【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 天線構(gòu)成天線輸出模塊，高頻頭輸出模塊包括數(shù)字輸入、數(shù)字輸出、 SPI 接口三部分構(gòu)成，發(fā)射芯片采用 16Ｍ晶振提供系統(tǒng)時(shí)鐘，工作電壓為 。下面從 RF 外圍一些模塊做詳細(xì)說(shuō)明 。 傳感器 單片機(jī) nRF905 無(wú)線收發(fā) 收發(fā)天線 外部時(shí)鐘 6 圖 4 nRF905 單片射頻發(fā)射芯片硬件結(jié)構(gòu)圖 nRF905 天線 ANT1 和 ANT2 輸 出腳給天線提供穩(wěn)定的 RF 輸出。這兩個(gè)腳必須連接到 VDD_PA 的直流通路?；蛘咄ㄟ^(guò) RF 扼流圈，或者通過(guò)天線雙極的中心點(diǎn)。在 ANT1 和 ANT2 之間的負(fù)載阻抗應(yīng)該在 200700U范圍內(nèi)。通過(guò)簡(jiǎn)單的匹配網(wǎng)絡(luò)或 RF 變壓器（不平衡變壓器）可以獲得較低的阻抗。 nRF905 頻率調(diào)制 nRF905 的調(diào)制采用高斯頻移鍵控（ GFSK），調(diào)制在 100kbps。頻率偏離在 KHz50? 。高斯頻移鍵控（ GFSK）調(diào)制教普通的頻移鍵控在更寬的帶寬傳輸連接有效。數(shù)據(jù)在內(nèi)部進(jìn)行曼切斯特編碼（ TX）和曼切斯特解碼（ RX）。就是說(shuō)，有效地符號(hào)連接速率為 50kbps。通過(guò)采用內(nèi)部曼切斯特編解碼，微控制器不需要制定編碼解碼規(guī)則。 nRF905 輸出頻率 nRF 905 的 RF 工作頻率由配置寄存器中的 CH_NO 和 HFREQ_PLL 設(shè)置。工作頻率計(jì)算公式如下： M H zP L LH FR E QNOCHf op )_1(*)10/ 2 2( ??? 當(dāng) HFREQ_PLL=“ 0”，通道頻差為 100KHz，當(dāng) HFREQ_PLL=“ 1”， 通道頻差為 200KHz，應(yīng)用工作頻率的選擇必須使用 Shock 范圍內(nèi)，其具體的工作頻率對(duì)應(yīng)的設(shè)置如表 2。 7 表 2 nRF905 工作頻率的設(shè)置表 工作頻率 HFREQ_PLL CH_NO [0] [001001100] [0] [001101011] [0] [001101100] [0] [001111011] [1] [001010110] [1] [001110101] [1] [001110110] [1] [001111101] [1] [100011111] [1] [100100000] [1] [110011111] 高頻頭輸出接口電路 nRF905 模塊引出的高頻頭引出的管腳接口及實(shí)物圖如圖 5 所示。 圖 5 nRF905 模塊引出的高頻頭管腳接口及實(shí)物圖 nRF905 模塊各管腳說(shuō)明如表 3，其中 VCC 腳接電壓范圍為 ~ 之間，不能在這個(gè)區(qū)間之外，超 過(guò) 將會(huì)燒毀模塊，本系統(tǒng)采用 。除電源 VCC 和接地端，其余腳都可以直接和普通的 5V 單片機(jī) IO 口直接相連，無(wú)需電平轉(zhuǎn)換。若硬件上沒(méi)有 SPI 的單片機(jī)，可以用普通單片機(jī) IO 口模擬 SPI，不需要單片機(jī) SPI 模塊介入，只需添加代碼模擬 SPI 時(shí)序即可。 表 3 nRF905 高頻頭管腳說(shuō)明圖 管腳 名稱 管腳功能 說(shuō)明 1 VCC 電源 電源 +~ DC 2 TX_EN 數(shù)字輸入 TX_EN= 1 TX 模式 TX_EN= 0 RX 模式 3 TRX_CE 數(shù)字輸入 使能芯片發(fā)射或接收 4 PWR_UP 數(shù)字輸入 芯片上電 5 uCLK 時(shí)鐘輸出 本模塊該腳廢棄不用，向后兼容 8 管腳 名稱 管腳功能 說(shuō)明 6 CD 數(shù)字輸出 載波檢測(cè) 7 AM 數(shù)字輸出 地址匹配 8 DR 數(shù)字輸出 接收或發(fā)射數(shù)據(jù)完成 9 MISO SPI 接口 SPI 輸出 10 MOSI SPI 接口 SPI 輸入 11 SCK SPI 時(shí)鐘 SPI 時(shí)鐘 12 CSN SPI 使能 SPI 使能 13 GND 地 接地 14 GND 地 接地 AT89S52 單片機(jī) At89S52 單片機(jī)有 8K 字節(jié)在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲(chǔ)器、 1000 次擦寫周期、全靜態(tài)操作： 0Hz～ 33Hz、三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器 、 32 個(gè)可編程 I/O 口線 、 三個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 、 八個(gè)中斷源 、 全雙工 UART串行通道 、 低功耗空閑和掉電模式 、 掉電后中斷可喚醒、看門狗定時(shí)器 、 雙數(shù)據(jù)指針、掉電標(biāo)識(shí)符。 單片機(jī)外圍電路首先由復(fù)位電路、晶振電路，使能信號(hào)置高構(gòu)成最小系統(tǒng)，保證其正常運(yùn)行，在 P0 口處，加上了 10K 的上拉電阻，并從 P0 口外接部分開關(guān)和發(fā)光二極管， nRF905 高頻頭的引腳與單片機(jī)相連，串口連接 MAX232 最終連接到主機(jī)串口， 連接溫度傳感器 dq 引腳，其具體的連接方式如圖 6 所示。 圖 6 單片機(jī)硬件連接原理圖 9 單片機(jī)與 nRF905 通信 單片機(jī)與 nRF905 高頻頭通信模塊是本系統(tǒng)中硬件電路的核心元件，由單片機(jī)的 I/O 口分別控制nRF905 模塊狀態(tài)連接口（ AM、 DR、 CD）、模式接口（ PWR_UP、 TRX_CE、 TX_EN）、和 SPI 接口（ CSN、SCK、 MIOS、 MOSI）。其連接方式為如下表 4。 表 4 nRF905 和單片機(jī)連接方式 Nrf905 AT89S51 狀態(tài)連接口 AM P1^5 DR P1^4 CD P1^6 模式接口 PWR_UP P1^2 TRX_CE P1^1 TX_EN P1^0 SPI 接口 CSN P3^4 SCK P3^3 MISO P1^7 MOSI P3^2 對(duì)于單片機(jī)，可以利用通用的 I/O 口模擬 ISP 接口進(jìn)行通信。 nRF905 模塊所有配置字都是通過(guò)模擬 SPI 接口送給 RF905。模擬 SIP 接口的工作方式可通過(guò) SPI 指令進(jìn)行設(shè)置。當(dāng) RF905 處于空閑模式或關(guān)機(jī)模式時(shí)， SPI 接口可以保持在工作狀態(tài)。 1. SPI 接口 寄存器 SPI 接口由狀態(tài)寄存器、射頻配置寄存器、發(fā)送地址寄存器、發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器和接收數(shù)據(jù)寄存器5 個(gè)寄存器組成。狀態(tài)寄存器包含數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好引腳狀態(tài)信息和地址匹配引腳狀態(tài)信息；射頻配置寄存器包含收發(fā)器配置信息，如頻率和輸出功能等；發(fā)送地址寄存器包含接收機(jī)的地址和數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)；發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器包含待發(fā)送的數(shù)據(jù)包的信息，如字節(jié)數(shù)等；接收數(shù)據(jù)寄存器包含要接收的數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)等信息。 SPI 接口由 5 個(gè)內(nèi)部寄存器組成執(zhí)行寄存器的回讀模式來(lái)確認(rèn)寄存器的內(nèi)容。 SPI 接口只有在掉電模式和 Standby 模式是激活的。其原理圖如圖 7。各寄存器的作用如下： 10 E ND T AC L KS P I 接 口狀 態(tài) 寄 存 器E ND T AC L KR F 配 置 寄 存 器E ND T AC L K發(fā) 送 地 址E ND T AC L K發(fā) 送 有 效 數(shù) 據(jù)E ND T AC L K接 收 有 效 數(shù) 據(jù)M I S OM O S IS C KC S N 圖 7 SPI 寄存器內(nèi)部原理圖 （ 1） 狀態(tài)寄存器：包含數(shù)據(jù)就緒 DR 和地址匹配 AM 狀態(tài)。 （ 2） RF 配置寄存器：包含收發(fā)器的頻率，輸出功率等配置信息。 （ 3）發(fā)送地址：寄存器包含目標(biāo)器件地址字節(jié)長(zhǎng)度由配置寄存器設(shè)置。 （ 4）發(fā)送有效數(shù)據(jù)：寄存器包含發(fā)送的有效 ShockBurst數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)字節(jié)長(zhǎng)度由配置寄存器設(shè)置。 （ 5）接收有效數(shù)據(jù)：寄存器包含接收到的有效 ShockBurst數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)字節(jié)長(zhǎng)度由配置寄存器設(shè)置在寄存器中 的有效數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒 DR 指示。 2. SPI 接口工作時(shí)序 SPI 讀寫時(shí)序原理圖如圖 8 圖 9， nRF905 與單片機(jī)模擬 SPI 接口通信，對(duì) nRF905 進(jìn)行讀、寫操作時(shí) , 通過(guò) CSN 的由高到低的跳變來(lái)使能 nRF905。 nRF905 內(nèi)置完整的通信協(xié)議 , 軟件設(shè)計(jì)主要集中在實(shí)現(xiàn)對(duì) nRF905 模塊的有效初始配置 , 以及 MCU 與 nRF905 模塊之間 SPI 通信的實(shí)現(xiàn)。其中須保證MCU 與 nRF905 模塊時(shí)序的一致 , 并充分考慮 nRF905 模塊對(duì)時(shí)序的要求。 圖 8 SPI 讀時(shí)序操作 11 圖 9 SPI 讀時(shí)序操作 單片機(jī)與主機(jī)通信 單片機(jī)與 PC 機(jī)通信是通過(guò)串口 TXD、 RXD 完成，其中包含了 TTL 電平與 RS232 電平之間的轉(zhuǎn)換，本系統(tǒng)中，采用 MAX232 芯片用來(lái)做電平轉(zhuǎn)換。 MAX232 芯片是美信公司專門為電腦的 RS232 標(biāo)準(zhǔn)串口設(shè)計(jì)的接口電路 ,使用 +5v 單電源供電，其硬件原理圖如圖 10。 MAX232 內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括三個(gè)部分：電荷泵電路、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道、供電。 （ 1）電荷泵電路由 6 腳和 4 只電容構(gòu)成。功能是產(chǎn)生 +12v 和 12v 兩個(gè)電源，提供給 RS232 串口電平的需要。 （ 2） 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道由 1 1 1 14 腳構(gòu)成兩個(gè)數(shù)據(jù)通道。其中 13 腳（ R1IN）、12 腳（ R1OUT）、 11 腳（ T1IN）、 14 腳（ T1OUT）為第一數(shù)據(jù)通道。 8 腳（ R2IN）、 9 腳（ R2OUT）、 10腳（ T2IN）、 7 腳（ T2OUT）為第二數(shù)據(jù)通道。 TTL/CMOS 數(shù)據(jù)從 T1IN、 T2IN 輸入轉(zhuǎn)換成 RS232 數(shù)據(jù)從 T1OUT、 T2OUT 送到電腦 DP9 插頭； DP9 插頭的 RS232 數(shù)據(jù)從 R1IN、 R2IN 輸入轉(zhuǎn)換成 TTL/CMOS數(shù)據(jù)后從 R1OUT、 R2OUT 輸出。 （ 3）供電， 15 腳 DNG、 16 腳 VCC 使用 5V 電壓供電。 圖 10 MAX232 電平轉(zhuǎn)換硬件原理圖 12 單片機(jī)程序下載模塊 ATMEGA16 單片機(jī)支持在線編程，因此只需將單片機(jī)的對(duì)應(yīng)引腳與 ISP 下載器相連即可完成單片機(jī)的在線編程。本文使用的 ISP 下載器的引腳定義如圖 11 所示。如果用編程器燒寫單片機(jī)的程序存儲(chǔ)器，每修改一次程序就要拔下芯片編程后在插入系統(tǒng)中運(yùn)行，這樣不但麻煩，而且很容易對(duì)芯片和電路板造成損傷。 M O S I 1N C 3R S T 5S C K 7M I S O 92 V C C4 G N D 6 G N D8 G N D1 0 G N D 圖 11 ISP 下載接口電路圖 DS18B20 溫度傳感器 溫度傳感器概述 溫度傳感器選擇 新一代產(chǎn)品中性能最好的 DS18B20， 測(cè)量溫度范圍為 55176。C~+125176。C，在 10~+85176。C范圍內(nèi) ,精度為 177。176。C?，F(xiàn)場(chǎng)溫度直接以 “一線總線 ”的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場(chǎng)溫度測(cè)量，如：環(huán)境控制、設(shè)備或過(guò)程控制、測(cè)溫類消費(fèi)電子產(chǎn)品等。與前一代產(chǎn)品不同，新的產(chǎn)品支持 3V~ 的電壓范圍，使系統(tǒng)設(shè)計(jì)更靈活、方便。而且新一代產(chǎn)品更便宜，體積更小。 其封裝圖如圖 12,共有 PR35 和 SOSI 兩種封裝方式，本系 統(tǒng)采用 PR35 封裝。 D S 1 8 B 2 01 2 3 G N D I/O U D OP R 3 5 封 裝I O 1G N D 2N C 3N C 48 V C C7 N C6 N C5 N CS O S I 封 裝 圖 12 DS18B20 PR35和 SOSI 封裝 溫度傳感器構(gòu)成及原理 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由 三部分構(gòu)成 ： 64 位 激光 ROM、溫度傳感器、 非易失性溫度警告觸發(fā)器TH 和 TL。器件從單線的通信線取得其電源，在信號(hào)線為高電平的時(shí)間周期內(nèi)，把能量貯存在內(nèi)部的電容器中，在單信號(hào)線為低電平的時(shí)間期內(nèi)斷開此電源，直到信號(hào)線變?yōu)楦唠娖街匦陆由霞纳娙荩╇娫礊橹?。作為另一種可供選擇的方法 DS18B20 也可以用外部 5V 電源供電。圖 13 中所示的是 13 DS18B20 內(nèi)部方框圖。 6 4 位 激 光 R O M單 線 接 口D QV C CG N D存 儲(chǔ) 器控 制 操 作高 速 緩 沖 區(qū)8 b i t C R C生 成高 溫 觸 發(fā) 器溫 度 傳 感 器低 溫 觸 發(fā) 器 圖 13 DS18B20 原理結(jié)構(gòu)圖 與 DS18B20 的通信經(jīng)過(guò)一個(gè)單線接口。在單線接口情況下，在 ROM 操作未定建立之前不能使用存儲(chǔ)器和控制操作，主機(jī)必須首先提供五種 ROM 操作命令之一： Read ROM、 Match ROM、 Search ROM、 Skip ROM、 Ala