【文章內(nèi)容簡介】 K 實(shí)現(xiàn)調(diào)制的方框圖如圖 2所示其中基帶信號形成器把數(shù)字序列 an 換成所需的單極性基帶矩 形脈沖序列 s t s t 與載波相乘后即把 s t 的頻譜搬移到177。 f0附近實(shí)現(xiàn)了 2ASK帶通濾波器濾出所需的己調(diào)信號防止帶外輻射影響鄰臺相乘器由各種型式的開關(guān)電路平衡調(diào)制器及環(huán)形調(diào)制器來實(shí)現(xiàn) 22FSK 的調(diào)制與解調(diào) 2FSK利用二進(jìn)制數(shù)字基帶信號控制載波的頻率 2FSK調(diào)制器及其波形如圖 2 b 所示數(shù)字基帶信號 S t 控制開關(guān)的通斷 1 信號時開關(guān) K 接在 f1 支路讓頻率為 f1 的載波通過對于 0 信號開關(guān) K 接在 f2 支路讓頻率為 f2 的載波通過這樣 1和 0 信號用兩個不同頻率的載波來表征 2FSK 實(shí)現(xiàn)調(diào)制的方法有兩種 l 直接調(diào) 頻法用數(shù)字基帶矩形脈沖控制一個振蕩器的某些參數(shù)直接改變振蕩頻率輸出不同頻率的信號 2 頻率鍵控法又稱頻率轉(zhuǎn)換法是用數(shù)字矩形脈沖控制電子開關(guān)在兩個振蕩器之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換從而輸出不同頻率的信號 2FSK 信號的解調(diào)方法很多如鑒頻法過零檢測法差分檢測法包絡(luò)檢測法相干檢測法等鑒頻法的原理是把等幅調(diào)頻波變換成調(diào)幅調(diào)頻波再經(jīng)振幅檢波器提取頻率變化的信息還原出原始的數(shù)字基帶信號 32PSK 的調(diào)制與解調(diào) 2PSK利用二進(jìn)制數(shù)字基帶信號控制載波的相位 2PSK調(diào)制器及其波形如圖 2 c 所示載波信號通過移相電路產(chǎn)生π相移數(shù)字基帶信號 S t 控制開關(guān)的通斷基帶信號為 1信號時開關(guān) K接通 0相支路基帶信號為 0信號時開關(guān) K接通π相支路 2PSK信號的產(chǎn)生方法 1直接調(diào)相法用雙極性數(shù)字基帶信號與載波直接相乘 2相位選擇法數(shù)字基帶信號 s t 控制門電路選擇不同的相位的載波輸出 2PSK 信號的解調(diào)不能采用分路濾波包絡(luò)檢測的方法只能采用相干解調(diào)的方法又稱為極性比較法 在碼元速率相同的條件下 2ASK 的帶寬為 f2ASK 2fs2FSK 的帶寬為 f2FSK 2fsf1f22PSK 的帶寬為 f2PSK 2fs 由ρ 得 2FSK 占據(jù)的信道帶寬最寬頻帶利用率最低從對信道特性變化 的敏感性方面比較 2ASK 的判決原則與接收機(jī)輸入信號的幅度有關(guān) 2FSK直接比較兩路信號的大小 2PSK的最佳判決門限是 0與信號幅度無關(guān)因此 2ASK 對信道特性變化的敏感性最差從所需設(shè)備的復(fù)雜程度考慮這三種調(diào)制方式所使用的發(fā)送設(shè)備的復(fù)雜程度相差不多而接收設(shè)備的復(fù)雜程度則與所選用的調(diào)制和解調(diào)方式有關(guān)對于同一種調(diào)制方式相干解調(diào)的設(shè)備比非相干解調(diào)時復(fù)雜而采用非相干解調(diào)時 2PSK 系統(tǒng)的需要載波同步和定時再生設(shè)備最復(fù)雜2FSK 次之 2ASK 最簡單 圖 2所示為三種數(shù)字調(diào)制方式的誤碼率比較橫坐標(biāo)為信噪比 EN0 縱座標(biāo)為誤碼率 Pe 從圖中可以看出在信噪比相同的條件下誤碼率 2ASK 2FSK 2PSK 在誤碼率相同的條件下在信噪比要求上 2PSK 比 2FsK 小 2FSK 比 2ASK 小 圖 26 三種數(shù)字調(diào)制方式的誤碼率的比較 在節(jié)水灌溉系統(tǒng)中由于傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量少無須考慮頻帶利用率數(shù)字傳輸?shù)恼`碼率應(yīng)該重點(diǎn)考慮信道特性變化的敏感性以及調(diào)制解調(diào)設(shè)備的復(fù)雜程度等由以上分析并綜合各種因素可知 2FSK系統(tǒng)的抗噪性能及抗衰落性能比 2ASK強(qiáng)再加上實(shí)現(xiàn)比較容易電路不算復(fù)雜故該系統(tǒng)采用 FSK 的調(diào)制方法比較合適 在本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中選用 PTR8000芯片作為無線通 信模塊此芯片高抗干擾 FSK調(diào)制能使系統(tǒng)穩(wěn)定可靠地運(yùn)行第三章系統(tǒng)主站的硬件本系統(tǒng)通過主站向指定子站發(fā)送采集指令控制子站采集相應(yīng)的作物生長的環(huán)境數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)打包傳回主站再由主站對數(shù)據(jù)進(jìn)行解包和簡單的數(shù)據(jù)處理后提供給主站的用戶界面其中上位機(jī)提供人機(jī)界面及數(shù)據(jù)處理通過 RS232接口向單片機(jī)傳送控制字以及接收單片機(jī)傳回的數(shù)據(jù)單片機(jī)通過 SPI接口直接對 PTR8000進(jìn)行操作完成 PTR8000工作模式的配置將上位機(jī)的控制字傳送給 PTR8000 以及接收 PTR8000 傳來的數(shù)據(jù)主站的具體工作流程如圖 31 所示 31 單片機(jī) 模塊的設(shè)計(jì) AT89S51 的簡介 AT89S51 是美國 ATMEL 公司生產(chǎn)的低功耗高性能 CMOS 8 位單片機(jī)片內(nèi)含 4k Bytes ISP Insystem programmable 的可反復(fù)擦寫 1000 次的 Flash 只讀程序存儲器器件采用 ATMEL 公司的高密度非易失性存儲技術(shù)制造兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS51 指令系統(tǒng)及 80C51 引腳結(jié)構(gòu)芯片內(nèi)集成了通用 8 位中央處理器和 ISP Flash 存儲單元該單片機(jī)高度兼容低功耗可以在接近零頻率下工作廣泛應(yīng)用于各種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)工業(yè)控制電信設(shè)備宇航設(shè)備及消類產(chǎn)品中 其引腳排序圖如圖 32 所示 圖 3289S51 引腳圖 AT89S51 的主要性能及管腳介紹 AT89S51 提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能 4k 字節(jié) Flash 閃速存儲器 128 字節(jié)內(nèi)部 RAM32個 IO 口線看門狗 WDT 兩個數(shù)字指針兩個 16 位定時計(jì)數(shù)器一個 5 向量兩級中斷結(jié)構(gòu)一個全雙工串行通信口片內(nèi)振蕩器及時鐘電路同時 AT89S51可降至 0HZ的靜態(tài)邏輯操作并提供兩種軟件可選的節(jié)電工作模式空閑方式停止 CPU 工作但允許RAM定時計(jì)數(shù)器串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作掉電方式保存 RAM內(nèi)存中的內(nèi)容但振蕩器停止工作并禁止其他所有部 件工作直到下一個硬件復(fù)位 1 主要性能參數(shù) 14k Bytes Flash 片內(nèi)程序存儲器 2128 bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器 RAM 332 個外部雙向輸入輸出 IO 口 45 個中斷優(yōu)先級 2 層中斷嵌套中斷 56 個中斷源 62 個 16 位可編程定時器計(jì)數(shù)器 72 個全雙工串行通信口 8 看門狗 WDT 電路 9 片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 10 與 MCS51 兼容 11 全靜態(tài)工作 0Hz33MHz 12 三級程序存儲器保密鎖定 13 可編程串行通道 2 引腳說明 AT89S51 單片機(jī)共有 40 個管腳 P0P1P2P3是 4 組 IO 接口占 32 個管腳剩余的管腳分別為 VccGNDXTAL1XTAL2RSTEAVPPALEPROG 和 PSEN 其中VccGNDXTAL1XTAL2RST 和 EAVPP 這 6 個管腳出現(xiàn)在所有 51 單片機(jī)中換句話說他們是單片機(jī)工作必須的管腳下面分別介紹這些管腳的功能 1VCC 和 GND 電源電壓輸入端和接地端 AT89S51 的供電電壓范 4055V 一般取5V 2P0 口 P0 口是一組 8 位漏極開路雙向 IO 口也即地址數(shù)據(jù)總線復(fù)用口作為輸出口時每位能吸收電流的方式驅(qū)動 8個 TTL邏輯門電路對端口寫 1可作為高阻抗輸入端用在訪 問外部數(shù)據(jù)存儲器時這組口線分時轉(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 P0 口接收指令字節(jié)而在程序校驗(yàn)時輸出指令字節(jié)校驗(yàn)時需要外接上拉電阻 圖 33 P0 口作為輸入輸出端口時需要添加外部上拉電阻 3P1 口 P1 口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 IO口 P1 的輸出緩沖級動 吸收或輸出電流 4 個 TTL 邏輯門電路對端口寫 1 通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平此時可作輸入口作輸入口使用時因?yàn)閮?nèi)部上拉電阻某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流與 P0口相比 P1口由于內(nèi)置上拉電阻所以不再需要添加外置 上拉電阻 表 31 P1 口的第二功能 P1 引腳號 第二功能描述 P15 MOSI 在線編程中的主計(jì)算機(jī)輸出從單片機(jī)輸入 P16 MISO 在線編程中的主計(jì)算機(jī)輸入從單片機(jī)輸出 P17 SCK 在線編程中的串行時鐘 4P2口 P2口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 IO 口 P2 的輸出緩沖級可 吸收或輸出電流 4 個 TTL 邏輯門電路對端口寫 1 通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平此時可作輸入口作輸入口使用時因?yàn)閮?nèi)部上拉電阻某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流這是由于內(nèi)部上拉的緣故 P2 口當(dāng)用于外部程序存儲器或 16 位地址外 部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時 P2 口輸出地址的高八位在給出地址 1 時它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時 P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容 P2口在 FLASH編程和校驗(yàn)時接收高八位地址信號和控制信號 P2 口和 P0 口一起作為 16 為的地址線 P2 口的另一個功能名稱 A8A15表示 P2口具有除一般 IO接口外的第二重功能作為高 8位地址線 5P3 口 P3 口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向陽口 P3 口輸出緩沖級驅(qū)動 吸收或輸出電流 4 個 TTL 邏輯門電路對 P3 口寫入 1 時 P3 的 8 個 位電平被內(nèi)部上拉電阻拉高可作為輸入端口作輸入端口時作為輸入由于外部下拉為低電平 P3口將輸出電流這是由于上拉的緣故 P3口除了作為一般的 IO口線外更重要的用途是的第二功能如下表 3所示 表 32 AT8951 P3 口功能表 P3 口引腳 功能 P30 P30 RXD 串行輸入端口 P31 TXD 串行輸出端口 P32 INTO 外中斷 0 P33 INT1l 外中斷 l P34 T0 定時器0 外部輸入 P35 Tl 定時器 1 外部輸入 P36 WR 外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通 P37 RD 外部 數(shù)據(jù)存儲器讀選通 6XTAL1 和 XTAL2 分別為片內(nèi)振蕩器反相放大器的輸入端內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端和片內(nèi)振蕩器反相放大器的輸出端 XTAL1 和 XTAL2 之間連接一個晶體振蕩器加上兩個容量為 2040PF 的電容組成時鐘電路如圖 34 所示 這種使用晶振配合產(chǎn)生時鐘信號的方法稱為內(nèi)部時鐘方式晶振的頻率決定了該系統(tǒng)的時鐘頻率如晶振選擇 12MHZ 那么單片機(jī)工作的頻率就是 12MHZ根據(jù)系統(tǒng)對速度的要求一般可以選擇 1212MHZ 的晶振有的單片機(jī)可以在需要時運(yùn)行在更高的頻率下如 20MHZ那就可以使用 20MHZ的晶振 AT89S51單片機(jī)還可以工作在外部時鐘方式下這時可向單片機(jī)的 XTAL1 管腳輸入時鐘信號而將 XTAL2管腳懸空時鐘信號的頻率決定了單片機(jī)工作頻率這種方式稱為外部時鐘方式由于構(gòu)成內(nèi)部時鐘所需添加的器件通常少于外部時鐘因此單片機(jī)大多使用內(nèi)部時鐘信號 圖 34 內(nèi)部時鐘 7RST 復(fù)位輸入當(dāng)振蕩器工作時 RST 引腳出現(xiàn)兩個機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位最簡單的復(fù)位電路就是在 RST端與 Vcc之間連接一個 10μ F的電解電容 C3單片機(jī)上電瞬間電容 C3的正極電壓瞬間變?yōu)?Vcc電解電容對于這個瞬間的電壓突變相當(dāng)于短路于是 Vcc相當(dāng)于直接加在了 RST端上正是這個加在 RST 上的瞬間高電平使計(jì)算機(jī)復(fù)位很快電容 C3 充滿電在電路中相當(dāng)于斷路于是 RST 端電平由高轉(zhuǎn)低單片機(jī)隨即開始執(zhí)行程序 8ALEPROG 地址鎖存允許編程脈沖信號端當(dāng)訪問外部存儲器時地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的低位字節(jié)在 FLASH 編程期間此引腳用于輸入編程脈沖在平時 ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號此頻率為振蕩器頻率的16 因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的然而要注意的是每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個 ALE 脈沖如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置0 此時 ALE 只有在執(zhí)行 MOVXMOVC 指令是 ALE 才起作用另外該引腳被略微拉高如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止置位無效 9PSEN 外部程序存儲器的選通信號低電平有效在由外部程序存儲器取指期間每個機(jī)器周期兩次 PSEN 有效但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時這兩次有效的 PSEN信號將不出現(xiàn) 10EAVPP 外部程序存儲器訪問允許當(dāng) EA 保持低電平時則在此期間外部程序存儲器 0000HFFFFH 不管是否有內(nèi)部程序存儲器注意加密方式 1 時 EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET 當(dāng) EA 端保持高電平時此間內(nèi)部程序存儲器在 FLASH 編程期間此引腳也用于施加 12V 編程電源 VPP 32 單片機(jī)與計(jì)算機(jī)通信電路的設(shè)計(jì) AT89S51 單片機(jī)有串行口 RXD 和 TXD 兩個端口單片機(jī)與單片機(jī)之間計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間都可以通過串口實(shí)現(xiàn)通信鏈路的硬件連接并進(jìn)行數(shù)據(jù)交換 RS232 接口的簡介 計(jì)算機(jī)接口通常是 RS232接口 EIARS232C 對電器特性邏輯電平和各種信號線功能都作了規(guī)定 在 TxD 和 RxD 上 邏輯 1 MARK 3V～ 15V 邏輯 0 SPACE 3～ 15V 在 RTSCTSDSRDTR 和 DCD 等控制線上 信號有效接通 ON 狀態(tài)正電壓＝ 3V～ 15V 信號無效斷開 OFF 狀態(tài)負(fù)電壓 3V～ 15V 以上規(guī)定說明了 RS232C標(biāo)準(zhǔn)對邏輯電平的定義對于數(shù)據(jù)信息碼邏輯 1傳號的電平低于 3V 邏輯 0 空號的電平高于 3V 對于控制信號接通狀態(tài) ON 即信號有效的電平高于 3V 斷開狀態(tài) OFF 即信號無效的電平低于 3V 也就是當(dāng)傳輸電平的絕對值大于 3V 時電路可以有效地檢查出來介于 3～ 3V 之間的電壓無意義低于15V 或高于 15V 的電壓也認(rèn)為無意義因此實(shí)際工作時應(yīng)保證電平在177。 3～ 15 V之間 EIA RS232C 與 TTL