上拉電阻。 圖 P0 口 1 位結(jié)構(gòu)圖 P1 口 ： P1 是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流） 4 個(gè) TTL 邏輯門電路。對(duì)端口寫 “1” ，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè) 引腳 被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流 (IIL)。與 STC89C52RC 不同之處是， 和 還可分別 作為定時(shí) /計(jì)數(shù)器 2 的外部計(jì)數(shù)輸入（ ）和輸入（ ） . 2020 屆電子信息工程畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 圖 P1 口 1 位結(jié)構(gòu)圖 P2 口 ： P2 是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 的 輸出 緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流） 4 個(gè) TTL 邏輯門電路。對(duì)端口 P2 寫 “1” ，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口，作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào) 拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流 (IIL)。在訪問外部 程序存儲(chǔ)器 或 16 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行 MOVX @DPTR 指令）時(shí)， P2 口送出高 8 位地址數(shù)據(jù)。在訪問 8 位地址的外部數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)器 （如執(zhí)行 MOVX@RI 指令）時(shí)， P2 口輸出 P2 鎖存器 的內(nèi)容。 Flash 編程 或校驗(yàn)時(shí)， P2亦接收高位地址和一些 控制信號(hào) 。 圖 口 1 位結(jié)構(gòu)圖 P3 口 ： P3 口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口 ， P3 口輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流） 4 個(gè) TTL 邏輯門電路。對(duì) P3 口寫入 “1” 時(shí)，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。此時(shí)，被外部拉低的 P3 口將用上拉電阻輸出電流xx：無線溫度檢測(cè)裝置設(shè)計(jì) 12 （ IIL）。 圖 P3 口 1 位結(jié)構(gòu)圖 P3 口除了作為一般的 I/O 口線外，更重要的用途是它的第二功能 P3 口還接收一些用于 Flash 閃速存 儲(chǔ)器 編程 和程序校驗(yàn)的 控制信號(hào) 。 如下表 所示： 表 P3 口引腳圖 端口引腳 第二功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） INTO （外中斷 0） 1INT （外中斷 1） T0（定時(shí)／計(jì)數(shù)器 0 外部輸入） T1（定時(shí)／計(jì)數(shù)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） RST： 復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)， RST 引腳 出現(xiàn)兩個(gè) 機(jī)器周期 以上高電平將使 單片機(jī) 復(fù)位。 ALE/ PROG ： 當(dāng)訪問外部 程序存儲(chǔ)器 或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， ALE（ 地址鎖存 允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低 8 位字節(jié)。一般情況下， ALE 仍以時(shí)鐘振蕩頻率的 1/6 輸出固定的脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。要注意的是：每當(dāng)訪問2020 屆電子信息工程畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 外部數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)器 時(shí)將跳過一個(gè) ALE 脈沖。對(duì) Flash 存儲(chǔ)器 編程 期間，該 引腳 還用于輸入編程脈沖（ PROG ）。如有必要，可通過對(duì) 特殊功能寄存器 （ SFR）區(qū)中的 8EH 單元的 D0 位置位，可禁止 ALE 操作。該位置位后，只有一條 MOVX 和 MOVC 指令才能將ALE 激活。此外，該 引腳 會(huì)被微弱拉高， 單片機(jī) 執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置 ALE 禁止位無效。 PSEN 程序儲(chǔ)存允許（ PSEN ）輸出是外部程序 存儲(chǔ)器 的讀選通信號(hào)，當(dāng) STC89C52 由外部 程序存儲(chǔ)器 取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，每個(gè) 機(jī)器周期 兩次 PSEN 有效，即輸出兩個(gè)脈沖。在此期間，當(dāng)訪問 外部數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)器，將跳過兩次 PSEN 信號(hào)。 EA /VPP 外部訪問允許。欲使 CPU 僅訪問外部 程序存儲(chǔ)器 （地址為0000H— FFFFH）， EA 端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位 LB1 被 編程 ，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存 EA 端狀態(tài)。如 EA 端為高電平（接 Vcc 端）， CPU 則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器 中的指令。 Flash 存儲(chǔ)器 編程 時(shí)，該 引腳 加上 +12V 的編程允許電源 Vpp，當(dāng)然這必須是該器件是使用 12V 編程 電壓 Vpp。 XTAL1： 振蕩器反相放大器及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。 XTAL2： 振蕩器反相放大器的輸出端。 無線收發(fā)模塊介紹 介紹 nRF24L01 是一款新型單片射頻收發(fā)器件 ,工作于 GHz～ GHz ISM 頻段。內(nèi)置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器、調(diào)制器等功能模塊 ,并融合了增強(qiáng)型ShockBurst 技術(shù)，其中輸出功率和通信頻道可通過程序進(jìn)行配置。 nRF24L01 功耗低 ,在以 6 dBm 的功率發(fā)射時(shí)，工作電流也只有 9 mA。接收時(shí)，工作電流只有 mA，多種低功率工作模式 (掉電模式和空閑模式 )使節(jié)能設(shè)計(jì)更方便。 NRF24L01 的主要特點(diǎn)： (1) 全球開放 ISM 頻段免許可證使用 。 (2) 最高 工作速率 2Mbps，高效 GFSK調(diào)制，抗干擾能力強(qiáng)，特別適合工業(yè)控制場(chǎng)合 。 (3) 126 頻道，滿足多點(diǎn)通信和跳頻通信需要 。 (4) 內(nèi)置硬件 CRC 檢錯(cuò)和點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)通信地址控制 。 (5) 低功耗 工作，待機(jī)模式下狀態(tài)為 22uA；掉電模式下為 900nA 。 (6) 內(nèi)置 天線，體積種類多樣 。 xx：無線溫度檢測(cè)裝置設(shè)計(jì) 14 (7) 模塊可軟件設(shè)地址，只有收到本機(jī)地址時(shí)才會(huì)輸出數(shù)據(jù)（提供中斷指示 )， 可直接接各種單片機(jī)使用，軟件編程非常方便 。 (8) 內(nèi)置專門穩(wěn)壓電路，使用各種電源包括 DC/DC 開關(guān)電源均 有很好的通信效果 。 (9) ， DIP封裝 。 (10)工作于 Enhanced ShockBurst 具有 Automatic packet handling, Auto packet transaction handling,具有可選的內(nèi)置包應(yīng)答機(jī)制，極大的降低丟包率。 引腳功能及描述 nRF24L01 的封裝及引腳排列如圖所示。各引腳功能如下： 圖 nRF24L01 封裝圖 CE：使能發(fā)射或接收 ； CSN， SCK， MOSI， MISO： SPI引腳端 ， 微處理器可通過此引腳配置 nRF24L01： IRQ：中斷標(biāo)志位 ； VDD：電源輸入端 ； VSS：電源地 ； XC2， XC1：晶體振蕩器引腳 ； VDD_PA：為功率放大器供電，輸出為 V； ANT1,ANT2：天線接口 ； IREF：參考電流輸入。 2020 屆電子信息工程畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 表 引腳圖 引腳 名稱 引腳功能 描述 1 CE 數(shù)字輸入 RX 或 TX 模式選擇 2 CSN 數(shù)字輸入 SPI 片選信號(hào) 3 SCK 數(shù)字輸入 SPI 時(shí)鐘 4 MOSI 數(shù)字輸入 從 SPI 數(shù)據(jù)輸入腳 5 MISO 數(shù)字 輸入 從 SPI 數(shù)據(jù)輸入腳 6 IRQ 數(shù)字輸入 可屏蔽中斷腳