【正文】 P0M1=0x1A。 P0M2=0xA4。 /*禁止管腳的數(shù)字輸出功能*/ CMP1=0x28。 /*開啟比較器1，并進(jìn)行如下設(shè)置：*//*CIN1A為正向輸入*//*內(nèi)部比較器參考電壓為反向輸入*/ Dly10us()。 /*比較器啟動(dòng)后至少10us方可使用*/ CMP1amp。=0xFE。 /*清比較器1的中斷標(biāo)志*/ EC=1。EA=1。 高速PCB電路的可靠性設(shè)計(jì)在PCB設(shè)計(jì)中，布線是完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)的重要步驟，可以說前面的工作都是為它而做的，在整個(gè)PCB中，以布線的設(shè)計(jì)過程限定最高、技巧最細(xì)、工作量最大。PCB布線有單面布線、雙面布線及多層布線。布線的方式也有兩種：自動(dòng)布線及交互式布線，在自動(dòng)布線之前，可以用交互式預(yù)先對(duì)要求比較嚴(yán)格的線進(jìn)行布線，輸入端與輸出端的邊線應(yīng)避免相鄰平行，以免產(chǎn)品反射干擾。必要時(shí)應(yīng)加地線隔離，兩相鄰層的布線要互相垂直，平行容易產(chǎn)生寄生耦合。對(duì)于高頻電路，布線必須更加嚴(yán)格來降低干擾，有效提高系統(tǒng)的性能。這里提出一些注意點(diǎn)：1) 高速電路器件管腳間的引線彎折越少越好。高頻電路布線的引線最好采用全直線，需要轉(zhuǎn)折可用45度折線或者圓弧轉(zhuǎn)折以減少高頻信號(hào)對(duì)外發(fā)射和相互間的偶合。2) 高頻電路器件管腳間的引線越短越好。3) 高頻電路器件管腳間的引線層交替越少越好。所謂引線的層間交替越少越好是指元件連接過程中所用的過孔Via越少越好。，減少過孔數(shù)能顯著提高速度。4) 高頻電路布線要注意信號(hào)線近距離平行走線所引入的交叉干擾。若無法避免平行分布，可在平行信號(hào)線的反面布置大面積地來大幅度減少干擾；同一層內(nèi)的平行走線幾乎無法避免，但是在相鄰的兩個(gè)層走線的方向應(yīng)取為相互垂直。5) 各類信號(hào)走線不能形成環(huán)路，地線也不能形成電流環(huán)路。圖45為無線收發(fā)模塊的實(shí)物圖，其尺寸為。圖45 無線收發(fā)模塊實(shí)物圖 掌機(jī)掌機(jī)作為抄表系統(tǒng)的接收終端，要求攜帶方便、操作簡單，主要包括了無線收發(fā)模塊、鍵盤、顯示、串口和存儲(chǔ)器五部分。由于無線收發(fā)模塊電路在上文中已作介紹，這里就不再重復(fù)介紹。 控制芯片的選型本系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的功能不是很復(fù)雜，對(duì)性能的要求也不是很高，51系列單片機(jī)足夠滿足本系統(tǒng)的要求，又考慮到本系統(tǒng)需要的IO口較多，因此選用了 PHILIPS 44腳的 P89V51RD2 作為本系統(tǒng)的CPU。P89V51RD2 是一款80C51 微控制器，包含64kBFlash和1024字節(jié)的數(shù)據(jù)RAM。P89V51RD2 的典型特性是它的X2 方式選項(xiàng)。利用該特性，設(shè)計(jì)工程師可使應(yīng)用程序以傳統(tǒng)的80C51 時(shí)鐘頻率（每個(gè)機(jī)器周期包含12個(gè)時(shí)鐘）或X2 方式（每個(gè)機(jī)器周期包含6個(gè)時(shí)鐘）的時(shí)鐘頻率運(yùn)行，選擇X2 方式可在相同時(shí)鐘頻率下獲得2倍的吞吐量。從該特性獲益的另一種方法是將時(shí)鐘頻率減半而保持特性不變，這樣可以極大地降低電磁干擾(EMI)。Flash 程序存儲(chǔ)器支持并行和串行在系統(tǒng)編程（ISP）。并行編程方式提供了高速的分組編程（頁編程）方式，可節(jié)省編程成本和上市時(shí)間。ISP 允許在軟件控制下對(duì)成品中的器件進(jìn)行重復(fù)編程。應(yīng)用固件的產(chǎn)生/更新能力實(shí)現(xiàn)了ISP 的大范圍應(yīng)用。P89V51RD2 也可采用在應(yīng)用中編程（IAP），允許隨時(shí)對(duì)Flash程序存儲(chǔ)器重新配置，即使是應(yīng)用程序正在運(yùn)行也不例外。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)介紹1) 鍵盤由于系統(tǒng)需要的IO口較多，這里使用了鍵盤。本系統(tǒng)用2片 PCF8574 組成了一個(gè)的鍵盤。PCF8574 是PHILIPS公司推出的一款帶總線,具有CMOS電路?？墒勾蠖鄶?shù)MCU實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程I/O 口擴(kuò)展。該器件包含一個(gè)8位準(zhǔn)雙向口和一個(gè)總線接口。PCF8574 電流消耗很低，且口輸出鎖存具有大電流驅(qū)動(dòng)能力，可直接驅(qū)動(dòng)LED。它還帶有一條中斷接線（INT）可與MCU 的中斷邏輯相連。通過INT發(fā)送中斷信號(hào)，遠(yuǎn)端I/O口不必經(jīng)過總線通信就可通知MCU是否有數(shù)據(jù)從端口輸入。這意味著PCF8574可以作為一個(gè)單被控器。按總線規(guī)約，PCF8574 的器件地址為40h，PCF8574A 的器件地址為70h，當(dāng)然，由于硬件地址引腳A0A2可尋址8個(gè)器件，所以器件地址并不唯一，例如：A0接GND，A1接VCC，A2接VCC，則 PCF8574 的器件地址為4Ch。鍵盤應(yīng)用電路如圖46所示。圖46 鍵盤電路2) 顯示屏本系統(tǒng)是一種應(yīng)用性系統(tǒng)，一個(gè)安全可靠的應(yīng)用系統(tǒng)必須具有方便、靈活的交互功能，人機(jī)交互是應(yīng)用系統(tǒng)與操作人員間交互的窗口，是系統(tǒng)與外界聯(lián)系的紐帶和界面。因此，本系統(tǒng)除了鍵盤，還加入了顯示屏，能及時(shí)反映系統(tǒng)的運(yùn)行狀況。由于本系統(tǒng)要顯示的內(nèi)容不多，而且只要顯示數(shù)字和英文，所以選用了點(diǎn)陣的。其應(yīng)用電路如圖47所示。圖47 顯示電路3) 串口電路本系統(tǒng)通過串口實(shí)現(xiàn)和PC機(jī)的通信，進(jìn)行下載、上傳數(shù)據(jù)等操作。UART采用模式1，TxD腳發(fā)送，RxD腳接收，每次數(shù)據(jù)為10位；1個(gè)起始位（邏輯0），8個(gè)數(shù)據(jù)位（LSB在前）以及1個(gè)停止位（邏輯1）。當(dāng)接收數(shù)據(jù)時(shí)，停止位保存在SCON中的RB8。該模式的波特率可變，由定時(shí)器1/2的溢出速率決定，本系統(tǒng)的波特率為9600bps。其應(yīng)用電路如圖48所示。圖48 串口電路4) 鐵電存儲(chǔ)器由于存儲(chǔ)器里的數(shù)據(jù)要經(jīng)常更改，擦寫的次數(shù)較多，并且每次更改的數(shù)據(jù)量較大，為了加快速度，本系統(tǒng)采用了鐵電存儲(chǔ)器（FRAM）。鐵電存儲(chǔ)技術(shù)最在1921年提出，直到1993年美國Ramtron國際公司成功開發(fā)出第一個(gè)4Kb的鐵電存儲(chǔ)器FRAM產(chǎn)品，目前所有的FRAM產(chǎn)品均由Ramtron公司制造或授權(quán)。FRAM利用鐵電晶體的鐵電效應(yīng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，鐵電效應(yīng)是指在鐵電晶體上施加一定的電場時(shí)，晶體中心原子在電場的作用下運(yùn)動(dòng)，并達(dá)到一種穩(wěn)定狀態(tài)；當(dāng)電場從晶體移走后，中心原子會(huì)保持在原來的位置。這是由于晶體的中間層是一個(gè)高能階，中心原子在沒有獲得外部能量時(shí)不能越過高能階到達(dá)另一穩(wěn)定位置，因此FRAM保持?jǐn)?shù)據(jù)不需要電壓，也不需要像DRAM一樣周期性刷新。由于鐵電效應(yīng)是鐵電晶體所固有的一種偏振極化特性，與電磁作用無關(guān)，所以FRAM存儲(chǔ)器的內(nèi)容不會(huì)受到外界條件（諸如磁場因素）的影響，能夠同普通ROM存儲(chǔ)器一樣使用，具有非易失性的存儲(chǔ)特性。FRAM的存儲(chǔ)單元主要由電容和場效應(yīng)管構(gòu)成，但這個(gè)電容不是一般的電容，在它的兩個(gè)電極板中間沉淀了一層晶態(tài)的鐵電晶體薄膜。前期的FRAM的每個(gè)存儲(chǔ)單元使用2個(gè)場效應(yīng)管和2個(gè)電容，稱為“雙管雙容”（2T2C），每個(gè)存儲(chǔ)單元包括數(shù)據(jù)位和各自的參考位，簡化的2T2C存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)如圖49（a）所示。2001年Ramtron設(shè)計(jì)開發(fā)了更先進(jìn)的“單管單容”（1T1C）存儲(chǔ)單元。1T1C的FRAM所有數(shù)據(jù)位使用同一個(gè)參考位，而不是對(duì)于每一數(shù)據(jù)位使用各自獨(dú)立的參考位。1T1C的FRAM產(chǎn)品成本更低，而且容量更大。簡化的1T1C存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)如圖49（b）所示。圖49 FRAM存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)FRAM保存數(shù)據(jù)不是通過電容上的電荷，而是由存儲(chǔ)單元電容中鐵電晶體的中心原子位置進(jìn)行記錄。直接對(duì)中心原子的位置進(jìn)行檢測(cè)是不能實(shí)現(xiàn)的。實(shí)際的讀操作過程是：在存儲(chǔ)單元電容上施加一已知電場（即對(duì)電容充電），如果原來晶體中心原子的位置與所施加的電場方向使中心原子要達(dá)到的位置相同，中心原子不會(huì)移動(dòng)；若相反，則中心原子將越過晶體中間層的高能階到達(dá)另一位置，在充電波形上就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)尖峰，即產(chǎn)生原子移動(dòng)的比沒有產(chǎn)生移動(dòng)的多了一個(gè)類峰。把這個(gè)充電波形同參考位（確定且已知）的充電波形進(jìn)行比較，便可以判斷檢測(cè)的存儲(chǔ)單元中的內(nèi)容是“1”或“0”。無論是2T2C還是1T1C的FRAM，對(duì)存儲(chǔ)單元進(jìn)行讀操作時(shí)，數(shù)據(jù)位狀態(tài)可能改變而參考位則不會(huì)改變（這是因?yàn)樽x操作施加的電場方向與原參考位中原子的位置相同）。由于讀操作可能導(dǎo)致存儲(chǔ)單元狀態(tài)的改變，需要電路自動(dòng)恢復(fù)其內(nèi)容，所以每個(gè)讀操作后面還伴隨一個(gè)“預(yù)充”過程來對(duì)數(shù)據(jù)位恢復(fù)，而參考位則不用恢復(fù)。晶體原子狀態(tài)的切換時(shí)間小于1ns，讀操作的時(shí)間小于70ns，加上“預(yù)充”時(shí)間60ns，一個(gè)完整的讀操作時(shí)間約為130ns。寫操作和讀操作十分類似，只要施加所要的方向的電場改變鐵電晶體的狀態(tài)就可以了，而無需進(jìn)行恢復(fù)。但是寫操作仍要保留一個(gè)“預(yù)充”時(shí)間，所以總的時(shí)間與讀操作相同。FRAM的寫操作與其它非易失性存儲(chǔ)器的寫操作相比，速度要快得多，而且功耗小。FRAM產(chǎn)品具有RAM和ROM優(yōu)點(diǎn)，讀寫速度快并可以像非易失性存儲(chǔ)器一樣使用。因鐵電晶體的固有缺點(diǎn)，訪問次數(shù)是有限的，超出限度，F(xiàn)RAM就不再具有非易失性。Ramtron給出的最大訪問次數(shù)是100億次，但是并不是說在超過這個(gè)次數(shù)之后，F(xiàn)RAM就會(huì)報(bào)廢，而是它僅僅沒有了非易失性，但它仍可像普通RAM一樣使用。鐵電存儲(chǔ)器在性能方面與EEPRON和Flash相比有三點(diǎn)優(yōu)勢(shì)之處：首先，鐵電存儲(chǔ)器的讀寫速度更快。與其它存儲(chǔ)器相比，鐵電存儲(chǔ)器的寫入速度要快10萬次以上。讀的速度同樣也很快，和寫操作在速度上幾乎沒有太大的區(qū)別。其次，F(xiàn)RAM存儲(chǔ)器可以擦寫100億次，而EEPROM則只能進(jìn)行100萬次的擦寫。最后，鐵電存儲(chǔ)器所需功耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其他非易失性存儲(chǔ)器。本系統(tǒng)選用了FM25L256 256K bit的FRAM，與CPU通過SPI總線連接，通信非常方便。下面是讀寫FRAM的相關(guān)程序。/*Write Memory*/void Memory_WR(uint16 addr, BYTE xdata *dat_buf, BYTE no){ BYTE i, j, value。 F_CS=0。 P_SCLK=0。 SPI_write(WREN)。 F_CS=1。 P_SCLK=0。 F_CS=0。 SPI_write(WRITE)。 SPI_write(addr8)。 SPI_write(addramp。0xFF)。 for(j=0。 jno。 j++) { value=dat_buf[j]。 SPI_write(value)。 P_SCLK=0。 for(i=0。i10。i++)。 } F_CS=1。 P_SCLK=0。 F_CS=0。 SPI_write(WRDI)。 F_CS=1。 P_SCLK=0。}/*Read Memory*/void Memory_RD(uint16 addr, BYTE xdata *dat_buf, BYTE no){ BYTE j, value。 F_CS=0。 P_SCLK=0。 SPI_write(READ)。 SPI_write(addr8)。 SPI_write(addramp。0xFF)。 for(j=0。jno。j++) { value=SPI_read()。 dat_buf[j]=value。 } F_CS=1。 P_SCLK=0。}5) 接口電平轉(zhuǎn)換本系統(tǒng)中無線模塊和鐵電存儲(chǔ)器都是3V器件，而CPU等其他器件都用5V，所以兩種器件的接口存在一個(gè)電平轉(zhuǎn)換問題。對(duì)于Output管腳，通過74LS07接到3V器件的管腳上，并將3V端的管腳上拉，對(duì)于Input管腳，通過三極管跟5V器件相連，具體電路見圖410。圖410 3V/5V電平轉(zhuǎn)換 系統(tǒng)的主要參數(shù)表42 系統(tǒng)主要參數(shù)參數(shù)值參數(shù)值通信頻率433MHz數(shù)據(jù)傳輸速率發(fā)射功率+10dBm接收靈敏度110 dBm串口波特率9600bps最遠(yuǎn)通信距離500m（空曠地） 本章小結(jié)本章根據(jù)無線射頻模塊方案的抄表系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的整體框架及完整的硬件電路結(jié)構(gòu)，比較了兩款射頻芯片（CC1100和nRF905）在實(shí)際應(yīng)用中的性能，詳細(xì)介紹了各部分的硬件結(jié)構(gòu)，并完成了整個(gè)系統(tǒng)功能的調(diào)試。第五章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 程序的模塊化設(shè)計(jì)本系統(tǒng)中無線收發(fā)模塊和掌機(jī)的程序用C語言編寫，采用模塊化設(shè)計(jì)。PC機(jī)終端程序用Visual Basic編寫。模塊化編程是一種軟件設(shè)計(jì)方法。各模塊程序分別編寫、編譯和調(diào)試。最后模塊一起鏈接/定位。模塊化編程具有以下優(yōu)點(diǎn)：1) 模塊化編程使程序開發(fā)更有效。小塊程序更容易理解和調(diào)試。當(dāng)知道模塊的輸入和所要求的輸出時(shí)，就可直接測(cè)試小模塊。2) 當(dāng)同類的需求較多時(shí)，可把程序放入庫中以備以后使用。例如，顯示驅(qū)動(dòng)。若要再使用顯示驅(qū)動(dòng)，則由庫中把它取出，而不要全部重新編寫。3) 模塊化編程使得要解決的問題與特定模塊分離，很容易找到出錯(cuò)的模塊，大大簡化了調(diào)試。4) 模塊化編程提高了程序的可利用率和移植性。例如，當(dāng)更換不同的CPU時(shí)，只需更改CPU相關(guān)的配置，而不需要對(duì)整個(gè)程序做大的改動(dòng)，縮短了程序的開發(fā)周期。 無線模塊軟件的設(shè)計(jì)無線通信部分工作的可靠與穩(wěn)定是整個(gè)系統(tǒng)可靠和穩(wěn)定運(yùn)行的前提保證。無線模塊軟件由初始化單元、電表數(shù)據(jù)采集/保護(hù)單元、子機(jī)控制單元和無線信號(hào)傳輸單元四部分組成。初始化單元主要完成無線模塊硬件的初始化以及系統(tǒng)的一些初始信號(hào)的提取。電表數(shù)據(jù)采集/保護(hù)單元主要完成對(duì)電表度數(shù)的實(shí)時(shí)采集以及在掉電時(shí)的數(shù)據(jù)保護(hù)。子機(jī)控制單元主要判斷接收到的