【文章內(nèi)容簡介】 it/s在國內(nèi)購買，小量價格在 40人民幣 /每片。 圖 32腳 LQFP封裝和 28腳 MLP封裝 的比較 C8051F3l0是完全集成的混合信號片上系統(tǒng)型 MCU 芯片。下面列出了一些主要特性，高速、流水線結(jié)構(gòu)的 8051 兼容的 CIP 一 51內(nèi)核 (可達 25MIPS)。全速、非侵入式的在系統(tǒng)調(diào)試接 口 (片內(nèi) )。帶模擬多路器、真正 10 位 200ksPs 的 25 通道單端 /差分 ADC。高精度可編程的 25MHz 內(nèi)部振蕩器 。16KB 可在系統(tǒng)編程的 FLASH 存儲器 。片內(nèi) RAM。硬件實現(xiàn)的 SMBus/hC、增強型 UART 和增強型 SPI 串行接口 。4個通用的 16 位定時器 。具有 5 個捕捉 /比較模塊和看門狗定時器功能的可編程計數(shù)器 /定時器陣列 (PCA)。片內(nèi)上電復(fù)位、VDD 監(jiān)視器和溫度傳感器 。片內(nèi)電壓比較器 。29/25 個端口陽 (容許 sv 輸入 )。 具有片內(nèi)上電復(fù)位、 VDD 監(jiān)視器、看門狗定時器和時鐘振蕩器的 C8051F310 是真正能獨立工作的片上系統(tǒng)。 FLASH 存儲器還具有在系統(tǒng)重新編程能力，可用于非易失性數(shù)據(jù)存儲，并允許現(xiàn)場更新 8051 固件。用戶軟件對所有外設(shè)具有完全的控制，可以關(guān) 閉任何一個或所有外設(shè)以節(jié)省功耗。片內(nèi) SiliconLabs 二線 (C2)開發(fā)接口允許使用安裝在最終應(yīng)用系統(tǒng)上的產(chǎn)品 MCU 進行非侵入式 (不占用片內(nèi)資源 )、全速、在系統(tǒng)調(diào)試。調(diào)試邏輯支持觀察和修改存儲器和寄存器，支持?jǐn)帱c、單步、運行和停機命令。在使用 CZ 第 10 頁 共 41 頁 10 進行調(diào)試時，所有的模擬和數(shù)字外設(shè)都可全功能運行。兩個 CZ 接口引腳可以與用戶功能共享，使在系統(tǒng)調(diào)試功能不占用封 裝引腳。每種器件都可在工業(yè)溫度范圍 (一 45℃到+85℃ )內(nèi)用 一 的電壓工作。端口 ST 和 JTAG 引腳都容許 SV 的輸入信號電壓。C8051F3l0采用 32 腳 LQFP 封裝和 28 腳 MLP 封裝 。 C805lF310 使用 SiliconLabs 的專利 CIP 一 51 微控制器內(nèi)核。 CIP 一 51與 MCS 一slTM 指集完全兼容，可以使用標(biāo)準(zhǔn)的匯編器和編譯器進行軟件開發(fā)。 CIP 一 51 采用流水線結(jié)構(gòu)，與標(biāo)準(zhǔn)的 8051 結(jié)構(gòu)相比指令執(zhí)行速度有很大的提高。 C805IF3lx 系列 MCU在 CIP 一 51 內(nèi)核和外設(shè)方面有 幾項關(guān)鍵性的改進，提高了整體性能，更易于在最終應(yīng)用中使用。擴展的中斷系統(tǒng)向 CIP 一 51提供 14個中斷源 (標(biāo)準(zhǔn) 8051 只有 7個中斷源 )，允許大量的模擬和數(shù)字外設(shè)中斷微控制器。一個中斷驅(qū)動的系統(tǒng)需要較少的 MCU 干預(yù)，因而有更高的執(zhí)行效率。在設(shè)計一個多任務(wù)實時系統(tǒng)時，這些增加的中斷源是非常有用的。 MCU 有多達 8 個復(fù)位源 :上電復(fù)位電路 (POR)、一個片內(nèi) VDD 監(jiān)視器 (當(dāng)電源電壓低于呱 ST 時強制復(fù)位 )、一個看門狗定時器、一個時鐘丟失檢測器、一個由比較器提供的電壓檢測器、一個軟件強制復(fù)位、外部復(fù)位輸入引腳和 FLASH 讀 /寫錯誤保護復(fù)位。除了 POR、復(fù)位輸入引腳及 FLASH 操作錯誤這三個復(fù)位源之外，其他復(fù)位源都可以被軟件禁止。內(nèi)部振蕩器在出廠時已經(jīng)被校準(zhǔn)為 士 2%。器件內(nèi)還集成了外部振蕩器驅(qū)動電路，允許使用晶體、陶瓷諧振器、電容、 RC 或外部時鐘源產(chǎn)生系統(tǒng)時鐘。如果需要，時鐘源可以在運行時切換到外部振蕩器。外部振蕩器在低功耗系統(tǒng)中是非常有用的，它允許 MCU 從一個低頻率 (節(jié)電 )外部晶體源運行，當(dāng)需要時再周期性地切換到高速 (可達25MHz)的內(nèi)部振蕩器。 CC1101 通信模塊的 設(shè)計 CC1101 模塊簡介 圖 CC1101芯片實物圖 第 11 頁 共 41 頁 11 圖 CC1101內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡化框圖 芯片采用 Chipcon 公司 的 CC1101，是 根據(jù) SmartRF 技術(shù)以 mCMOS 工藝制成的一款低成本單片 UHF 收發(fā)器， 具有功耗低、電壓低、體積小、靈敏度高等特點。電路主要工作在 31 43 868 和 915MHz 的 ISM 和 SRD（短距離設(shè)備）頻率波段，也可以設(shè)置為 300～ 348MHz、 400～ 464MHz 和 800～ 928MHz 的其它頻率。 CC1101 集成了一個高度可配置的調(diào)制解調(diào)器，支持不同的調(diào)制格式，其數(shù)據(jù)傳輸率最高可達 500kbps。通過開啟集成在調(diào)制解調(diào)器上的前向誤差校正選項，能使性能得到提升。 CC1101在 ～ 的低電壓下工作，其靈敏度為 110dBm，在所有工作頻率波段上，可編程輸出功率為 30～ 10dBm。 CC1101 單片集成電路的內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡化框圖如圖 。 圖 MCU與 CC1101接口電路示意圖 第 12 頁 共 41 頁 12 圖 無線通信模塊電路原理圖 CC1101 與一個微控制器和少數(shù)幾個外接元件便可組成一個完整的無線數(shù)據(jù)收發(fā)系統(tǒng)， 在本文無線 遙控開關(guān) 的設(shè)計中，使用 MCU的 P2 口對 CC1101 進行控制和數(shù)據(jù)的傳輸，如圖 。 圖 是基于 CC1101 的無線通信模塊電路原理圖。與 LCM 的電源接口設(shè)計一樣，在 CC1101 的電源供電端加入一個三極管來控制 CC1101 與電源的連接，當(dāng) 輸出高電平時，三極管截止， CC1101 與電源斷開；當(dāng) 輸出低電平時 ，三極管導(dǎo)通， CC1101 與電源連接。在不需要 CC1101 進行無線通信時將其關(guān)閉，需要時再打開，這樣做的目的也是降低功耗，延長電池的使用壽命。 基于 CC1101 的射頻電路 PCB 設(shè)計 基于 CC1101 的無線通信模塊是無線 遙控開關(guān) 中比較重要的組成部分，它的好壞將直接影響到系統(tǒng)的各方面性能，其中 PCB 的設(shè)計是硬件設(shè)計的一個重點和難點，下面分四個方面介紹一下無線通信模塊 PCB 的設(shè)計。 （ 1）無線通信模塊 PCB 的布局設(shè)計 在對 CC1101 的 PCB 進行設(shè)計時，首先要考慮 元件擺放布局問題，如圖 。要使射頻電路的輸入端遠離輸出端，將強電信號和弱電信號分開，將數(shù)字信號電路和模擬信號電路分開，完成同一功能的電路應(yīng)盡量安排在一定的范圍之內(nèi)，從而減小信號環(huán)路面積，各部分電路的濾波網(wǎng)絡(luò)要就近連接，這樣不僅可以減小輻射，還可以減少被干擾的幾率，提高電路的抗干擾能力。 第 13 頁 共 41 頁 13 （ 2）無線通信模塊 PCB 的布線設(shè)計 在基本完成元器件的布局后，就要開始布線了。如圖 所示，所有走線應(yīng)遠離PCB 板的邊框（ 2mm 左右），以免 PCB 板制作時造成斷線或有斷線的隱患。電源線和地線要盡可能寬， 這樣可以減少環(huán)路電阻，在圖 20mil，地線 20mil，普通線10mil；同時，電源線、地線的走向和數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆较蛞恢?，以提高抗干擾能力；所布信號線應(yīng)盡可能短，各元器件間的連線越短越好，以減少分布參數(shù)和相互間的電磁干擾；對于不相容的信號線應(yīng)盡量相互遠離，而且盡量避免平行走線，在正反兩面的信號線應(yīng)相互垂直；布線時在需要拐角的地方應(yīng)以 135176。角為宜，避免拐直角；焊接天線的 PCB部分不要有地線，如圖 ；布線時與焊盤直接相連的線條不宜太寬，走線應(yīng)盡量離開不相連的元器件；過孔不宜 太大且大小要一致，在 圖 中過孔外徑大小為 28mil，內(nèi)徑為 16mil，過孔不宜在元器件上，且應(yīng)盡量遠離不相連的元器件，以免在生產(chǎn)中出現(xiàn)虛焊、連焊、短路等現(xiàn)象。 圖 無線通信模塊的 PCB 示意圖 （ 3）無線 遙控開關(guān) 的數(shù)字部分對射頻電路的抗干擾設(shè)計 數(shù)字電路和射頻電路單獨工作，可能各自工作良好。但是，一旦將二者放在同一塊電路板上，使用同一個電源一起工作時，整個系統(tǒng)就很可能不穩(wěn)定。其主要原因是數(shù)字信號頻繁在地（ 0V）和正電源（ 5V）之間擺動，而且周期特別短，常常是納秒或微秒級。由于較 大的振幅和較短的切換時間，使得這些數(shù)字信號包含大量且獨立于切換頻率的高頻成分。如果不能使數(shù)字信號與射頻信號很好地分離。微弱的射頻信號可能遭到破壞，這樣一來，無線設(shè)備工作性能就會惡化，甚至完全不能工作。 第 14 頁 共 41 頁 14 （ 4）電源部分對射頻電路的抗干擾設(shè)計 射頻電路對于電源噪聲相當(dāng)敏感，尤其是對毛刺電壓和其他高頻諧波。經(jīng)過升壓芯片 MAX856 的電壓輸出端存在著噪聲， MCU 和其它耗電量大的芯片會在每個內(nèi)部時鐘周期內(nèi)，短時間突然吸入大部分電流，如果不在 CC1101 的電源供電端采取合適的電源去耦，必將引起電源線上 的電壓毛刺，這些電壓毛刺到達射頻部分的電源引腳后，會對無線部分造成影響，嚴(yán)重時可能導(dǎo)致無線通信工作失效。 圖 電源星形布線 為了解決電源對電路的干擾，本文從兩個方面考慮的：一是采用電源星形布線法，如圖 所示。讓電路板上各模塊具有各自的來自公共供電電源點的電源線路，在這種情況下，星形布線意味著電路的數(shù)字部分和射頻部分應(yīng)有各自的電源線路，以減少各部分電源之間的干擾。二是在靠近電源輸入端加入去耦和旁路電容，如圖 所示。在 CC1101 的電源供電端加入了 1個 47μ F的去耦電容和 3 個旁路電 容，去耦電容能夠有效的去除電路之間的耦合效應(yīng)，旁路電容能夠去除高頻噪聲。在 MCU 和其它芯片的電源供電端也分別加入去耦和旁路電容，以減少電源噪聲帶來的影響。 圖 無線通信模塊的電源濾波電路示意圖 矩陣 鍵盤的設(shè)計 鍵盤是由若干個按鍵組成的開關(guān)矩陣，它是一種廉價的輸入設(shè)備。一個鍵盤，通常包括有數(shù)字鍵 (0 一 9)，字母鍵 (A一 Z)以及一些功能鍵。操作人員可以通過鍵盤向計算機輸入數(shù)據(jù)、地址、指令或其它控制命令，實現(xiàn)人機對話。用于計算機系統(tǒng)的鍵盤按其 第 15 頁 共 41 頁 15 結(jié)構(gòu)形式可分為兩類 :一類是編碼鍵盤，即鍵盤上閉合鍵 的識別由專用的硬件來實現(xiàn) 。另一類是非編碼鍵盤，即鍵盤上閉合鍵的識別由軟件來識別。為了節(jié)省 FO 線，單片機系統(tǒng)中普遍使用非編碼鍵盤，鍵盤接口應(yīng)具備以下功能 :鍵掃描功能即檢測是否有鍵按下 。產(chǎn)生相應(yīng)的鍵代碼 (鍵值 )。消除按鍵抖動及多鍵按下。 4x2 的鍵盤結(jié)構(gòu)中的列線通過電阻接十 5v。當(dāng)鍵盤上沒有鍵閉合時，所有的行線和列線斷開，列線都呈高電平。當(dāng)鍵盤上某一個鍵閉合時，則該鍵所對應(yīng)的列線與行線短路。此時列線的電平由行線的電位所決定。如果把列線接到微機的輸入口，行線接到微機的輸出口，在微機的控制下線都為高電平，則這行上沒 有鍵閉合，如果讀出的列線狀態(tài)不全為高電平，則為低電平的列線相交處的鍵處于閉合狀態(tài) 。如果這一行上沒有閉合鍵，就使行線為低電平， 檢測該行線上有無閉合鍵，以此類推，直到最后一根列線都檢測完。這種逐行逐列地檢查鍵盤狀態(tài)的過程就稱為對鍵盤一次掃描。 CPU 對鍵盤掃描可以采取程序控制的隨機方式， CPU 空閑時掃描鍵盤。也可以采取定時控制方式，每隔一定的時間 CPU 就對鍵盤掃描一次。也可以采取中斷方式，每當(dāng)鍵盤上有鍵閉合時，向 CPU請求中斷， CPU 響應(yīng)中斷后，對鍵盤掃描，以識別一個鍵處于閉合狀態(tài)，并對該鍵輸入信息做出相應(yīng)處理。 CPU 對鍵盤上閉合鍵的鍵號確定，可根據(jù)行線和列線的狀態(tài)計算求得，也可以根據(jù)行線和列線狀態(tài)查表得。非編碼鍵盤識別按鍵的方法有兩種 :一是行掃描法，二是線反轉(zhuǎn)法。 S1S W P BS5S W P BS2S W P BS6S W P BS3S W P BS7S W P BS4S W P BS8S W P BP 2 .7P 2 .6P 2 .5P 2 .4P 2 .3P 2 .2 圖 4x2鍵盤 電源電路的設(shè)計 電源是各種電子設(shè)備不可缺少的組成部分，而便攜式電子產(chǎn)品多采用電池供電，為了使電路性能穩(wěn)定，往往還需要穩(wěn)定電源，尤其是像本文設(shè)計的無線遙控開關(guān)包含射頻電路時，其性能的優(yōu)劣直接關(guān)系到無線遙控開關(guān)的技術(shù)參數(shù)及能否安全可靠地工作。目前電源的種類繁多，不同的電源都有特定的使用場合。在無線遙控開關(guān)的電源設(shè)計中，主要 考慮使用線性穩(wěn)壓電源和開關(guān)電源，并根據(jù)這兩種電源的特點設(shè)計了適合無線遙控開關(guān)的電源。 第 16 頁 共 41 頁 16 線性穩(wěn)壓電源因其內(nèi)部調(diào)整管工作在線性范圍而得名。線性穩(wěn)壓電源的優(yōu)點是外圍元件少、輸出噪聲小、靜態(tài)電流小，價格也便宜。其最主要缺點是由于輸入電壓與輸出電壓之間的電壓差（一般稱為壓差）大，造成調(diào)整管上的損耗大，轉(zhuǎn)換效率較低。開關(guān)電源是由于器件中有一個工作在開關(guān)狀態(tài)的晶體管（一般是 MOSFET），開關(guān)管工作于飽和導(dǎo)通及截止兩種狀態(tài)，所以開關(guān)管的管耗小并且與輸入電壓大小無關(guān)，效率較高（一般可達 80%～ 95%）。開關(guān)電源主要指 DCDC 變換器，主要包括升壓式（ VoutVin）、降壓式（ VoutVin）和反轉(zhuǎn)式（ |Vout|Vin）三種類型。 無線遙控開關(guān)需要使用電池供電，電源輸出電壓需要 ，輸出電流需要達到100mA 以上，輸出電壓噪聲要小以保證射頻電路穩(wěn)定工