【導讀】統(tǒng)等眾多應用領域都需要多點溫度測量技術。傳統(tǒng)的有線多點溫度測量系統(tǒng),不便于布設、維護和更新，同時安裝線纜的真實花費可以達到幾萬元人民幣。無線通信卻能很容易地跨躍這些障礙,并且不需要可見的線就能工作。穿越隔板和墻,并在建筑物之間建立鏈接。它還能在很短的時間內(nèi)安裝好。簡單、工作可靠、價格低廉的優(yōu)勢,而得到了廣泛的應用。NRF24L01是Nordic公司提供的一款工作在2.4GHz的無線通信芯片,器即可方便的構建一個多點分布式智能無線溫度測量系統(tǒng)。而且，當數(shù)據(jù)采集點處于運動狀態(tài)、所處的環(huán)境不允許或無法鋪設。在,目前已經(jīng)云集了藍牙、Wi-Fi、Zigbee等多個標準無線協(xié)議。等公司已成功推出NRF24L01芯片，ISM頻段免許可證使用。集成Nordic的EnhancedShockBurst協(xié)議,通信速度達2Mbps,提供標準SPI,方便與微控制器。2．設計的目的及意義至少800字，基本內(nèi)容和技術方案至少400字；3．指導教師意見應從選題的理論或實際價值出發(fā)，闡述學生利用的知識、原理、建立的模型正確與否、學生的論

　　

【正文】 位時 CY=1，否則 CY=0。 AC： 半進位標志。當 D3 位向 D4位產(chǎn)生進位 /錯位時， AC=1，否則 AC=0，常用 于十進制調整運算中。 FO： 用戶可設定的標志位，可置位 /復位，也可供測試。 RSl、 RSO:四個通用寄存器組選擇位，該兩位的四種組合狀態(tài)用來選擇 0～ 3寄存器組。見表 35。 0V： 溢出標志。當帶符號數(shù)運算結果超出 128～ +127范圍時 OV=1，否則 OV=O。 當無符號數(shù)乘法結果超過 255時，或當無符號數(shù)除法的除數(shù)為 0時 OV=1，否則 OV=O。 P： 奇偶校驗標志。每條指令執(zhí)行完，若 A中 I的個數(shù)為奇數(shù)時 P=1，否則 P=0,即偶校驗方式。 控制邏輯主要包括定時和控制邏輯、指令寄存器、譯碼器以及地址指針 DPTR和程序寄存器 PC等。 單片機時程序控制式計算機，即它的運行過程是在程序控制下逐條執(zhí)行程序指令的過程：從程序存儲器中取出指令送指令存儲器 IR，然后指令譯碼器 ID進行譯碼，譯碼產(chǎn)生一系列符合定時要求的微操作信號，用以控制單片機的各部分動作。 89C51的控制器在單片機內(nèi)部協(xié)調各功能部件之間的數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)運算等操作，并對單片機發(fā)出若干控制信息。這些控制信息的使用專門的控制線，諸如 PSEN,ALE, EA以及 RST，也有一些是和 P3口的某些端子合用，如 WR和 RD就是 ,他們的具體功能將在CY AC F0 RS1 RS0 OV P CPU 定時 /計數(shù)器 串行接口 并行接口 中斷系統(tǒng) 時鐘電路 RAM ROM 17 介紹 AT89C51引腳時做詳細闡述。 表 35 RS 1, RSO與工作寄存器組的關系 RSl RSO 工作寄存器組 0 0 0組 (0007H) 0 1 1組 (08OFH) 1 0 2組 (1017H) 1 1 3組 (181FH) (2)存 儲器組織 89C51單片機的存儲器結構特點之一是將程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器分開，并有各自的尋址機構和尋址方式，這種結構稱為哈佛結構單片機。這種結構與通用微機的存儲器結構不同，一般微機只有一個存儲器邏輯空間，可隨意安排 ROM或 RAM，訪存時用同一種指令，這種結構稱為普林斯頓型。 89C51的存儲器組織結構如圖 。 圖 89C51存儲器組織結構 89C51 單片機在物理上有四個存儲空間 :片內(nèi)程序存儲器和片外程序存儲 器、片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器和片外數(shù)據(jù)存儲器。 89C51特殊功能寄存器 見表 36。 89C51 片內(nèi)有 256K 數(shù)據(jù)存儲器 RAM 和 4KB 的程序存儲器 ROM。除此之外，還可以在片外擴展 RAM和 ROM，并且各有 64KB的尋址范圍。也就是最多可以在外部擴展 2*64KB存儲器。 表 36 89C51特殊功能寄存器一覽表 符號 地址 注解 *ACC EOH 累加器 *B FOH 乘法寄存器 *PSW DOH 程序狀態(tài)字 SP 81H 堆棧指針 DPL 82H 數(shù)據(jù)存儲器指針 (低 8位 ) DPH 83H 數(shù)據(jù)存儲 器指針 (高 8位 ) *IE A8H 中斷允許控制器 *IP D8H 中斷優(yōu)先控制器 外部ROM 內(nèi)部ROM EA=1 0FFF 位尋址區(qū) SFP 外部 RAM RAM 工作 寄存器 03 組 0000 外部ROM EA=1 FFFF 1000 FF 80 30 20 FFFF 0000 18 *PO 80H 通道 0 *P1 90H 通道 1 *P2 AOH 通道 2 *P3 BOH 通道 3 PCON 87H 電源控制及波特率選擇 *SCON 98H 串行口控制器 SBUF 99H 串行數(shù)據(jù)緩沖器 *TCON 88H 定時器控制 TMOD 89H 定時器方式選擇 TLO 8AH 定時器 0 低 8 位 TL1 8BH 定時器 1 低 8 位 THO 8CH 定時器 0 高 8 位 TH1 8DH 定時器 1 高 8 位 64K 字節(jié)的程序存儲器 (ROM)空間中，有 4K 字節(jié)地址區(qū)對于片內(nèi) ROM 和片外 ROM 是公用的，這 4K字節(jié)地址是 0000H0FFFH。而 1000HFFFFH 地址區(qū)為外部 ROM專用。 CPU的控制器專門提供一個控制信號 EA用來區(qū)分內(nèi)部 ROM和外部 ROM的公用地址區(qū) :當 EA接高電平時，單片機從片內(nèi) ROM的 4K字節(jié)存儲器區(qū)取指令，而當指令地址超過 OFFFH后，就自動的轉向片外 ROM 取指令。當 EA 接低電平時， CPU只從片外 ROM取指令。 程序存儲器的某些單元是保留給系統(tǒng)使用的 0000H0002H單元是所有執(zhí) 行程序的入口地址，復位以后， CPU總是從 0000H 單元開始執(zhí)行程序。 0003H002AH 單元均勻地分為五段，用做五個中斷服務程序的入口。用戶程序不應進入上述區(qū)域。 數(shù)據(jù)存儲器 RAM 也有 64KB 尋址區(qū)，在地址上是和 ROM 重疊的。 89C51 通過不同的信號來選通 ROM或 RAM:當從外部 ROM取指令時用選通信號 PSEN，而從外部 RAM讀寫數(shù)據(jù)時采用讀寫信號 RD或 WR來選通。因此不會因地址重疊而出現(xiàn)混亂。 89C51的 RAM 雖然字節(jié)數(shù)不很多，但卻起著十分重要的作用。 256 個字節(jié)被分為兩個區(qū)域 :OOH7FH時真正的 RAM區(qū)，可以讀寫各種數(shù)據(jù)。而 80HFFH是專門用于特殊功能寄存器 (SFR)的區(qū)域。對于 89C51安排了 21個特殊功能寄存器，每個寄存器為 8位，所以實際上 128個字節(jié)并沒有全部利用。 內(nèi)部 RAM的各個單元，都可以通過直接地址來尋找，對于工作寄存器，則一般都直接用 ROR7，對特殊功能寄存器，也是直接使用其名字較為方便。 89C51內(nèi)部特殊功能寄存器都是可以位尋址的，并可用“寄存器名 .位”來表示，如 ,。 這些寄存器分別用于以下各個功能單元： CPU： ACC, B, PSW, SP, DPTR(由兩個 8位寄存器 DPL和 DPH組成 )。 并行口： P0, P1, P2, P3。 中斷系統(tǒng)： IE, IP。 定時器 /計數(shù)器 :TMOD, TCON, T0, TI(分別由兩個 8位寄存器 TLO和 THO, TL1和 TH1組成 )。 串行口 :SCON, SBUF, PCON 19 顯示單元 AT89C51提供給用戶使用的 I/0口線不多，滿足不了本系統(tǒng)的要求，所以必須外擴 I/0接口器件。D8155HC芯片是一種多功能可編程 RAM/IO擴 展器，在片內(nèi)集成有 256個字節(jié)單元的靜態(tài) RAM, 22位 I/0口和一個 14位定時 /計數(shù)器。并用設有地址鎖存器，可直接與 51 單片機連接，不需要增加任何硬件邏輯電路，能達到一片多用。顯示電路采用 4位共陽 LED數(shù)碼管，從 P1口輸出段碼，列掃描用 來實現(xiàn)，列驅動用 74LS04非門。設計采用的是共陰極七段數(shù)碼管。顯示方式有動態(tài)掃描和靜態(tài)顯示，兩種方法在本設計中皆可。由于靜態(tài)掃描要用到多片串入并出芯片，考慮到電路板成本計算。本人采用是節(jié)約硬件資源的動態(tài)掃描方式。即用兩塊芯片就可以完成顯示功能 [14]。 顯示數(shù)據(jù)由 4511譯碼器輸出，ULN2020為位驅動掃描信號 ， LED溫度顯示 如圖 。 圖 LED溫度顯示圖 傳輸單元 各點采集到的溫度利用 NRF24L01無線收發(fā)芯片實現(xiàn)無線傳輸。 NRF24L01是單片射頻收發(fā)芯片， 工作于 ～ GHz ISM頻段，芯片內(nèi)置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器和調制器等功能模塊，輸出功率和通信頻道可通過程序進行配置。 芯片能耗非常低， 以 5dBm的功率發(fā)射時，工作電流只有 mA，接收時工作電流只有 18mA，多種低功率工作模 式，節(jié)能設計更方便。 NRF24L01 只需要很少的外圍元件，可使用單鞭天線或環(huán)形天線，電感需要采用高 Q高精度的貼片繞線高頻電感，晶體需采用高穩(wěn)定晶體，電容應選用高穩(wěn)定貼片元件。在本系統(tǒng)中 NRF24L01通過 P2口與單片機進行通訊， AT89C51的 和 NRF24L01的 CLK DATA相連接。 NRF24L01的 CS是片選端， CE是發(fā)送或接收控制端，PWR_ UP是電源控制端，分別由單片機的 、 。 NRF24L01的 DR1為高時表明在接收緩沖區(qū)有數(shù)據(jù)，接單片機 的 。 NRF24L01有休眠 (Standby)、接收 (RX)和發(fā)射 ((TX) 3種工作狀 20 態(tài)，由 NRF24L01 的引腳功能可知，這 3 種狀態(tài)間的切換由 PWR_UP, HEN 的狀態(tài)可以確定， DIN, DOUT是串行通信口，分別與單片機的串行通信口相連， CS 腳則選擇工作頻率。 NRF24L01與 AT89C51的連接電路如圖 。 在本設計中，使用 NRF24L01 與單片機進行串口通信，只需要將他的數(shù)據(jù)輸入口 (DIN)和數(shù)據(jù)輸出口 (DOUT)分別與單片機的 TXD與 RXD連接即可。 AT89C51 NRF24L01 圖 AT89C51與 NRF24L01連接圖 報警單元 在微型計算機控制系統(tǒng)中，為了安全生產(chǎn)，對于一些重要的參數(shù)或系統(tǒng)部位，都設有緊急狀態(tài)報警系統(tǒng)，以便提醒操作人員注意，或采取緊急措施。其方法就是把計算機采集的數(shù)據(jù)或記過計算機進行數(shù)據(jù)處理、數(shù)字濾波，標度變換之后，與該參數(shù)上下限給定值進行比較，如果高于上限值 (或低于下限值 )則進行報警，否則就作為采樣的正常值，進行顯示和控制。 本 設計采用峰鳴音報警電路。峰鳴音報警接口電路的設計只需購買市售的壓電式蜂鳴器，然后通過單片機的 1根口線經(jīng)驅動器驅動蜂鳴音發(fā)聲。壓電式蜂鳴器約需 lOmA 的驅動電流，可以使用 TTL 系列集成電路 7406 或 7407 低電平驅動，也可以用一個晶體三極管驅動。在圖中， 接晶體管基極輸入端。當 “ 1”時，晶體管導通，壓電蜂鳴器兩端獲得約 +5V電壓而鳴叫 。當 電平“ 0”時，三極管截止，蜂鳴器停止發(fā)聲。 圖 ： 圖 三極管驅動的 峰鳴音報警電路 本設計是為在溫度測量中對溫度的上下限超出時的提示報警，接口位于單片機的 ，當溫度過限時， 0，本系統(tǒng)開始工作。 TXEN PWRUP CS T1 T0 INT0 TXD RXD DIN DOUT 21 溫度接收端 此部分包括無線傳輸模塊 NRF24L0單片機、電平轉換電路和 PC機。 NRF24L01無線數(shù)據(jù)模塊發(fā)送端的 NRF24L01 將單片機待傳的數(shù)據(jù)信號調制成射頻信號，發(fā)送到另一端的 NRF24L01 模塊 。接收端的NRF24L01 接收射頻的數(shù)據(jù)信號，并解調成單片機能夠識別的電信號。單片機主要完成待發(fā)數(shù)據(jù)的組織和處理，向 NRF24L01模 塊發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。在本系統(tǒng)中， NRF24L01使用的是 TTL電平，其串口輸出的信號也是如此。但串行通信中一般使用的是 RS232通信協(xié)議，采用負邏輯，即規(guī)定 3～ 15V之間的任意電壓表示邏輯 0 電平， 3 ～ 15V 之間的任意電壓表示邏輯 1 電平，二者的電平不相同，若用 RS232標準接口通信必須進行電平轉換，因此需要外接接口進行電平匹配。設計中采用 MAX232進行電平轉換。計算機主要完成待發(fā)數(shù)據(jù)的組織和處理。向下位機發(fā)送數(shù)據(jù)傳輸命令，接收下位機發(fā)送來的 數(shù)據(jù)并顯示出來 [8]。上位機硬件結構如圖 。 圖 上位機硬件結構圖 電源管理 穩(wěn)壓電源的組成 電源變壓器是將交流電網(wǎng) 220V的電壓變?yōu)樗枰碾妷褐?。交流電?jīng)過二極管整流之后，方向單一了，但是大小 (電流強度 )還是處在不斷地變化之中。這種脈動直流一般是不能直接用來給集成電路供電的，而要通過整流電路將交流電變成脈動的直流電壓。由于此脈動的直流電壓還含有較大的紋波，必須通過濾波電路加以濾除，從而得到平滑的直流電壓。濾波的任務，就是把整流器輸出電壓中的波動成分盡可能地減小 ，改造成接近穩(wěn)恒的直流電。但這樣的電壓還隨電網(wǎng)電壓波動，負載和溫度的變化而變化，因而在整流、濾波電路之后，還需要接穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓電路的作用是當電網(wǎng)電壓波動，負載和溫度變化時，維持輸出直流電壓穩(wěn)定。 電容器是一個儲存電能的倉庫。在電路中，當有電壓加到電容器兩端的時候，便對電容器充電，把電能儲存在電容器中 。當外加電壓失去 (或降低 )之后，電容器將把儲存的電能再放出來。充電的時候，電容器兩端的電壓逐漸升高，直到接近充電電壓 。放電的時候，電容器兩端的電壓逐漸降低，直到完全消失。電容器的容量越大，負載電阻值越大 ，充電和放電所需要的時間越長。這種電容帶兩端電壓不能突變的特性，正好可以用來承擔濾波的任務 [13]。 穩(wěn)壓電源一般由變壓器、整流器和穩(wěn)壓器三大部分組成。變壓器把市電交流電壓變?yōu)樗枰牡蛪?NRF24L01 AT89C51 PC機 RS232