【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(dòng)共陰極 LED顯示 (5)獨(dú)立的 LED段碼控制 (6)150μ A的低功耗關(guān)閉模式 MAX7219和單片機(jī)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(shuō)單片機(jī)將 16位二進(jìn)制數(shù)逐位發(fā)送到 DIN端 ,在 CLK上升沿到來(lái)前準(zhǔn)備就緒， CLK的每個(gè)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(hào)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(chǔ)位置，在 MAX7219內(nèi)部硬件動(dòng)態(tài)掃描顯示控制電路作用下實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)顯示。 圖 311 MAX7219的時(shí)序圖 MAX7219的數(shù)據(jù)傳輸時(shí)序如圖 311所示，在時(shí)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(gè)時(shí)鐘脈沖上升之后和下一個(gè)脈沖上升沿之前出現(xiàn)，否則數(shù)據(jù)將會(huì)丟失。因?yàn)樵?，從 DIN端進(jìn)來(lái)的數(shù)據(jù)將出現(xiàn)在輸出引腳 DOUT上，以便在級(jí)聯(lián)應(yīng)用時(shí)傳到下一個(gè) 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(jì)的溫度精度要求，用了 3個(gè)數(shù)碼管顯示溫度大小，由 MAX7219驅(qū)動(dòng)的 3個(gè)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(jī)的 RC RCRC3，此外還應(yīng)注意對(duì)于 MAX7219連接到 V+和 ISET端的電阻 REST可對(duì)數(shù)碼管亮度進(jìn)行調(diào)節(jié)，但不得小于 ，在本設(shè)計(jì)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(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài) 進(jìn)行 實(shí)時(shí)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(cè)與指示裝置，變壓器的安裝現(xiàn)場(chǎng)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(cè)故障的繼電器的常開(kāi)或常閉觸點(diǎn) 、控制風(fēng)機(jī)起停的接觸器組成 。 出現(xiàn)故障時(shí)，在 故障顯示電路中，過(guò)載故障顯示 是當(dāng)其中的任意一組風(fēng)機(jī)發(fā)生過(guò)載后，過(guò)載繼電器的常開(kāi)觸點(diǎn)就會(huì)因?yàn)槔^電器線圈的得電而接通，觸點(diǎn)一側(cè)的發(fā)光二極管點(diǎn)亮，指示現(xiàn)在風(fēng)機(jī)過(guò)載運(yùn)行，過(guò)載信號(hào)經(jīng)過(guò)光電隔離送入主控室的單片機(jī)，單片機(jī)接到低電平信號(hào)，立即做出響應(yīng)，將接在相應(yīng)端口的風(fēng)機(jī)組切除。當(dāng)過(guò)壓時(shí)，過(guò)壓信號(hào)經(jīng)過(guò)光電隔離送入主控室的單片機(jī)，單片機(jī)接到低電平信號(hào)，立即做出響應(yīng)， 發(fā)光二極管點(diǎn)亮， 將接在相應(yīng)端口的風(fēng)機(jī)組切除。缺相故障時(shí)的信號(hào)傳送及其顯示電路原理和過(guò)載時(shí)基本一致，在風(fēng)機(jī)的每一相中都接了一個(gè)繼電器線圈，有缺相時(shí)，繼電器的常開(kāi)觸點(diǎn)就會(huì)因?yàn)槔^電器線圈的得電而 接通，觸點(diǎn)一側(cè)的發(fā)光二極管點(diǎn)亮，指示現(xiàn)在風(fēng)機(jī)缺相運(yùn)行，缺相信號(hào)經(jīng)過(guò)光電隔離送入主控室的單片機(jī)，單片機(jī)接到低電平信號(hào)，立即做出響應(yīng)，將接在相應(yīng)端口的風(fēng)機(jī)組切除。 當(dāng) 風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，控制回路中繼電器的常開(kāi)觸點(diǎn)就會(huì)因?yàn)槔^電器線圈的得電而接通，觸點(diǎn)一側(cè)的發(fā)光二極管點(diǎn)亮， 則 指示風(fēng)機(jī)處于正常運(yùn)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(mén)對(duì)信號(hào)進(jìn)行選通，下面來(lái) 簡(jiǎn)單 介紹一下 8輸入或 /或非門(mén)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(shuō)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(jì)要求。 圖 314 風(fēng)機(jī)故障顯示電路 無(wú)線通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 通信電路采用無(wú)線通信芯片來(lái)完成。無(wú)線通信芯片種類(lèi)繁多。 根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)要實(shí)現(xiàn)變壓器的無(wú)人看守，因此需要將現(xiàn)場(chǎng)的溫度信號(hào)，故障信號(hào)送入控制室，便于工作人員隨時(shí)掌握變壓器現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行情況。通信可以采用無(wú)線和有線兩種方式實(shí) 現(xiàn)，設(shè)計(jì)中要求采用無(wú)線通信來(lái)實(shí)現(xiàn)。 nRF401 單片 UHF 無(wú)線收發(fā)芯片可以滿足設(shè)計(jì)的要求。 nRF401芯片使用 433MHzISM頻段 ,是一種單片 UHF無(wú)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(gè)芯片中 20 個(gè)管腳，是目前集成度最高的無(wú)線數(shù)傳產(chǎn)品。 nRF401 無(wú)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(wú)線收發(fā)芯片的結(jié)構(gòu)框圖如圖 315 所示， nRF401 的工作過(guò)程為 : 系統(tǒng) 在發(fā)射開(kāi)始時(shí)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(kāi)始接收 1個(gè)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(jī) ,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(gè) 433 MHz 為工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)用頻段設(shè)計(jì)的單片無(wú)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(qiáng)、工作半徑大的特點(diǎn)。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(jī)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(gè)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(gè)晶體和幾個(gè)阻容、電感元件，基本無(wú)需調(diào)試； 功耗小，接收狀態(tài) 250~A，待機(jī)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(guó)際通用的數(shù)傳頻段 eFSK 調(diào)制，抗干擾能力強(qiáng)，特別適合工業(yè)控制場(chǎng)合； 因采用了低發(fā)射功率、高接收靈敏度的設(shè)計(jì)，使用無(wú)需申請(qǐng)?jiān)S可證，開(kāi)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(wú)線收發(fā)芯片具有 2O個(gè)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(duì) 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(duì) 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(shí)，芯片分別處于掉電狀態(tài)； IREF 為參考電流端，通過(guò) 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(hào)端； CLK CLK2 為通道 2 時(shí)鐘信號(hào)端，由控制器提供，在突發(fā)傳遞模式下，控制器在時(shí)鐘上升沿由 DATA 引腳向 nRF401 寫(xiě)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(hào) 引腳名稱(chēng) 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(shí)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(shí) 鐘輸入和接收的時(shí)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(shí)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(wèn)題。重要時(shí)序參數(shù) TX與 RX之間的切換當(dāng)從 RX 切換 TX模式時(shí)，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(shí)，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(jī)模式到接收模式，當(dāng) PWR UP 輸入設(shè)成 1時(shí)，經(jīng)過(guò) 3ts 時(shí)間后， DOUT 腳輸出數(shù)據(jù)才有效。對(duì) nRF401 來(lái)說(shuō)，ts 最長(zhǎng)的時(shí)間是 3ms。 nRF401 無(wú)線收發(fā)芯片有多種工作模式。不同工作模式下的時(shí)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(shí)序 模式控制 名稱(chēng) 最大延時(shí) 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(kāi)機(jī)時(shí)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(guò)程中，在上電過(guò)程中