【文章內(nèi)容簡介】 由SCK、MISO、MOSI、CSN4個(gè)引腳組成的，對應(yīng)5個(gè)內(nèi)置寄存器和1個(gè)SPI指令集。5個(gè)內(nèi)置寄存器分別是狀態(tài)寄存、RF配置寄存器、發(fā)送地址寄存器、發(fā)送有效數(shù)據(jù)寄存器、接受有效數(shù)據(jù)寄存器。某個(gè)SPI指令的設(shè)置決定了相應(yīng)的功能。只有當(dāng)nRF905處于待機(jī)或掉電狀態(tài)，SPI接口才工作。任何一條指令均從CSN的由高到低的轉(zhuǎn)換開始。寄存器操作時(shí)，每次只能讀寫一個(gè)字節(jié)，或者先給出讀寫的開始字節(jié)地址，然后再進(jìn)行讀寫操作。 LED數(shù)碼顯示器 LED顯示器的結(jié)構(gòu)與原理LED數(shù)碼管顯示器是由發(fā)光二極管按一定的結(jié)構(gòu)組合起來的顯示器件。在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中通常使用的是8段式LED數(shù)碼管顯示器，它有共陰極和共陽極兩種，本系統(tǒng)用的是4位共陰數(shù)碼管，如圖29所示。圖29 LED4位共陰極數(shù)碼管 LED數(shù)碼管顯示器的譯碼方式所謂譯碼方式是指由顯示字符轉(zhuǎn)換得到對應(yīng)的字段碼的方式。對于LED數(shù)碼管顯示器，通常譯碼方式有兩種：硬件譯碼方式和軟件譯碼方式。硬件譯碼方式硬件譯碼方式是指利用專門的硬件電路來實(shí)現(xiàn)顯示字符到字段碼的轉(zhuǎn)換，這樣的硬件電路有很多，比如Motorla公司生產(chǎn)的MC14495芯片就是其中的一種，MC14495是共陰極一位十六進(jìn)制數(shù)字段碼轉(zhuǎn)換芯片，能夠輸出用4位二進(jìn)制數(shù)表示形式的一位十六進(jìn)制數(shù)的7位字段碼，不帶小數(shù)點(diǎn)。硬件譯碼時(shí)，要顯示一個(gè)數(shù)字，只須送出這個(gè)數(shù)字的4位二進(jìn)制編碼即可，軟件開銷較小，但硬件線路復(fù)雜，需要增加硬件譯碼芯片，硬件造價(jià)相對較高。軟件譯碼方式：軟件譯碼方式就是編寫軟件譯碼程序，通過譯碼程序來得到要顯示的字符的字段碼。譯碼程序通常為查表程序，軟件開銷較大，但是硬件線路簡單，在實(shí)際系統(tǒng)中經(jīng)常用到。 LED數(shù)碼管的顯示方式LED數(shù)碼管在顯示時(shí)，通常有兩種顯示方式：靜態(tài)顯示方式和動(dòng)態(tài)顯示方式。本設(shè)計(jì)LED采用的是動(dòng)態(tài)顯示。1）LED靜態(tài)顯示LED靜態(tài)顯示時(shí)，其公共端直接接地（共陰極）或接電源（共陽極），各段選線分別與I/O接口線相連。要顯示字符，直接在I/O線發(fā)送相應(yīng)的字段碼。靜態(tài)顯示結(jié)構(gòu)簡單，顯示方便，要顯示某個(gè)字符，直接在I/O線上發(fā)送相應(yīng)的字段碼，但一個(gè)數(shù)碼管需要8根I/O線，如果數(shù)碼管個(gè)數(shù)少，這時(shí)用起來方便，但如果數(shù)碼管數(shù)目較多，這時(shí)要占用很多I/O線，所以當(dāng)數(shù)碼管數(shù)目較多時(shí)，往往采用動(dòng)態(tài)顯示方式。2）LED動(dòng)態(tài)顯示LED動(dòng)態(tài)顯示是將所有的數(shù)碼管的段選線并接在一起，用一個(gè)I/O接口控制，公共端不是直接接地（共陰極）或電源（共陽極），而是通過相應(yīng)的I/O接口線控制。動(dòng)態(tài)顯示所用的I/O接口信號線少，線路簡單，但是軟件開銷大，需要CPU周期性地對它刷新，因此會占用CPU大量的時(shí)間。 LED驅(qū)動(dòng)及硬件連接電路1）LED驅(qū)動(dòng)器件ULN2003ULN2003 是高耐壓、大電流復(fù)合晶體管陣列，由七個(gè)硅NPN 復(fù)合晶體管組成。ULN2003是大電流驅(qū)動(dòng)陣列,多用于單片機(jī)、智能儀表、PLC、數(shù)字量輸出卡等控制電路中?？芍苯域?qū)動(dòng)繼電器等負(fù)載。ULN2003 是高壓大電流達(dá)林頓晶體管陣列系列產(chǎn)品,具有電流增益高、工作電壓高、溫度范圍寬、帶負(fù)載能力強(qiáng)等特點(diǎn),適應(yīng)于各類要求高速大功率驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)。ULN2003引腳如圖210所示。圖210 ULN2003引腳圖2）LED與驅(qū)動(dòng)ULN2003及89C52單片機(jī)的連接如圖211所示。圖211 LED硬件連接圖89C52芯片內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器，用于構(gòu)成振蕩器。反相放大器的輸入端為XTAL1，輸出端為XTAL2，兩端跨接石英晶體及兩個(gè)電容就可以構(gòu)成穩(wěn)定的自激振蕩器。電容C3和C4通常取30pF左右，可穩(wěn)定頻率對振蕩頻率有微調(diào)作用。振蕩脈沖頻率范圍為f=024MHZ。具體的電路如圖212所示。圖212 時(shí)鐘電路圖RST引腳是復(fù)位輸入端。復(fù)位信號是高電平有效，其有效時(shí)間應(yīng)持續(xù)24個(gè)振蕩周期以上。復(fù)位操作有上電自動(dòng)復(fù)位和按鍵手動(dòng)復(fù)位兩種方式。系統(tǒng)上電運(yùn)行后需要復(fù)位，復(fù)位電路雖然簡單，但是它的作用非常重要，一個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)能否正常運(yùn)行，首先要檢查是否復(fù)位成功。本系統(tǒng)采用的是上電自動(dòng)復(fù)位。其電路如圖213所示。圖213 復(fù)位電路圖本系統(tǒng)單片機(jī)的供電電源是由外接USB線供電。如圖214為電源電路圖。圖214 電源電路圖1）串行通信的概念串行通信是指使用一條數(shù)據(jù)線，將數(shù)據(jù)一位一位地依次傳輸，每一位數(shù)據(jù)占據(jù)一個(gè)固定的時(shí)間長度。其只需要少數(shù)幾條線就可以在系統(tǒng)間交換信息，特別使用于計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)、計(jì)算機(jī)與外設(shè)之間的遠(yuǎn)距離通信。2）串行通信的數(shù)據(jù)傳送方式在串行通信中，數(shù)據(jù)通常是校驗(yàn)、偶校驗(yàn)、和無校驗(yàn)，由用戶根據(jù)需要選定。在發(fā)送端和接收端之間進(jìn)行傳送，根據(jù)數(shù)據(jù)傳送的方向，可以分成三種基本的傳送形式：單工、全雙工和半雙工。單工形式的數(shù)據(jù)傳送是單向的，只需要一根數(shù)據(jù)線。半雙工形式的數(shù)據(jù)的傳送是雙向的，但任何時(shí)刻只能由其中的一方發(fā)送數(shù)據(jù)，另一方接受數(shù)據(jù)。半雙工形式比單工形式靈活，但它的效率較低，由發(fā)送方式切換到接收方式所需要的時(shí)間大約為數(shù)個(gè)毫秒，這個(gè)時(shí)間延遲對時(shí)間較為敏感的系統(tǒng)是無法接受的。全雙工形式下，采用了信道劃分技術(shù)，避免了半雙工形式的缺點(diǎn)，數(shù)據(jù)傳送是雙向的，且可以同時(shí)發(fā)送和接受數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)采用了效率較高的全雙工通信形式。3）串行通信的傳送速率在串行通信中，用“波特率”來描述數(shù)據(jù)的傳輸速率。所謂波特率，即每秒鐘傳送的二進(jìn)制位數(shù)，其單位為bps。它是衡量串行數(shù)據(jù)傳輸速度快慢的重要指標(biāo)。接收方的波特率和發(fā)送方的波特率可以分別設(shè)置，但接收方的接受波特率必須與發(fā)送方的發(fā)送波特率相同。 RS232串口通信典型地，串口用于ASCII碼字符的傳輸。通信使用3根線完成：（1）地線，（2）發(fā)送，（3）接受。由于串口通信是異步的，端口能夠在一根線上發(fā)送數(shù)據(jù)同時(shí)在另一根線上接受數(shù)據(jù)。其他線用于握手，但是不是必須的。串口通信最重要的參數(shù)是波特率、數(shù)據(jù)位、停止位、和奇偶校驗(yàn)。對于兩個(gè)進(jìn)行通信的端口，這些參數(shù)必須匹配：：這是一個(gè)衡量通信速度的參數(shù)。它表示每秒鐘傳送的bit的個(gè)數(shù)。例如300波特表示每秒鐘發(fā)送300個(gè)bit。當(dāng)我們提到時(shí)鐘周期時(shí)，我們就是指波特率。例如如果協(xié)議需要4800波特率，那么時(shí)鐘是4800Hz。這意味著串口通信在數(shù)據(jù)線上的采樣率為4800Hz。：這是衡量通信中實(shí)際數(shù)據(jù)位的參數(shù)。當(dāng)計(jì)算機(jī)發(fā)送一個(gè)信息包，實(shí)際的數(shù)據(jù)不會是8位的，標(biāo)準(zhǔn)的值是7和8位。如何設(shè)置取決于你想傳送的信息。比如，標(biāo)準(zhǔn)的ASCII碼是0127（7位）。擴(kuò)展的ASCII碼是0255（8位）。如果數(shù)據(jù)使用簡單的文本，那么每個(gè)數(shù)據(jù)包使用7位數(shù)據(jù)。每個(gè)包指一個(gè)字節(jié)，包括開始/停止位，數(shù)據(jù)位和奇偶校驗(yàn)位。由于實(shí)際數(shù)據(jù)位取決于通信協(xié)議的選取，術(shù)語“包”指任何通信的情況。：用于表示單個(gè)包的最后一位，典型的值為1,。由于數(shù)據(jù)是傳輸線上定時(shí)的，并且每一個(gè)設(shè)備有其自己的時(shí)鐘，很可能在通信中兩臺設(shè)備間出現(xiàn)了小小的不同步，因此停止位不僅僅是表示傳輸?shù)慕Y(jié)束，而且提供計(jì)算機(jī)校正時(shí)鐘同步的機(jī)會。：在串口通信中一種簡單的檢錯(cuò)方式，有四種檢錯(cuò)方式：偶、奇、高和低。當(dāng)然沒有校驗(yàn)位也是可以的。對于奇偶校驗(yàn)的情況，串口會設(shè)置校驗(yàn)位，用一個(gè)值確保傳輸?shù)臄?shù)據(jù)有偶個(gè)或者奇?zhèn)€邏輯高位。例如，如果數(shù)據(jù)是011，那么對于偶校驗(yàn)校驗(yàn)位為0，保證邏輯高的位數(shù)是偶數(shù)個(gè)。如果是奇校驗(yàn)校驗(yàn)位為1，這樣就有3個(gè)邏輯高位。高位和地位不真正的檢查數(shù)據(jù)，簡單置位邏輯高或者邏輯低校驗(yàn)。這樣使得接受設(shè)備能夠知道一個(gè)位的狀態(tài)，有機(jī)會判斷是否有噪聲干擾了通信或者是否傳輸和接受數(shù)據(jù)是否不同步。 信號轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)本系統(tǒng)串口部分，采用PL2303控制器作為USB/RS232雙向轉(zhuǎn)換器。該器件作為USB/RS232雙向轉(zhuǎn)換器，一方面從主機(jī)接受USB數(shù)據(jù)并將其轉(zhuǎn)換為RS232信息流格式發(fā)送給外設(shè)；另一方面從RS232外設(shè)接受數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為USB數(shù)據(jù)格式傳送回主機(jī)。這些由器件自動(dòng)完成。 PL2303（USB轉(zhuǎn)RS232控制器）PL2303是Prolific公司生產(chǎn)的一種高度集成的RS232USB接口轉(zhuǎn)換器，可以提供一個(gè)RS232全雙工異步串行通信裝置與USB功能接口便利連接的解決方案。其管腳如圖215所示。該器件內(nèi)置USB功能控制器、USB收發(fā)器、振蕩器和帶有全部調(diào)制解調(diào)器控制信號的UART，只需外接幾個(gè)電容就可以實(shí)現(xiàn)USB信號與RS232信號的轉(zhuǎn)換，能夠方便的嵌入到各種設(shè)備。通過利用USB傳輸模式，利用龐大的數(shù)據(jù)緩沖器和自動(dòng)流量控制，PL2303HX比傳統(tǒng)的UART（通用異步收發(fā)器）端口能夠?qū)崿F(xiàn)更高的吞吐量，高達(dá)115200bps的波特率可用于更高性能的使用。圖215 PL2303管腳細(xì)節(jié)圖（1）（全速兼容）（2），12MHz的晶體振蕩器（3）支持RS232這樣的串行接口 （TxD和RxD）（RTS,CTS,DTR,DSR,DCD和RI）,6,7或8個(gè)數(shù)據(jù)位，一個(gè)半，或兩個(gè)停止位，幀錯(cuò)誤和串行中斷檢測（4）寬廣的流量控制機(jī)制（5）可配置的512個(gè)字節(jié)雙向數(shù)據(jù)緩沖器(6)支持從遠(yuǎn)程輸入相關(guān)調(diào)制信號進(jìn)行喚醒功能（6）兩個(gè)通用的I/O引腳（7）啟動(dòng)時(shí)可以將配置存儲于外部的EPROM USB接口USB接口部主要由三部分組成，分別是USB接頭，USB供電和USB數(shù)據(jù)收發(fā)。提供USB的物理接口，通過USB線可與USB設(shè)備鏈接。整個(gè)USB轉(zhuǎn)串口線不需要外接電源，直接使用USB供電即可。USB接口與USB轉(zhuǎn)串口主芯片（PL2303）的通訊。 PL2303芯片與單片機(jī)的連接USB轉(zhuǎn)串口主芯片（PL2303）是電路的核心部分，提供USB和串口的橋轉(zhuǎn)換。它主要由三部分組成，分別是USB轉(zhuǎn)串口主芯片PL230PL2303工作晶振和PL2303外圍電路。如下圖216為PL2303外圍電路及與單片機(jī)連接圖。圖216 PL2303芯片與單片機(jī)鏈接3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)編程時(shí)采用模塊化設(shè)計(jì)思想，系統(tǒng)中各主要功能模塊均編成獨(dú)立的函數(shù)在主程序中加以調(diào)用，程序主要由以下功能模塊組成：上電初始化程序、無線收發(fā)程序、數(shù)據(jù)包打包拆包程序、數(shù)據(jù)處理程序。發(fā)送端和接收端在上電后首先調(diào)用初始化程序，完成無線收發(fā)頻率、工作模式、發(fā)射速率、內(nèi)部寄存器的初始化配置；無線收發(fā)程序負(fù)責(zé)接受和發(fā)送經(jīng)過打包后的數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)打包程序?qū)⒉杉瘮?shù)據(jù)根據(jù)通信協(xié)議加上幀頭、地址、CRC校驗(yàn)字節(jié)，形成完整的數(shù)據(jù)包；數(shù)據(jù)拆包程序根據(jù)通信協(xié)議將接收到的數(shù)據(jù)包去掉幀頭、地址信息、取出其中的有用數(shù)據(jù)，并檢驗(yàn)數(shù)據(jù)包中的CRC字節(jié)以檢驗(yàn)接收到的數(shù)據(jù)的正確性；數(shù)據(jù)處理程序?qū)邮盏降挠行?shù)據(jù)進(jìn)行簡單的計(jì)算機(jī)處理后將其通過串口發(fā)送到計(jì)算機(jī)，作進(jìn)一步分析和處理。系統(tǒng)整體軟件框圖如下31，圖32所示。圖31為發(fā)射系統(tǒng)程序框圖，圖32為接受系統(tǒng)程序框圖。圖31 發(fā)射系統(tǒng)主程序框圖圖32 接受系統(tǒng)主程序框圖DS18B20溫度采集流程DS18B20以單總線協(xié)議工作，單片機(jī)首先發(fā)送復(fù)位脈沖，使信號線DS18B20被復(fù)位，接著發(fā)送ROM操作命令，使DS18B20被激活進(jìn)入接受內(nèi)存訪問命令狀態(tài)。內(nèi)存訪問命令完成溫度轉(zhuǎn)換、讀取等工作。系統(tǒng)以ROM命令和存儲器命令的形式對DS18B20操作。ROM操作命令均為8位，命令代碼分別為：讀ROM（33H）、匹配ROM（55H）、跳過ROM（CCH）、搜索ROM（F0H）和告警搜索（ECH）命令。存儲器操作命令為：寫暫存存儲器（4EH）、讀暫存存儲器（BEH）、復(fù)制暫存存儲器（48H）、溫度變換（44H）、重新調(diào)出EERAM（B8H）和讀電源供電方式(B4H)命令。下圖33為溫度采集流程圖。圖33 溫度采集流程圖無線模塊數(shù)據(jù)收發(fā)流程下面為典型的 nRF905 模塊數(shù)據(jù)發(fā)送流程：（1）當(dāng)微控制器要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，將接收機(jī)的地址和發(fā)送數(shù)據(jù)通過SPI 接口傳輸給nRF905 模塊；（2）微控制器設(shè)置TRX_CE 和TX_EN 管腳同時(shí)置為高電平，啟動(dòng)發(fā)送端的nRF905 模塊為發(fā)送模式；（3）發(fā)送端的nRF905 模塊發(fā)送過程處理：a）射頻寄存器開啟；b）數(shù)據(jù)打包（加字頭和CRC 校驗(yàn)碼）；c）數(shù)據(jù)包發(fā)送；d）當(dāng)數(shù)據(jù)包發(fā)送結(jié)束，將數(shù)據(jù)發(fā)送完成管腳（DR 管腳）置為高電平；（4）如果AUTO_RETRAN 被設(shè)置為高，nRF905 模塊將連續(xù)地發(fā)送數(shù)據(jù)包，直到TRX_CE 被設(shè)置為低；（5）TRX_CE 被設(shè)置為低時(shí)，nRF905 模塊數(shù)據(jù)包發(fā)送過程結(jié)束并回到待機(jī)模式。89C52單片機(jī)控制nRF905 模塊數(shù)據(jù)發(fā)送流程圖如圖34所示。圖34 nRF905發(fā)送數(shù)據(jù)流程下面為典型的 nRF905 模塊數(shù)據(jù)接收流程：（1）微控制器控制TRX_CE 為高電平、TX_EN 為低電平，nRF905 模塊進(jìn)入接收模式；（2）650us 后，nRF905 模塊監(jiān)測空中的信息，等待接收數(shù)據(jù)；（3）當(dāng)nRF905 模塊檢測到與接收頻率相同的載波時(shí)，設(shè)置載波檢測管腳（CD 管腳）為高電平；（4）當(dāng)nRF905 模塊接收到有效的地址時(shí)，設(shè)置地址匹配管腳（AM 管腳）為高電平；（5）當(dāng)一個(gè)正確的數(shù)據(jù)包接收完畢后，nRF905 模塊自動(dòng)去掉數(shù)據(jù)包的字頭、地址和CRC 校驗(yàn)碼，然后將數(shù)據(jù)接受完成管腳置為高電平；（6）微控制器將TRX_CE設(shè)置為低電平；（7）微控制器通過SPI 接口以一定的速率提取數(shù)據(jù)包中的有效接收數(shù)據(jù)；（8）當(dāng)所有的有效數(shù)據(jù)接收完畢，微控制器控制nRF905模塊數(shù)據(jù)接收完成管腳（DR 管腳）和地址匹配管腳（AM管腳）為低電平；（9）nRF905 進(jìn)入待機(jī)模式。89C52單片機(jī)控制nRF905模塊數(shù)據(jù)接受流程圖如圖35所示。圖35 nRF905接受數(shù)據(jù)流程單片機(jī)開發(fā)中需要有專門的編程軟件，我們寫的C語言源程序要變?yōu)镃PU可以執(zhí)行的機(jī)器碼。機(jī)器匯編是通過匯編軟件將源程序變?yōu)闄C(jī)器碼，用于MCS51單片機(jī)的匯編軟件有早期的A51，隨著單片機(jī)開發(fā)技術(shù)的不斷發(fā)展，從普遍使用匯編語言到逐漸使用高