【文章內(nèi)容簡介】 8 P2， P3 口可接收外部上升沿或下降沿的中斷輸 入 。 14/16 位硬件 A / D 轉(zhuǎn)換器具有高轉(zhuǎn)換率，可高達(dá) 300kbps 的，滿足大多數(shù)數(shù)據(jù)采集應(yīng)用 ?？芍苯域?qū)動(dòng)多達(dá) 180 段 LCD。實(shí)現(xiàn)雙向 10 位 D / A 轉(zhuǎn)換器 。硬件 I 2 C 串行總線接口的串行擴(kuò)展內(nèi)存 。和用于提高數(shù)據(jù)傳輸速度，以及利用直接的數(shù)據(jù)傳送（ DMA）模塊。 圖 單片機(jī)引腳圖 主要功能特性 低電源電壓范圍為 V— 超低功耗： 主動(dòng)模式： 200181。在 1 MHz， V 待機(jī)模式： 關(guān)閉模式（ RAM 保留）： 02181。 五省電模式 從小于 6181。的待機(jī)模式喚醒 16 位 RISC 架構(gòu)，指令周期時(shí)間為 130 ns 基本時(shí)鐘模塊配置： 各種內(nèi)部電阻 單個(gè)外部電阻 32 kHz 晶體 武漢工程大學(xué) 郵電與信息工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 高頻晶體 10 點(diǎn)， 200 kSPS 的 A / D 轉(zhuǎn)換器內(nèi)部參考，采樣和保持，自動(dòng)掃描，數(shù)據(jù)傳輸控制器 可編程代碼保護(hù)安全熔絲 CPU 介紹 MSP430 的 CPU 有一個(gè) 16 位 RISC 架構(gòu)，具有高度的透明性的應(yīng)用。所有的操作，包括其他的程序流程，是七處理的源操作數(shù)和目的操作數(shù)尋址方式為寄存器四。msp430cpu 是 16 位，提供減少指令執(zhí)行的時(shí)間積分 。該寄存器到寄存器操作的執(zhí)行時(shí)間為一個(gè)周期的 CPU時(shí)鐘。四個(gè)寄存器， R0 到 R3，如程序計(jì)數(shù)器，一個(gè)專用的堆棧指針，狀態(tài)寄存器和常數(shù)發(fā)生器，剩余的寄存器通用寄存器。連接到 CPU的數(shù)據(jù)，地址和控制總線的外設(shè)，可以處理所有的指令 [10]。 單片機(jī)控制模塊 單片機(jī)控制模塊由 MSP430 最小系統(tǒng)組成，其中包括單片機(jī)，晶振電路和復(fù)位電路。 （ 1）晶振電路 晶振電路由兩個(gè) 33pF 電容和一個(gè) 12MHz 晶體振蕩器構(gòu)成 （ 2）復(fù)位電路 單片復(fù)位端低電平有效。 圖 單片機(jī)最小系統(tǒng) 武漢工程大學(xué) 郵電與信息工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 無線模塊選型 本模塊采用基于 nRF905 的無線射頻電路作為數(shù)據(jù)傳輸電路。 無線收發(fā)模塊 圖 無線收發(fā)模塊 圖為基于 nRF905 無線收發(fā)模塊。 VCC 電壓 ； CLK 時(shí)鐘輸出。該系統(tǒng)無需使用； CD 輸出，單片機(jī)控制，懸在空中： GND 接地；其他引腳和單片機(jī)連接，由單片機(jī)控制發(fā)送數(shù)據(jù)，發(fā)送數(shù)據(jù)到單片機(jī)。 nRF905 無線收發(fā) 對 nRF905 來說，前綴和循環(huán)冗余校的處理可以自動(dòng)完成， nRF905 無線收發(fā)芯片全部集成的頻率調(diào)制器，功率放大器，能夠解調(diào)的的接收機(jī)，晶體振蕩器組成。 通過使用 ShockBurst 技術(shù)， nRF905 能提供高速的數(shù)據(jù)傳輸，而且不需要使用價(jià)格高昂的高速單片機(jī)去對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。 對射頻協(xié)議的有關(guān)處理是把高速信號(hào)放入芯片 ，nRF905 提供一種應(yīng)用單片機(jī)的 SPI 接口，接口速率決定單片機(jī)速率。對 ShockBurst RX模式來說，只有通過各個(gè)接收的數(shù)據(jù)，才能完成地址匹配 AM 和 DR 信號(hào)有效的地址和數(shù)據(jù)包。在 TX ShockBurst 模式， nRF905 自動(dòng)產(chǎn)生前導(dǎo)碼和 CRC 校驗(yàn)碼， DR 信號(hào)通知單片機(jī)數(shù)據(jù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)準(zhǔn)備已完成。總之，這意味著減少單片機(jī)內(nèi)存的需求，意味著它可以減少微控制器的成本和 縮短軟件開發(fā)時(shí)間。 nRF905 芯片無線收發(fā)電路工作在 43 ISM 等頻段， ShockBurst 工作模式的特點(diǎn)自動(dòng)產(chǎn)生前導(dǎo)碼和 CRC 可以通過 SPI 接口配置進(jìn)行編程。進(jìn)入掉電模式可以很容易地實(shí)現(xiàn)節(jié)能 [11]。 武漢工程大學(xué) 郵電與信息工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 圖 基于 nRF905 的無線發(fā)射模塊電路圖 （ 1）特點(diǎn) ? 低功耗 ShockBurst 工作模式 ? 工作電源電壓范圍 — ? 多通道工作 — ETSI/FCC 兼容 ? SAW 濾波器輸出功率可調(diào)至 10dBm? ? 偵測接收的數(shù)據(jù)包當(dāng)?shù)刂氛_輸出地址匹配信號(hào) ? 433Mhz 開放 ISM 頻段免許可證使用低功耗工作 ? 電路可軟件設(shè)地址，只有收到本機(jī)地址時(shí)才會(huì)輸出數(shù)據(jù)（提供中斷指示 )，可直接接各種單片機(jī)使用，軟件編程非常方便 ? 抗干擾能力強(qiáng)，適合工業(yè)控制場合 ? 可以滿足多點(diǎn)通信以及跳頻通信需要 ? 收發(fā)模式切換時(shí)間一般小于 650us ? 標(biāo)準(zhǔn) DIP 間距接口，便于嵌入式應(yīng)用 ? TX Mode:在 +10dBm情況下，電流為 30mA。RXMode: （ 2）接口電路引腳說明 武漢工程大學(xué) 郵電與信息工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 ? 表為 nRF905 無線收發(fā)電路的引腳定義： ? VCC 腳接電壓，超過 ，一般使用的電壓為 。 ? 電源 VCC 和接地端以外的引腳都可以直接和 5V單片機(jī) IO 口直接相連。 ? 硬件上面沒有 SPI 的單片機(jī)也可以控制本模塊，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。 ? 13 腳、 14 腳需要和母板的邏輯地連接起來 （ 3）工作模式 ShockBurst 模式： 典型 ShockBurst TX 模式： ? 應(yīng)用有遙控?cái)?shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)時(shí)，只有通過 SPI 接口，接收節(jié)點(diǎn)的地址 TXaddress 和有效數(shù)據(jù) TXpayload 才能傳送給 nRF905 應(yīng)用協(xié)議 ? MCU設(shè)置 TRX_CE、 TX_EN 為高來激活 nRF905 ShockBurst 傳輸； 典型 ShockBurst RX 模式 ? 通過設(shè)置 TRX_CE 高， TX_EN 低來選擇 ShockBurst 模式； ? 650us 以后， nRF905 監(jiān)測空中的信息； ShockBurstTM 收發(fā)模式一般使用先入先出堆棧，數(shù)據(jù)低速從單片機(jī)到高速發(fā)射，這樣可以盡量節(jié)能，因?yàn)檫@樣，射頻數(shù)據(jù)傳輸率可以變得很高。由于射頻協(xié)議的存在，所有和它有關(guān)的高速信號(hào)都處理在片內(nèi)，這樣做的好處：盡可能節(jié)能；系統(tǒng)成本低（低速度的微處理器也可以高速射頻發(fā)射）；數(shù)據(jù)在空中停留時(shí)間短，抗干擾。 ShockBurstTM技術(shù)還降低了整個(gè)系統(tǒng)的平均工作 電流。 ShockBurstTM 收發(fā)模式下， nRF905 有一個(gè)特點(diǎn)，就是它的前綴和 CRC 校驗(yàn)碼可以自動(dòng)處理。而且在每次接受數(shù)據(jù)時(shí)都能自動(dòng)把字頭和 CRC 校驗(yàn)碼刪除。在數(shù)據(jù)傳輸，自動(dòng)前綴和 CRC 校驗(yàn)碼，當(dāng)發(fā)送過程完成后， DR 引腳通知微處理器數(shù)據(jù)發(fā)射完成。 ShockBurst TX 發(fā)送流程： ① .當(dāng)微控制器有數(shù)據(jù)要發(fā)送時(shí)，通過 SPI 接口，按時(shí)序把接收機(jī)的地址和要發(fā)送的數(shù)據(jù)送傳給 RF905， SPI 接口的速率在通信協(xié)議和器件配置時(shí)確定； ② .微控制器置高 TRX_CE 和 TX_EN，激發(fā) RF905 的 ShockBurstTM 發(fā)送模式； ③ .RF905 的 ShockBurstTM 發(fā)送： 武漢工程大學(xué) 郵電與信息工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 ，數(shù)據(jù)引腳被置高； ； ； ； ShockBurst RX 接收流程： ① .在 TRX_CE 變?yōu)楦摺?TX_EN 變?yōu)榈椭螅?nRF905 就會(huì)進(jìn)入 ShockBurstTM 接收模式； ② .一段時(shí)間后， nRF905 一直監(jiān)測，等待接收數(shù)據(jù)； ③ .同一頻段的載波被 nRF905 檢測到時(shí)，載波檢測引腳被置高； ④ .當(dāng)接收到一個(gè)相匹配的地址， AM 引腳被置高； ⑤ .接收好數(shù)據(jù)，移去字頭、地址和 CRC 校驗(yàn)位， DR 腳置高 ⑥ .置低 TRX_CE，進(jìn)入空閑模式； ⑦ .通過 SPI 口把數(shù)據(jù)移到微控制器內(nèi)； ⑧ .數(shù)據(jù)接收完成， DR 引腳和 AM 引腳置低； ⑨ .nRF905 此時(shí)可以進(jìn)入 ShockBurstTM 接收和發(fā)送模式或關(guān)機(jī)模式。 當(dāng)一個(gè)數(shù)據(jù)包被接收事， trx_ce 或 tx_en 引腳的狀態(tài)發(fā)生變化，與 RF905 立刻改變工作模式，數(shù)據(jù)包丟失。當(dāng)微處理器從 AM 引腳接收一個(gè)信號(hào)，它就知道 RF905 在接收數(shù)據(jù)包，可確定該 RF905 繼續(xù)接收數(shù)據(jù)包或進(jìn)入另一種工作模式。 （ 4） 掉電模式 在掉電模式， nRF905 電流消耗最小化，一般來說低于 。當(dāng)進(jìn)入這種模式，nRF905 是閑置狀態(tài)。在這個(gè)時(shí)候，平均電流消耗最小，電池壽命最長。在掉電模式下配置字內(nèi)容不變。 （ 5） 節(jié)能模式 ： 一般情況下包括關(guān)機(jī)和節(jié)能模式，關(guān)機(jī)模式的最小工作電流一般是 。進(jìn)入關(guān)機(jī)模式后，配置字的內(nèi)容保持不變，不接收或發(fā)送數(shù)據(jù)。在空閑模式下，該晶體振蕩器的內(nèi)部零件處于工作狀態(tài)。從空閑到發(fā)射或接收模式也只用相對較短的啟動(dòng)時(shí)間。 （ 6） 待機(jī) 模式 待機(jī)模式下保持最小 shockbursttx 和 shockburstrx 啟動(dòng)時(shí)間，同時(shí)保持最低的電流消武漢工程大學(xué) 郵電與信息工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 耗 ..進(jìn)入待機(jī)模式后，晶體振蕩器之中的一部分是活動(dòng)的。當(dāng)前的消耗取決于晶體振蕩器的頻率。如果啟用，電流的消耗馬上就會(huì)變大。不同的負(fù)載電容和頻率下，情況也不一樣。在這 種模式下，該配置字的內(nèi)容保持不變。 （ 7） 內(nèi)部結(jié)構(gòu) nRF905 芯片集成的電源管理，晶體振蕩器，低噪聲放大器，頻率合成器，功率放大器模塊和曼徹斯特編碼 /解碼芯片的硬件，使用非常方便 [12]。 圖 芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu) 溫度傳感器選型 溫度數(shù)據(jù)采集電路 圖 溫度數(shù)據(jù)采集電路 數(shù)字式溫度傳感器 DS18B20 DSl8B20 智能數(shù)字溫度傳感器的傳感器模塊和轉(zhuǎn)換電路集成在一個(gè)三極管的集成電路中。 DSl8B20 從單線接口接收到信息或把信息送出，所以從 CPU 到 DSl8B20 只需武漢工程大學(xué) 郵電與信息工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 連接線。數(shù)據(jù)線本身可以提供讀，寫和完成所需的功率溫度變化，并不需要單獨(dú)提供電源?，F(xiàn)場的溫度在數(shù)字方式直接傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾。 （ 1）特征： ? 通信只需 1 個(gè)接口引腳即可 ? 分布式溫度檢測非常簡化 ? 測溫范圍增量值為 ℃ ? 不要外部組件 ? 不要備份電源 ? 溫度以 9 位數(shù)字值方式讀出 ? 數(shù)據(jù)線供電 ? 用戶定義非易失性的溫度告警設(shè)置 （ 2）引腳定義： ? DQ 為數(shù)字信號(hào)輸入 /輸出端； ? GND 為電源地； ? VDD 為外接電源輸入端。 （ 3）內(nèi)部結(jié)構(gòu) DSB18B20 主要分為以下幾個(gè)部分： ① 光刻 ROM 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 ② 溫度傳感器 ③ 溫度報(bào)警觸發(fā)器 TH 和 TL（ 4）非易失性的電可擦除可編程寄存器。還有高速緩沖存儲(chǔ)器。該設(shè)備只有 3 外部引腳，其中 VDD 和 GND 電源的引腳，其他 DQ 作為 I/O 總線，因此被稱為第一行數(shù)據(jù)總線。每個(gè) O/I 接口與單片機(jī)的接口可以掛更多 [13]。 圖 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu) DQ VDD 武漢工程大學(xué) 郵電與信息工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 這是 DS18B20 的框圖， 64 位只讀存儲(chǔ)器存儲(chǔ)的唯一序列號(hào)。溫度寄存器緩存包含兩個(gè)字節(jié)，兩 個(gè)寄存器用來存儲(chǔ)溫度傳感器輸出的數(shù)據(jù)。此外，暫存存儲(chǔ)器提供了一個(gè)直接的溫度報(bào)警值寄存器（ TH 和 TL），和一個(gè)字節(jié)的寄存器配置。配置寄存器允許用戶設(shè)定溫度的精度為 9， 10， 11 或 12 位。 TH， TL 和配置寄存器是非易失性存儲(chǔ)器（擦除程序寄存器），所以存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)不會(huì)消失，當(dāng)設(shè)備斷電。 DS18B20 通信必須通過單總線協(xié)議的單線接口。當(dāng)所有的設(shè)備連都接通過 3 態(tài)端口或排水口總線（ DQ 引腳上的 DS18B20），必須提供一個(gè)弱上拉電阻給控制線。在這種總線系統(tǒng)中，微控制器（主設(shè)備）依托獨(dú)特的 64 位序列號(hào)，每個(gè)設(shè)備識(shí)別總線上 的設(shè)備和記錄總線上的設(shè)備的地址。因?yàn)槊總€(gè)設(shè)備都有一個(gè)獨(dú)特的代碼， CAN 總線的連接設(shè)備的數(shù)量事實(shí)上是無限的。單總線協(xié)議，包括對單總線系統(tǒng)部分的詳細(xì)解釋和定時(shí)指令 [14]。 DS18B20 的另一個(gè)功能是在沒有外部電源的工作。當(dāng)當(dāng)總線處于高狀態(tài)， DQ 與上拉電阻被連接到該設(shè)備通過單總線供電。于此同時(shí)，總線信號(hào)處在高水平狀態(tài)，并對內(nèi)部電容供電，當(dāng)總線處于低水平狀態(tài)，電容器提供能量。這種方式被稱為“寄生源”。DS18B20 供電也可以通過 VDD 引腳連接到外部電源，一般情況下這作為一種替代方法， DS18B20 的核心功能 是它的數(shù)字溫度傳感器能直接閱讀。溫度傳感器的準(zhǔn)確度是用戶可編程的 10， 11 或 12，分別為 ℃， ℃， ℃和 ℃增量。電源狀態(tài)默認(rèn)的精度為 12 位。 DS18B20 開始后保持低功耗等待狀態(tài)，通過總線控制器發(fā)出 [ 44H ]命令，接著進(jìn)行溫度的測量和 AD 轉(zhuǎn)換，之后，溫度數(shù)據(jù)以兩個(gè)字節(jié)的形式存儲(chǔ)在暫存寄存器的溫度寄存器，緊接著， DS18B20 繼續(xù)保持等待狀態(tài)，外部電源供電給 DS18B20，進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換命令，總線控制器讀取時(shí)序，溫度傳感器在溫度轉(zhuǎn)換過程中返回 0，轉(zhuǎn)換結(jié)束之后 返回 1。當(dāng) DS18B20 由寄生電源供