【文章內(nèi)容簡介】 單片機(jī)，系統(tǒng)時(shí)鐘兼容傳統(tǒng)8051。STC12C5A60S2系列單片機(jī)有兩個(gè)時(shí)鐘源：內(nèi)部R/C振蕩時(shí)鐘和外部晶體時(shí)鐘?，F(xiàn)出廠標(biāo)準(zhǔn)配置是使用芯片內(nèi)部的R/C振蕩器，5V單片機(jī)常溫下頻率是 5V單片機(jī)常溫下頻率是11MHz 17MHz,3V單片機(jī)常溫下頻率是8MHz 12MHz,因?yàn)殡S著溫度的變化，內(nèi)部R/C振蕩器的頻率會有一些溫飄，再加上制造誤差，故內(nèi)部R/C振蕩器只適用于對時(shí)鐘頻率要求不敏感的場合。提供了外部時(shí)鐘電路和內(nèi)部時(shí)鐘電路兩種方式，在晶振兩端接2個(gè)30pf的陶瓷電容。這兩個(gè)電容成為晶振的負(fù)載電容，它會影響晶振的諧振頻率和輸出幅度。具體晶振電路如圖5所示：圖5 STC12C5A60S2單片機(jī)時(shí)鐘電路 nRF2401無線收發(fā)模塊 nRF2401芯片概述及引腳說明nRF2401是一款新型單片射頻收發(fā)器件， GHz～ GHz ISM頻段。nRF2401內(nèi)置地址解碼器、先入先出堆棧區(qū)、解調(diào)處理器、時(shí)鐘處理器、GFSK濾波器、低噪聲放大器、頻率合成器，功率放大器等功能模塊，需要很少的外圍元件，nRF2401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)， 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。因此使用起來非常方便。QFN24引腳封裝，外形尺寸只有55mm。其基本特性如下：l ；l 最高工作速率1Mbps，高效GFSK調(diào)制，抗干擾能力強(qiáng)，適合工業(yè)控制場合；l 125頻道，滿足多點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)通信需要；l 內(nèi)置硬件8/16位CRC校驗(yàn)和點(diǎn)對多點(diǎn)通信地址控制，結(jié)合TDMACDMAFDMA原理，可實(shí)現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)通訊；l ~，待機(jī)模式下狀態(tài)僅為1uA；l 模塊可軟件設(shè)地址，只有收到本機(jī)地址時(shí)才會輸出數(shù)據(jù)（提供中斷指示），可和各種單片機(jī)使用，軟件編程非常方便；l 收發(fā)完成狀態(tài)提示，每次最多可發(fā)28字節(jié)；l 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；l 雙通道數(shù)據(jù)接收，內(nèi)置環(huán)形天線，開闊無干擾條件通信距離在100米左右。nRF2401的引腳說明見表1：表1 nRF2401引腳引腳名稱引腳功能描述1VDD電源電源正端2VDD電源電源正端3GND電源電源地4GND電源電源地5CE數(shù)字輸入使nRF2401工作于接收或發(fā)送狀態(tài)6CSN數(shù)字輸入配置模式的片選端7SCK數(shù)字I/O口串行時(shí)鐘8MOSI數(shù)字輸出主機(jī)輸出9MISO數(shù)字輸入主機(jī)輸入10IRQ中斷 nRF2401工作模式nRF2401有四種工作模式：收發(fā)模式、配置模式、空閑模式和關(guān)機(jī)模式。nRF2401的工作模式由PWR_UP、PWRIM_RX和CE三個(gè)引腳決定。其工作模式見表2：表2 nRF2401工作模式工作模式PWRUPCEPWRIM_RX接收模式111發(fā)送模式110空閑模式10關(guān)機(jī)模式0ShockBurstTM發(fā)射流程：當(dāng)微控制器有數(shù)據(jù)要發(fā)送時(shí)，其把CE置高，使nRF2401工作，把接收機(jī)的地址和要發(fā)送的數(shù)據(jù)按時(shí)序送入nRF2401，微控制器把CE置低，激發(fā)nRF2401進(jìn)行ShockBurstTM發(fā)射，nRF2401的ShockBurstTM發(fā)射，給射頻前端供電，射頻數(shù)據(jù)打包(加字頭、CRC校驗(yàn)碼)，高速發(fā)射數(shù)據(jù)包，發(fā)射完成，nRF2401進(jìn)入空閑狀態(tài)。ShockBurstTM接收流程：配置本機(jī)地址和要接收的數(shù)據(jù)包大小，進(jìn)入接收狀態(tài)，把CE置高，200us后，nRF2401進(jìn)入監(jiān)視狀態(tài)，等待數(shù)據(jù)包的到來，當(dāng)接收到正確的數(shù)據(jù)包(正確的地址和CRC校驗(yàn)碼)，nRF2401自動把字頭、地址和CRC校驗(yàn)位移去，nRF2401通過把DR1(這個(gè)引腳一般引起微控制器中斷)置高通知微控制器，微控制器把數(shù)據(jù)從nRF2401移出，所有數(shù)據(jù)移完，nRF2401把DR1置低，此時(shí)，如果CE為高，則等待下一個(gè)數(shù)據(jù)包，如果CE為低，開始其它工作流程。216。 配置模式在配置模式下，15字節(jié)的配置字被送到nRF2401，這通過CS、CLK1和DATA三個(gè)引腳完成，具體的配置方法參照本設(shè)計(jì)的器件配置部分。216。 空閑模式nRF2401的空間模式是為了減小平均工作電流而設(shè)計(jì)，其最大的優(yōu)點(diǎn)是：實(shí)現(xiàn)節(jié)能的同時(shí)，縮短芯片的啟動時(shí)間。在空閑模式下，部分片內(nèi)晶振仍在工作，此時(shí)的工作電流跟外部晶振的頻率有關(guān)，如外部晶振為4MHz時(shí)工作電流為12uA，外部晶振為16MHz時(shí)工作電流為32uA。在空閑模式下，配置字的內(nèi)容保持在nRF2401片內(nèi)。216。 關(guān)機(jī)模式在關(guān)機(jī)模式下，為了得到最小的工作電流，一般此時(shí)的工作電流小于1uA。關(guān)機(jī)模式下，配置字的內(nèi)容也會被保持在nRF2401片內(nèi)，這是該模式與斷電狀態(tài)最大的區(qū)別。 nRF2401器件配置以下介紹把nRF2401配置為ShockBurstTM收發(fā)模式的器件配置方法。ShockBurstTM的配置字使nRF2401能夠處理射頻協(xié)議，在配置完成后，在nRF2401工作的過程中，只需改變其最低一個(gè)字節(jié)中的內(nèi)容，以實(shí)現(xiàn)接收模式和發(fā)送模式之間切換。ShockBurstTM的配置字可以分為以下四個(gè)部分：數(shù)據(jù)寬度：聲明射頻數(shù)據(jù)包中數(shù)據(jù)占用的位數(shù)。這使得nRF2401能夠區(qū)分接收數(shù)據(jù)包中的數(shù)據(jù)和CRC校驗(yàn)碼；地址寬度：聲明射頻數(shù)據(jù)包中地址占用的位數(shù)。這使得nRF2401能夠區(qū)分地址和數(shù)據(jù)；地址：接收數(shù)據(jù)的地址，有通道1的地址和通道2的地址；CRC：使nRF2401能夠生成CRC校驗(yàn)碼和解碼。當(dāng)使用nRF2401片內(nèi)的CRC技術(shù)時(shí)，要確保在配置字中CRC校驗(yàn)被使能，并且發(fā)送和接收使用相同的協(xié)議。nRF2401配置字的各個(gè)位的描述見表3。在配置模式下，注意保證PWR_UP引腳為高電平，CE引腳為低電平。配置字從最高位開始，依次送入nRF2401。在CS引腳的下降沿，新送入的配置字開始工作?！”? nRF2401配置字描述ShockBurstTM配置位位數(shù)名字功能143:12024TEST保留119：1128DATA2W接收頻道2有效數(shù)據(jù)的長度111：1048DATA1W接收頻道1有效數(shù)據(jù)的長度103：6440ADDR2接收頻道2的地址，最高位5字節(jié)63:2440ADDR1接收頻道1的地址，最高位5字節(jié)23:186ADDRW接收頻道地址位數(shù)171CRCL 8或16位CRC161CRCEN使能CRC檢驗(yàn)常用器件配置151RX2EN使能第二頻道141CM通信方式設(shè)置131RFDRSB發(fā)射數(shù)據(jù)速率(1Mbs需要16MHz晶振)12：103XOF晶振頻率9：82RFPWR發(fā)射輸出電源7：17RFCH頻道設(shè)置01RXEN接收或發(fā)射操作在配置模式下，注意保證PWR_UP引腳為高電平，CE引腳為低電平。配置字從最高為開始，依次送入nRF2401。在CS引腳的下降沿，新送入的配置字開始工作。 nRF2401工作原理發(fā)射數(shù)據(jù)時(shí)，首先將nRF2401配置為發(fā)射模式：接著把接收節(jié)點(diǎn)地址TX_ADDR和有效數(shù)據(jù)TX_PLD按照時(shí)序由SPI口寫入nRF2401緩存區(qū)，TX_PLD必須在CSN為低時(shí)連續(xù)寫入，而TX_ADDR在發(fā)射時(shí)寫入一次即可，然后CE置為高電平并保持至少10μs，延遲130μs后發(fā)射數(shù)據(jù)。若自動應(yīng)答開啟，那么nRF2401在發(fā)射數(shù)據(jù)后立即進(jìn)入接收模式，接收應(yīng)答信號（自動應(yīng)答接收地址應(yīng)該與接收節(jié)點(diǎn)地址TX_ADDR一致）。如果收到應(yīng)答，則認(rèn)為此次通信成功，TX_DS置高，同時(shí)TX_PLD從TX FIFO中清除；若未收到應(yīng)答，則自動重新發(fā)射該數(shù)據(jù)(自動重發(fā)已開啟)，若重發(fā)次數(shù)(ARC)達(dá)到上限，MAX_RT置高，TX FIFO中數(shù)據(jù)保留以便在次重發(fā)；MAX_RT或TX_DS置高時(shí)，使IRQ變低，產(chǎn)生中斷，通知MCU。最后發(fā)射成功時(shí)，若CE為低則nRF2401進(jìn)入空閑模式1；若發(fā)送堆棧中有數(shù)據(jù)且CE為高，則進(jìn)入下一次發(fā)射；若發(fā)送堆棧中無數(shù)據(jù)且CE為高，則進(jìn)入空閑模式2。接收數(shù)據(jù)時(shí)，首先將nRF2401配置為接收模式，接著延遲130μs進(jìn)入接收狀態(tài)等待數(shù)據(jù)的到來。當(dāng)接收方檢測到有效的地址和CRC時(shí)，就將數(shù)據(jù)包存儲在RX FIFO中，同時(shí)中斷標(biāo)志位RX_DR置高，IRQ變低，產(chǎn)生中斷，通知MCU去取數(shù)據(jù)。若此時(shí)自動應(yīng)答開啟，接收方則同時(shí)進(jìn)入發(fā)射狀態(tài)回傳應(yīng)答信號。最后接收成功時(shí)，若CE變低，則nRF2401進(jìn)入空閑模式1。在寫寄存器之前一定要進(jìn)入待機(jī)模式或掉電模式。給出SPI操作及時(shí)序圖，如圖：圖6 SPI讀操作圖7 SPI寫操作 電源轉(zhuǎn)換~ V， V 直流電源來直接對無線發(fā)射接收模塊供電，5 V 電源經(jīng)LM317芯片轉(zhuǎn)換后可得到穩(wěn)定的直流電源，其電源轉(zhuǎn)換電路如圖8所示：圖8 無線模塊電源轉(zhuǎn)換電路 電機(jī)驅(qū)動模塊該模塊由DHT11數(shù)字溫濕度傳感器來實(shí)現(xiàn)。它應(yīng)用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性與卓越的長期穩(wěn)定性。傳感器包括一個(gè)電阻式感濕元件和一個(gè)NTC測溫元件，并與一個(gè)高性能8位單片機(jī)相連接。因此該產(chǎn)品具有品質(zhì)卓越、超快響應(yīng)、抗干擾能力強(qiáng)、性價(jià)比極高等優(yōu)點(diǎn)。單線制串行接口，使系統(tǒng)集成變得簡易快捷。超小的體積、極低的功耗，信號傳輸距離可達(dá)20米以上，使其成為各類應(yīng)用甚至最為苛刻的應(yīng)用場合的最佳選則。產(chǎn)品為4針單排引腳封裝。 無刷直流電機(jī)原理無刷直流電機(jī)主要由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成，轉(zhuǎn)子在電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)處于轉(zhuǎn)動狀態(tài)，一般采用永磁材料組成，而三相定子繞組保持靜止。電機(jī)采用智能電子換向技術(shù)，以取代傳統(tǒng)的有刷電機(jī)中的機(jī)械換向，根據(jù)換向信號一次給電樞繞組饋電，從而在定子上產(chǎn)生跳躍式的旋轉(zhuǎn)磁場，與永磁轉(zhuǎn)子相互作用產(chǎn)生恒定的電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。電機(jī)的速度和轉(zhuǎn)矩取決于電機(jī)繞組所產(chǎn)生的磁場的強(qiáng)度，磁場的強(qiáng)度又取決于流經(jīng)每個(gè)繞組的電流大小。因此，可以通過PWM技術(shù)控制逆變器功率開關(guān)管的開通占空比來調(diào)整繞組電壓，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制。 電機(jī)控制硬件原理圖傳感器性能說明見表5：引腳電平電機(jī)狀態(tài)引腳電平電機(jī)狀態(tài)EAA1A2EBB1B2101正轉(zhuǎn)101正轉(zhuǎn)110反轉(zhuǎn)110反轉(zhuǎn)111停止111停止100停止100停止0**停止0**停止圖10 電機(jī)驅(qū)動原理圖該模塊主要由芯片L298控制兩個(gè)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，以及改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，其電路如圖 10 所示。L298 芯片是一種高壓、大電流雙全橋式驅(qū)動器。其中 SENSEA、SENSEB分別為兩個(gè) H 橋的電流反饋腳，不用時(shí)可以直接接地。VCC，VS 是接電源引腳，~7V、~46V，設(shè)計(jì)中 VCC端與單片機(jī)電源端共用 5V 工作電源，VS 端獨(dú)立接 9V 電源。ENA，ENB為使能端，低電平禁止輸出。ININININ4 為數(shù)據(jù)輸入引腳，OUTOUTOUTOUT4 為數(shù)據(jù)輸出引腳。D1~D8 是保護(hù)二極管（IN5819），用于釋放掉電機(jī)停車時(shí)產(chǎn)生的反向尖峰電勢，否則會擊壞 L298。 LCD液晶顯示模塊在本系統(tǒng)中我們采用1602字符型液晶顯示模塊來顯示采集到的溫濕度的值，以便于我們更好的了解當(dāng)時(shí)的環(huán)境并做相應(yīng)的處理。字符型液晶顯示模塊是專門用于顯示字母、數(shù)字、符號等的點(diǎn)陣型液晶顯示模塊。分4位和8位數(shù)據(jù)傳輸方式。提供5*7點(diǎn)陣+光標(biāo)和5*10點(diǎn)陣+光標(biāo)的顯示模式，可以顯示兩行每行8個(gè)字符。提供內(nèi)部自動上電復(fù)位電路，+5V工作電壓。一共有16個(gè)引腳，其中一對電源引腳、一對LED背光電源引腳、LCD驅(qū)動電壓引腳、一個(gè)模式選擇引腳、一個(gè)讀寫操作引腳、一個(gè)使能引腳以及8個(gè)數(shù)據(jù)引腳。其中LCD驅(qū)動電壓V0可通過滑動變阻器進(jìn)行調(diào)節(jié)，一般V0為零伏。具體應(yīng)用電路連接圖如圖14所示：圖14 LCD1602 LCD1602顯示原理表6 1602引腳說明圖編號符號引腳說明編號符號引腳說明1VSS電源地9D2Data 1/02VDD電源正極10D3Data 1/03VO液晶顯示偏壓信號11D4Data 1/04RS數(shù)據(jù)/命令選擇端(H/L)12D5Data 1/05R/W讀/寫選擇端(H/L)13D6Data 1/06E使能信號14D7Data 1/07D0Data 1/015BLA背光源正極8D1Data 1/016BLK背光源負(fù)極 1602指令表見表7：表7 1602指令表序號指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01清顯示00000000012光標(biāo)返回000000001*3置輸入模式00000001I/DS4顯示開/關(guān)控制0000001DCB5光標(biāo)或字符移位000001S/CR/L**6置功能00001DLNF**7置字符發(fā)生存貯器地址0001字符發(fā)生存貯器地址