【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 種差距會(huì)越來(lái)越大。固定電話以家庭或辦公室為單位，而移動(dòng)通信則以人為本，從這一意義上說(shuō)，移動(dòng)通信用戶將數(shù)倍于固定電話用戶數(shù)。移動(dòng)通信由于其隨時(shí)隨地使用的靈活性，即將超過(guò)臺(tái)式和筆記本PC成為數(shù)量最多的上網(wǎng)工具。據(jù)2003年3月統(tǒng)計(jì)，日本移動(dòng)通信用戶中有90%的手機(jī)具有上網(wǎng)功能，韓國(guó)為87%，中國(guó)也有近1/3的用戶手機(jī)可上網(wǎng)?？紤]到在我國(guó)移動(dòng)通信用戶數(shù)（）八倍于上網(wǎng)的計(jì)算機(jī)數(shù)（2003年底為3089萬(wàn)臺(tái)），因此可以說(shuō)在我國(guó)手機(jī)已超過(guò)臺(tái)式和筆記本PC成為常用的上網(wǎng)終端。移動(dòng)上網(wǎng)對(duì)用戶和IP地址移動(dòng)性管理提出了新問(wèn)題，移動(dòng)IPv6成為新的研究熱點(diǎn)。寬帶化也是移動(dòng)通信的發(fā)展趨勢(shì)，移動(dòng)高速數(shù)據(jù)和多媒體及流媒體業(yè)務(wù)開(kāi)辟了移動(dòng)通信的新應(yīng)用。3G技術(shù)已基本成熟，開(kāi)始邁入規(guī)模商用化的階段，可以實(shí)現(xiàn)10Mb/s以上數(shù)據(jù)傳輸?shù)?G增強(qiáng)型技術(shù)HSDPA即將在明后年開(kāi)始商用，對(duì)支持更高速率（30Mb/s）基于OFDM的增強(qiáng)型技術(shù)的研究也已經(jīng)啟動(dòng)。預(yù)計(jì)將于2008年提出標(biāo)準(zhǔn)的4G的傳輸速率在快速移動(dòng)時(shí)可達(dá)30~100Mbps，慢速移動(dòng)或靜止時(shí)達(dá)1Gbps。移動(dòng)通信不僅用戶量大，而且在幾何上分布很不平衡，大城市中心區(qū)移動(dòng)通信用戶非常密集，假設(shè)在這些區(qū)域移動(dòng)用戶普及率達(dá)到70%（北京已超過(guò)90%），據(jù)測(cè)算，我國(guó)城市移動(dòng)通信用戶密度可達(dá)13萬(wàn)/km178。，縮窄移動(dòng)通信蜂窩小區(qū)的半徑按微蜂窩配置仍感到頻譜資源的緊張。3G的提出不僅是適應(yīng)寬帶移動(dòng)通信業(yè)務(wù)的需要，也是開(kāi)辟新頻段并以更高的頻譜效率支持話音業(yè)務(wù)的需要。頻譜利用率是考驗(yàn)新一代移動(dòng)通信技術(shù)的重要指標(biāo)，4G的頻譜效率在快速移動(dòng)時(shí)應(yīng)為3G的3~5倍，慢速移動(dòng)時(shí)為5~10倍。為達(dá)到這一要求，各發(fā)達(dá)國(guó)家以及中國(guó)和韓國(guó)等都在探索高效無(wú)線傳輸技術(shù)，已經(jīng)提出的有多天線MIMO系統(tǒng)、空時(shí)信號(hào)處理技術(shù)、混合多址技術(shù)等。除了移動(dòng)通信外，不得不提到的是無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用的擴(kuò)展，最近出現(xiàn)的WiMax（）(WMAN)，可以支持120km/h的車速移動(dòng)，在10MHz載波下可以支持30Mb/s的數(shù)據(jù)速率，基站覆蓋的半徑可達(dá)幾公里，主要解決熱點(diǎn)或城域覆蓋，提供游牧式或具有一定移動(dòng)特性的的寬帶數(shù)據(jù)接入。，商用時(shí)間估計(jì)在2008年左右。對(duì)3G而言它既是競(jìng)爭(zhēng)但更多的是互補(bǔ)技術(shù)和應(yīng)用。傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)硬件的連通，Web實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)頁(yè)的連通，如果能夠通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)所有資源的全面連通，則互聯(lián)網(wǎng)成為一個(gè)巨大的超強(qiáng)的計(jì)算機(jī)，網(wǎng)格的概念由此而生。網(wǎng)格是構(gòu)筑在互聯(lián)網(wǎng)上的一組新興技術(shù)，它將高速互聯(lián)網(wǎng)、高性能計(jì)算機(jī)、大型數(shù)據(jù)庫(kù)、傳感器、遠(yuǎn)程設(shè)備等融為一體，為人們提供更多的資源、功能和交互性。實(shí)現(xiàn)計(jì)算資源、存儲(chǔ)資源、通信資源、軟件資源、信息資源、知識(shí)資源的全面共享。其中的網(wǎng)格計(jì)算是一種面向服務(wù)的體系架構(gòu)，該架構(gòu)利用開(kāi)放式標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)因特網(wǎng)及專用網(wǎng)絡(luò)上的分布式計(jì)算。美國(guó)國(guó)防部已在規(guī)劃實(shí)施一個(gè)宏大的網(wǎng)格計(jì)劃，叫做“全球信息網(wǎng)格”（Global Information Grid），預(yù)計(jì)在2020年完成。網(wǎng)格作為一種新體系，需要研究其體系結(jié)構(gòu)、網(wǎng)格軟件、網(wǎng)格應(yīng)用技術(shù)、網(wǎng)格服務(wù)模式，并創(chuàng)造人機(jī)和諧結(jié)合，使網(wǎng)格更加個(gè)性化、智能化，由于要在全球網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)資源共享，系統(tǒng)將更復(fù)雜，網(wǎng)格的安全性更受關(guān)注。與網(wǎng)格概念類似，近來(lái)出現(xiàn)了一種新的應(yīng)用Peer to Peer（P2P）。傳統(tǒng)的Internet主要是終端到服務(wù)器的連接。由于現(xiàn)在的終端主機(jī)Peers具有的資源越來(lái)越豐富，寬帶接入越來(lái)越普遍，為不采用客戶/服務(wù)器體系的P2P提供了可能。Peer to Peer的應(yīng)用包括共享文件下載、內(nèi)容分發(fā)、網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)、互聯(lián)網(wǎng)電話、即時(shí)通信、協(xié)同計(jì)算網(wǎng)格、數(shù)據(jù)內(nèi)容網(wǎng)格、協(xié)同工作、搜索、檢索、移動(dòng)多點(diǎn)到點(diǎn)（MP2P）、自組織adhoc網(wǎng)上應(yīng)用等。Peer to Peer需要解決主機(jī)資源的共享問(wèn)題，隱私和安全性對(duì)P2P的應(yīng)用是關(guān)鍵。Peer to Peer可以不需要服務(wù)器的介入，另外一種被稱為比特洪流（Bit Torrent）的應(yīng)用將服務(wù)器與Peer to Peer技術(shù)結(jié)合，在同一時(shí)間訪問(wèn)同一服務(wù)器下載同一文件的多個(gè)終端交換各自從服務(wù)器下載的該文件的不同部分，避免了服務(wù)器由于同時(shí)支持多終端的下載而使每一終端的下載速度變慢的問(wèn)題。Peer to Peer特別Bit Torrent將極大地消耗帶寬，對(duì)資源的優(yōu)化管理成為突出的問(wèn)題。 RFID（射頻識(shí)別芯片）和傳感器的技術(shù)發(fā)展及成本的大幅度下降開(kāi)拓了它們的應(yīng)用空間。世界上最大的物流公司沃爾瑪宣布將在價(jià)值超過(guò)5美元的商品上使用芯片代替條碼。RFID和傳感器更多的應(yīng)用在工業(yè)部門和環(huán)境及安全方面。所有物品和設(shè)備，只要有對(duì)它們管理的需要都可通過(guò)RFID和傳感器等將它們連到網(wǎng)上，構(gòu)成了一個(gè)無(wú)處不在的網(wǎng)絡(luò)，這一網(wǎng)絡(luò)也稱為泛在網(wǎng)（Ubiquitous Network），即人們可以在任何時(shí)間任何地方安全使用但并不感覺(jué)其存在的信息通信網(wǎng)絡(luò)。在這一網(wǎng)絡(luò)，通信不僅是人到人而且更多的業(yè)務(wù)流來(lái)自人與機(jī)器間以及物體間。NTT DoCoMo估計(jì)2010年有2/3的移動(dòng)通信連接將不是人到人的通信，Analysts Ovum咨詢公司預(yù)測(cè)2010年移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商20%收入將來(lái)自機(jī)器到機(jī)器（M2M）。日本已制定新目標(biāo)UJapan，在2010年建成全日本的泛在網(wǎng)，日本政府預(yù)測(cè)與UJapan網(wǎng)絡(luò)有關(guān)的市場(chǎng)規(guī)?？蛇_(dá)到上萬(wàn)億美元，泛在網(wǎng)的出現(xiàn)將使家庭聯(lián)網(wǎng)會(huì)有更快的發(fā)展。泛在網(wǎng)將使連網(wǎng)的終端數(shù)較現(xiàn)在有數(shù)百甚至上千倍增加，如此之多的終端連網(wǎng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)體系和終端及地址管理等都提出新的挑戰(zhàn)。網(wǎng)絡(luò)的泛在行為引發(fā)了對(duì)自律網(wǎng)（包含自組織網(wǎng)、自愈網(wǎng)、自管理網(wǎng)、自優(yōu)化網(wǎng)等概念）和復(fù)雜、異構(gòu)、分布的網(wǎng)絡(luò)體系研究的重視。 可信網(wǎng)2001 到 2003 ，%的計(jì)算機(jī)感染過(guò)病毒，%的聯(lián)網(wǎng)計(jì)算機(jī)遭受過(guò)網(wǎng)絡(luò)攻擊，2003年,%?；ヂ?lián)網(wǎng)的安全問(wèn)題成為影響互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的最大障礙。各國(guó)都在考慮建設(shè)信息安全監(jiān)控體系、密碼服務(wù)體系、網(wǎng)絡(luò)信任體系和應(yīng)急響應(yīng)體系的問(wèn)題，重點(diǎn)研究可信網(wǎng)絡(luò)環(huán)境與可信計(jì)算理論、安全協(xié)議理論、生物識(shí)別科學(xué)、安全系統(tǒng)軟件、高性能安全芯片技術(shù)、安全存儲(chǔ)技術(shù)、逆向分析與可控理論、災(zāi)難恢復(fù)與故障容錯(cuò)技術(shù)等。安全協(xié)議和VPN是目前比較重視采用的措施，同時(shí)需要基于終端與基于網(wǎng)絡(luò)的安全、基于網(wǎng)絡(luò)層與基于應(yīng)用層的安全措施。值得指出的是量子通信技術(shù)在加密傳輸方面表現(xiàn)出很高的潛力，受到廣泛的關(guān)注。　本次設(shè)計(jì)的目的和意義PC與單片機(jī)通訊與的意義就是為了傳輸狀態(tài)信息和控制信息，已達(dá)到通過(guò)狀態(tài)信息發(fā)出控制指令的目的。完成整個(gè)系統(tǒng)需要每個(gè)模塊協(xié)調(diào)組合，以及硬件和軟件的有機(jī)結(jié)合。實(shí)現(xiàn)功能PC與單片機(jī)的信息交流，液晶屏的正確顯示，信息的采集機(jī)傳送。完成一個(gè)最基本最小的微型通信控制系統(tǒng)。2　總體方案設(shè)計(jì)總體電路設(shè)計(jì)應(yīng)該完成3個(gè)部分電路：?jiǎn)纹瑱C(jī)及外圍電路，鍵盤電路及顯示電路，串口電路 。單片機(jī)采用較流行的八位機(jī)AT89C52，根據(jù)內(nèi)部的特性，完全能滿足功能要求；因?yàn)樾枰斎氲臄?shù)據(jù)比不多，所以鍵盤采用4X4矩陣鍵盤；顯示器使用液晶顯示器。 圖21 : 系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖矩陣鍵盤PC單片機(jī)串口助手液晶屏 圖21 : 系統(tǒng)組成框圖 鍵盤模塊選擇鍵盤的作用有兩個(gè)，一是輸入數(shù)據(jù)，二是功能操作?；诖?，有很多種方案實(shí)現(xiàn)這一操作：方案一、采用直接式獨(dú)立按鍵操作。這種方案的操作過(guò)程，就是直接從單片機(jī)I/O口引出通上拉電阻，接一按鍵，當(dāng)按鍵按下時(shí)，單片機(jī)該端口為“0”，單片機(jī)通過(guò)對(duì)此端口邏輯“0”判斷，來(lái)完成按鍵的識(shí)別，達(dá)到數(shù)據(jù)的輸入，功能的實(shí)現(xiàn)。從這一過(guò)程可知，完成任務(wù)需要單片機(jī)很多I/O口，花費(fèi)了很多CPU資源，此種方案不可取。方案二、矩陣鍵盤。矩陣鍵盤，這里采用4*4矩陣鍵盤，一共有16組情況，實(shí)現(xiàn)的方法也是利用單片機(jī)的I/O口，通過(guò)上拉電阻相接，4*4正好用到了單片機(jī)一個(gè)端口。采用這種方案既節(jié)約資源又方便，而且能夠滿足本設(shè)計(jì)的需要。綜上所述，在本設(shè)計(jì)中采用方案二。 鍵盤模塊選擇 顯示電路模塊的選擇顯示電路的主要任務(wù)是反應(yīng)出操作結(jié)果和相關(guān)商口的信息。根據(jù)此，有四種方案可完這一工作。方案一，可用七段共陽(yáng)極LED數(shù)碼顯示，將商口單價(jià)、數(shù)量、總價(jià)等顯示出來(lái)，可以完成，將多個(gè)LED數(shù)碼管的段選線相應(yīng)并聯(lián)在一起，由一個(gè)8位I/O口控制，而各位的共陽(yáng)極或共陰極分別由相應(yīng)的I/O口線控制，實(shí)現(xiàn)各位的分時(shí)選通，這就是動(dòng)態(tài)掃描顯示方式，采用動(dòng)態(tài)掃描顯示方式，每一位LED的選通時(shí)間為12MS。這個(gè)時(shí)間不能太短，因?yàn)榘l(fā)光二極管從導(dǎo)通到發(fā)光有一定的延時(shí)，導(dǎo)通時(shí)間太短，發(fā)光太弱人眼無(wú)法看清，這個(gè)時(shí)間也不能太長(zhǎng)，否占用CPU時(shí)間太長(zhǎng)，由于人眼有視覺(jué)暫留現(xiàn)象，只要每一位顯示時(shí)間足夠短，就能夠造成多位同時(shí)顯示的假象，每一位顯示的時(shí)間間隔不能超過(guò)20ms，若時(shí)間間隔太長(zhǎng)，就會(huì)造成閃爍現(xiàn)象，采用動(dòng)態(tài)掃描方式，可降低功率消耗。此系統(tǒng)，所需數(shù)碼管較多，操作麻煩，并且不直觀，當(dāng)然其發(fā)光數(shù)碼管價(jià)格較便易。但是在本系統(tǒng)中，此方案不可取。方案二，用LED數(shù)碼管矩陣方式顯示，這種方案的顯示的原理和方案一都差不多，用16*16點(diǎn)陣排列，將字型分成上下兩個(gè)半部，上半部16列，每列用一個(gè)字節(jié)表示（8個(gè)點(diǎn)），下半部也是16列，每列也用一個(gè)字節(jié)表示（8個(gè)點(diǎn)），因此每個(gè)字需要32個(gè)字節(jié)來(lái)表示。當(dāng)然這樣主就可以顯示漢字，但時(shí)和單片機(jī)相連較為復(fù)雜，本系統(tǒng)要許多塊這樣的16*16點(diǎn)陣，同時(shí)這種LED點(diǎn)陣方式顯示，造價(jià)較高，作為本電路，也是不可取的。方案三，采用帶中文字庫(kù)的LCD液晶顯示器來(lái)完成顯示，128*64這種顯示器作為本系統(tǒng)設(shè)計(jì)，當(dāng)然最好。便考慮到系統(tǒng)成本的問(wèn)題，帶中文字庫(kù)的LCD價(jià)格一般都比較貴，采用這種方案，勢(shì)必會(huì)增加設(shè)計(jì)成本。本文也不采用這種方案。方案四，采用兩行字符型顯示器，這種顯示器，用英文顯示相關(guān)信息，操作方便，價(jià)格又較適中，二十多元錢一塊，作為本設(shè)計(jì)，是最合適不過(guò)。因此，結(jié)合上述方案，在本設(shè)計(jì)中，采用兩行字符型1602顯示器。 通訊芯片選擇 通訊模塊只有兩個(gè)作用：一是進(jìn)行TTL電平和PC+12V/12V進(jìn)行轉(zhuǎn)換；二是可以進(jìn)行串口和并口轉(zhuǎn)換?，F(xiàn)在已知并且熟悉的芯片有RS232和RS485。 RS232使用3根線（RX、TX、GND），收發(fā)同時(shí)進(jìn)行，效率比RS485高，但是3根線不方便擴(kuò)展組網(wǎng)，適合短距離兩個(gè)設(shè)備單點(diǎn)快速通訊。 RS485使用2根線（D+、D），收發(fā)交替進(jìn)行，2根線方便多個(gè)設(shè)備串接組成網(wǎng)絡(luò)，適合多設(shè)備中遠(yuǎn)距離通訊。 由于這次設(shè)計(jì)對(duì)距離沒(méi)有要求，而對(duì)控制信息和狀態(tài)信息的收發(fā)效率有相對(duì)較高的要求，所以舍棄RS485。 PC上顯示部分選擇PC機(jī)的顯示部分，使用簡(jiǎn)單并且普遍的串口工具助手，這個(gè)是自己動(dòng)手在VC環(huán)境下編寫的。依靠強(qiáng)大的Visual Studio2010編寫一個(gè)類似串口通訊的界面，來(lái)協(xié)助PC測(cè)試發(fā)送接收的狀態(tài)信息和命令應(yīng)答信息。3　系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)本系統(tǒng)由5部分組成：?jiǎn)纹瑱C(jī)、鍵盤處理電路、顯示器電路、PC、串口助手等。下面將詳細(xì)討論這幾部分電路的設(shè)計(jì)過(guò)程。微處理電路采用AEMEL公司的單片機(jī)，價(jià)格便宜、功能齊全、可靠性高、使用普遍。STC89C52單片機(jī)是STC公司8位單片機(jī)系列產(chǎn)品之一，是一種40引腳雙列直插式芯片。STC89C52有4K FLASH；128字節(jié)RAM；32條I/O引線；2個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；一個(gè)5向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)；一個(gè)全雙工串行口；一個(gè)片內(nèi)震蕩器和時(shí)鐘電路。此外，STC89C52是用可降到0頻率的靜態(tài)邏輯操作設(shè)計(jì)的，并支持兩種可選的軟件節(jié)能工作方式。空閑方式停止CPU工作，但允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串行口和中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉點(diǎn)方式保持RAM內(nèi)容，但振蕩器停止工作，并禁止所有其他部件的工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。它含有4KB可反復(fù)燒錄及擦除內(nèi)存和128字節(jié)的RAM，有32條可編程控制的I/O線，5個(gè)中斷源，指令與MCS51系列完全兼容。選用它作為核心控制新片，可使電路極大地簡(jiǎn)化，而且程序的編寫及固化也相當(dāng)方便、靈活。主要性能：4KB可重編程Flash存儲(chǔ)器；耐久性：1000次寫/擦除；~6V的操作范圍；全靜態(tài)操作：0Hz~24MHz；2極加密程序存儲(chǔ)器；1288位內(nèi)部RAM；32條可編程I/O引線；2個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；6個(gè)中斷源；可編程串行UART通道；直接LED驅(qū)動(dòng)輸出；片內(nèi)模擬比較器；低功耗空載和掉電方式。管腳圖、實(shí)物圖如圖31所示： 圖31 52系列單片機(jī)管腳圖、實(shí)物圖 如圖31所示，P0口為L(zhǎng)CD的八根數(shù)據(jù)總線，、。P1口為矩陣鍵盤列線與行線的接口，實(shí)現(xiàn)4X4鍵盤，完成相關(guān)的工能操作，比如說(shuō)，數(shù)字的輸入，功能操作等。XTAL1和XTAL2口接外部晶體振蕩器（電路圖如圖32所示），保證單片機(jī)內(nèi)部各部分有序的工作。RST與Vss之間連接一個(gè)下拉電阻，與Vcc之間連接一個(gè)電容，目的是保證可靠的自動(dòng)上電復(fù)位（電路圖如圖33所示）。 圖32 外部晶體振蕩器電路圖 圖33 上電自動(dòng)復(fù)位電路圖 鍵盤電路的設(shè)計(jì)這里采用的是矩陣鍵盤。如圖34所示：圖34矩陣鍵盤實(shí)物圖矩陣鍵盤的實(shí)現(xiàn)采用用掃描法。4*4的意思即：4根列線，4根行線，列線通上拉電阻接到電源上，因此無(wú)按鍵按下時(shí)，各列線均為高電平。當(dāng)行線分別輸出低電平時(shí)，有健按下，相應(yīng)的列線上會(huì)出現(xiàn)低電平。根據(jù)此原理，CPU對(duì)整個(gè)鍵盤進(jìn)行掃描。所謂掃描，即CPU不斷輪流對(duì)行線置低電平，然后檢查列線輸入狀態(tài)，確定按鍵情況。 電路如圖35所示：圖35矩陣鍵盤圖 對(duì)應(yīng)鍵盤、鍵值設(shè)置：0123456789abcdef 圖36 矩陣鍵盤對(duì)應(yīng)鍵值圖 顯示電路的設(shè)計(jì)這里采用的是兩行字符型1602顯示器，下面詳細(xì)介紹1602及其使用。 字符型點(diǎn)陣式LCD液晶顯示屏當(dāng)今社會(huì)LCD的應(yīng)用已經(jīng)很廣泛，簡(jiǎn)單如手表上的液晶顯示屏，儀表、儀器上的液晶顯示器或者是家用液晶電視、電腦、筆記本上的液晶顯示器，都使用了LCD。在一般的辦公設(shè)