【正文】 器。 圖 310 按鍵輸入電路圖 主要特性： (1)24管腳封裝 (2)數(shù)字化的光亮控制 (3)BCD譯碼與段碼兩種模式選擇 (4)驅(qū)動共陰極 LED顯示 (5)獨立的 LED段碼控制 (6)150μ A的低功耗關(guān)閉模式 MAX7219和單片機連接有三條引線，接收方式采用 16位數(shù)據(jù)串行移位。也就是說單片機將 16位二進(jìn)制數(shù)逐位發(fā)送到 DIN端 ,在 CLK上升沿到來前準(zhǔn)備就緒， CLK的每個上升沿將一位數(shù)據(jù)移入 MAX7219內(nèi)移位寄存器，當(dāng)移入完 16位數(shù)據(jù)后，在 LOAD引腳信號上升沿蘭州工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 23 將 16位數(shù)據(jù)裝入 MAX7219內(nèi)的相應(yīng)的存儲位置，在 MAX7219內(nèi)部硬件動態(tài)掃描顯示控制電路作用下實現(xiàn)動態(tài)顯示。 圖 311 MAX7219的時序圖 MAX7219的數(shù)據(jù)傳輸時序如圖 311所示，在時鐘脈沖 CLK上升沿的作用 下，依次從 DIN端把 16位串行數(shù)據(jù)輸入到 MAX7219的移位寄存器，然后在 LOAD的上升沿被鎖存到芯片內(nèi)部的數(shù)據(jù)或控制寄存器中。 LOAD的上升沿必須在第 16個時鐘脈沖上升之后和下一個脈沖上升沿之前出現(xiàn)，否則數(shù)據(jù)將會丟失。因為在 ，從 DIN端進(jìn)來的數(shù)據(jù)將出現(xiàn)在輸出引腳 DOUT上，以便在級聯(lián)應(yīng)用時傳到下一個 MAX7219。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12ABCD121110987654321DCBAD O U T24S E G D P22S E G G17S E G F15S E G E21S E G D23S E G C20S E G B16S E G A14I S E T18V+19C L O C K13D I N1D I G 02D I G 111D I G 26D I G 37D I G 43D I G 510D I G 65D I G 78L O A D12G N D4G N D9N 14M A X 7 21 9 （主）abfcgdeD P Y1234567abcdefg8 dpdpN 19abfcgdeD P Y1234567abcdefg8 dpdpN 183 3KR 25+ 5VabfcgdeD P Y1234567abcdefg8 dpdpN 20CL KLO ADRC 2 圖 312 數(shù)碼管接口電路圖 根據(jù)本設(shè)計的溫度精度要求，用了 3個數(shù)碼管顯示溫度大小，由 MAX7219驅(qū)動的 3個七段數(shù)碼管的接口電路如圖 312所示。其中 LOAD、 DIN、 CLK分別接到單片機的 RC RCRC3，此外還應(yīng)注意對于 MAX7219連接到 V+和 ISET端的電阻 REST可對數(shù)碼管亮度進(jìn)行調(diào)節(jié)，但不得小于 ，在本設(shè)計中選用了阻值為 33 K歐姆的電阻。 如 圖 314所示為了能夠使系統(tǒng)正常工作，需要對系統(tǒng)的運行狀態(tài) 進(jìn)行 實時監(jiān)控，在蘭州工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 24 系統(tǒng) 中設(shè)置了三套監(jiān)測與指示裝置，變壓器的安裝現(xiàn)場有一套， 這些裝置可以 方便的看到系統(tǒng)狀態(tài) ，裝置 由檢測故障的繼電器的常開或常閉觸點 、控制風(fēng)機起停的接觸器組成 。 出現(xiàn)故障時，在 故障顯示電路中，過載故障顯示 是當(dāng)其中的任意一組風(fēng)機發(fā)生過載后，過載繼電器的常開觸點就會因為繼電器線圈的得電而接通，觸點一側(cè)的發(fā)光二極管點亮，指示現(xiàn)在風(fēng)機過載運行，過載信號經(jīng)過光電隔離送入主控室的單片機，單片機接到低電平信號，立即做出響應(yīng)，將接在相應(yīng)端口的風(fēng)機組切除。當(dāng)過壓時，過壓信號經(jīng)過光電隔離送入主控室的單片機，單片機接到低電平信號，立即做出響應(yīng)， 發(fā)光二極管點亮， 將接在相應(yīng)端口的風(fēng)機組切除。缺相故障時的信號傳送及其顯示電路原理和過載時基本一致，在風(fēng)機的每一相中都接了一個繼電器線圈，有缺相時，繼電器的常開觸點就會因為繼電器線圈的得電而 接通，觸點一側(cè)的發(fā)光二極管點亮，指示現(xiàn)在風(fēng)機缺相運行，缺相信號經(jīng)過光電隔離送入主控室的單片機，單片機接到低電平信號，立即做出響應(yīng)，將接在相應(yīng)端口的風(fēng)機組切除。 當(dāng) 風(fēng)機正常運行時，控制回路中繼電器的常開觸點就會因為繼電器線圈的得電而接通，觸點一側(cè)的發(fā)光二極管點亮， 則 指示風(fēng)機處于正常運行狀態(tài)。 CC4078芯片的引腳排列圖如圖 313所示。 本電路中需要用 8輸入或 /或非門對信號進(jìn)行選通，下面來 簡單 介紹一下 8輸入或 /或非門芯片 CC4078的工作原理。 W1A2B3C4D5NC6V s s7NC8E9F10G11H12Y13V dd14 圖 313 CC4078芯片的引腳排列圖 引出端功能說明： A～ H 數(shù)據(jù)輸入端； Vdd 正電源； Vss 地； W 原碼輸出端； Y 反碼輸出端。 該芯片電源電壓的范圍是 3V～ 15V，輸入電壓的范圍是 0～ Vdd，在本控制回路中電蘭州工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 25 源電壓是 5V，滿足電路設(shè)計要求。 圖 314 風(fēng)機故障顯示電路 無線通信系統(tǒng)的設(shè)計 通信電路采用無線通信芯片來完成。無線通信芯片種類繁多。 根據(jù)設(shè)計任務(wù)書要實現(xiàn)變壓器的無人看守，因此需要將現(xiàn)場的溫度信號，故障信號送入控制室，便于工作人員隨時掌握變壓器現(xiàn)場的運行情況。通信可以采用無線和有線兩種方式實 現(xiàn)，設(shè)計中要求采用無線通信來實現(xiàn)。 nRF401 單片 UHF 無線收發(fā)芯片可以滿足設(shè)計的要求。 nRF401芯片使用 433MHzISM頻段 ,是一種單片 UHF無線收發(fā)一體芯片 , 他包括了 PLL合成、高頻發(fā)射、高頻接收、多頻道切換、 FSK 調(diào)制、 FSK 解調(diào)等 , 在一個芯片中 20 個管腳，是目前集成度最高的無線數(shù)傳產(chǎn)品。 nRF401 無線收發(fā)芯片是挪威 Nordic 公司推出的。 蘭州工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 26 nRF401 無線收發(fā)芯片的結(jié)構(gòu)框圖如圖 315 所示， nRF401 的工作過程為 : 系統(tǒng) 在發(fā)射開始時首先發(fā)射同步信息 ,接收 /發(fā)射雙方同步 ,在 同步結(jié)束后 傳輸目的地址 ,然后傳送所采集的數(shù)據(jù)。接收模塊總是先接受碼流中的同步信息 ,系統(tǒng) 一旦收到同步信息后立即進(jìn)行位同步 ,獲得位同步后 ,進(jìn)行碼同步 ,碼同步完成后開始接收 1個地址信息。接收到地址信息后 , 用接收的目的地址同自己的身份碼進(jìn)行比較 ,若身份碼相符就將數(shù)據(jù)送給上位機 ,不符則忽略。芯片所需的外圍元件較少 ,所以 使用十分方便。 它 是一個 433 MHz 為工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)用頻段設(shè)計的單片無線收發(fā)芯片 ,采用頻移鍵控調(diào)制技術(shù)。 nRF401 的發(fā)射功率可調(diào) , 最大發(fā)射功率 10 dBm , 接收靈敏度 105dBm， 發(fā)射速率可達(dá) 20 kb/ s。具有適應(yīng)性強、工作半徑大的特點。以差分天線作為天線接口 ,這樣更 便于使用低成本的印刷電路板天線。 nRF401 有待機工作方式 ,可以更省電和高效。 圖 315 nRF401內(nèi)部框圖 發(fā)射電路包含有：射頻功率放大器、鎖相環(huán) (PLL)，壓控振蕩器 (VCO)，頻率合成器等電路。內(nèi)部結(jié)構(gòu)可分為發(fā)射電路、接收電路、模式和低功耗控制邏輯電路及串行接口幾部分。基準(zhǔn)振蕩器采用外接晶體振蕩器，產(chǎn)生電路所需的基準(zhǔn)頻率。其主要特性如下： 具有多個頻道，可方便地切換工作頻率； 靈敏度高，達(dá)到． 105dBm(nRF401)； 采用 PLL 頻率合成技術(shù)，頻率穩(wěn)定性極好； 工作速率最高可達(dá) 20Kbit／ s(RF401)； 僅外接一個晶體和幾個阻容、電感元件，基本無需調(diào)試； 功耗小，接收狀態(tài) 250~A，待機狀態(tài)僅為 8 A(nRF401)； 蘭州工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 27 最大發(fā)射功率達(dá) +10dBm； 低工作電壓 (2． 7v)，可滿足低功耗設(shè)備的要求； 工作頻率為國際通用的數(shù)傳頻段 eFSK 調(diào)制，抗干擾能力強，特別適合工業(yè)控制場合； 因采用了低發(fā)射功率、高接收靈敏度的設(shè)計，使用無需申請許可證，開闊地的使用距離最遠(yuǎn)可達(dá) 1000 米 (與具體使用環(huán)境及元件參 數(shù)有關(guān) )。 引腳排列和功能 nRF401 無線收發(fā)芯片具有 2O個引腳，圖 316 所示是其引腳排列。 X C 11V D D2V S S3F I L T 14V C O 15V C O 26V S S7V D D8D I N9D O U T10R E P W R11CS12V D D13V S S14A N T 215A N T 116V S S17P W U P18T X E N19X C 220 圖 316 nRF2401引腳排列 在這里對 nRF401 管腳介紹如下 ： VSSPA、 VSS 為參考接地端； ANT ANT2 為天線接口端； XC XC2 為晶振端； CS 為片選端，控制對 nRF2401 的 PWRUP、 CE 和 CS 引腳狀態(tài)組合設(shè)置，控制 nRF401 的主工作方式，當(dāng)狀態(tài)組合為 0， 0、 1或 0、0 時，芯片分別處于掉電狀態(tài)； IREF 為參考電流端，通過 22K? 電阻接地； VDD 為電源端，接 + 直流電源； VDDPA為功率放大 + 電源輸出端； DATA、 DOUT 為通道 2數(shù)據(jù)端，控制器與 nRF401 由 CLK、 DR 和 DATA 組成的三線接口交換傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，通道1可接收和發(fā)送數(shù)據(jù)，通道 2 只能接收數(shù)據(jù)； PWRUP 為上電端； CE 為工作狀態(tài)使能端；DR DR2 為通道 2 接受數(shù)據(jù)就緒信號端； CLK CLK2 為通道 2 時鐘信號端，由控制器提供，在突發(fā)傳遞模式下，控制器在時鐘上升沿由 DATA 引腳向 nRF401 寫入數(shù)據(jù)，在下降沿從 nRF401 的 DATA 引腳讀出數(shù)據(jù)。 表 36 nRF401的引腳功能 引腳號 引腳名稱 引腳功能 描 述 1 CE 數(shù)字輸入 用于激活芯片的接收或發(fā)送模式 2 DR2 數(shù)字輸出 數(shù)據(jù)信道 2 接收數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好輸出，表示可以接收數(shù)蘭州工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 28 據(jù) 3 CLK2 數(shù)字輸入 /輸出 接收數(shù)據(jù)信道 2的時鐘輸出 /輸入 4 DOUT2 數(shù)字輸出 接收數(shù)據(jù)信道 2 5 CS 數(shù)字輸入 片選，用于激活配置模式 6 DR1 數(shù)字輸出 該腳輸出可用于表示數(shù)據(jù)信道 1接收數(shù)據(jù)已準(zhǔn)備好 7 CLK1 數(shù)字輸入 /輸出 在數(shù)據(jù)信道 1 的 3— 線接口發(fā)送時 鐘輸入和接收的時鐘輸出 /輸入 8 DATA 數(shù)字輸入 /輸出 接收信道 1/發(fā)送數(shù)據(jù)輸入 /3— 線接口 9 DVDD 功率 數(shù)字電源正端，使用時應(yīng)退耦 10 VSS 功率 接地（ 0V） 11 XC2 模擬輸出 晶振接入端 12 XC1 模擬輸入 晶振接入端 13 VDDPA 功率輸出 功率放大器電源端（ ） 14 ANT1 射頻 天線接口 1 15 ANT2 射頻 天線接口 2 16 VSSPA 功率 接地（ 0V） 17 VDD 功率 +3V DC 電源端 18 VSS 功率 地 （ 0V） 19 IREF 模擬輸入 參考電流輸入端 20 VSS 功率 地（ 0V） 21 VDD 功率 +3V DC 直流電源端 22 VSS 功率 地（ 0V） 23 POWUP 數(shù)字輸入 功率上限 24 VDD 功率 +3V DC 電源 應(yīng)注意以下問題。重要時序參數(shù) TX與 RX之間的切換當(dāng)從 RX 切換 TX模式時，數(shù)據(jù)輸入腳 (DIN)必須保持為高至少 1ms 才能收發(fā)數(shù)據(jù)。當(dāng)從 TX切換到 Rx 時，數(shù)據(jù)輸出腳(DOUT)要至少 3ms以后有數(shù)據(jù)輸出。 Standby 與 RX 之間的切換從待機模式到接收模式，當(dāng) PWR UP 輸入設(shè)成 1時，經(jīng)過 3ts 時間后， DOUT 腳輸出數(shù)據(jù)才有效。對 nRF401 來說，ts 最長的時間是 3ms。 nRF401 無線收發(fā)芯片有多種工作模式。不同工作模式下的時序如表 37 所示。 蘭州工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 29 表 37 不同工作模式下的時序 模式控制 名稱 最大延時 條件 TX RX Ttr 3ms 連續(xù)工作 RX TX Trt 1ms TX Tst 2ms RX Tsr 3ms VDD=0 TX Tvt 4ms 上電 VDD=0 RX Tvr 5ms 為了 避免開機時產(chǎn)生干擾和輻射， Power Up 與 TX之間的切換從加電到發(fā)射模式過程中，在上電過程中