【正文】 警功能。山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)24圖 蜂鳴器報(bào)警電路 上下位機(jī)通信 NRF401 芯片概述nRF401 是一個(gè)為 433MHz ISM 頻段設(shè)計(jì)的真正單片 UHF 無(wú)線收發(fā)芯片，它采用 FSK 調(diào)制解調(diào)技術(shù)。nRF401 最高工作速率可以達(dá)到 20K， 發(fā)射功率可以調(diào)整，最大發(fā)射功率是+10dBm。NRF401 管腳圖如圖 所示山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)25圖 nrf401 管腳定義圖管腳描述：1)，XC1 輸入，晶振輸入2)，VDD 電源，電源+35V3) VSS 地，電源地4) FILT1 輸入，環(huán)路濾波器5) VCO1 輸入，VCO 電感6) VCO2 輸入，VCO 電感7) VSS 地，電源地8) VDD 電源，電源+35V9) DIN 輸入，數(shù)據(jù)輸入10) DOUT 輸出，數(shù)據(jù)輸出11) RF_PWR 輸入，發(fā)射功率設(shè)置12) CS 輸入，頻道選擇 CS=0—(Channel1) ；CS=1—(Channel2)13) VDD 電源，電源+35V14) VSS 地，電源地山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)2615) ANT2 輸入/輸出，天線終端16) ANT1 輸入/輸出，天線終端17) VSS 地，電源地18) PWR_UP 輸入，節(jié)電控制 PWR_UP=1Power up(Operating mode)PWR_UP=0—Power down(Standby node)19) TXEN 輸入，發(fā)射/接收控制 TXEN=1—Transmit modeTXEN=0—Receive mode20) XC2 輸出，晶振輸出NRF401 的重要時(shí)序：不同工作模式下的時(shí)序如表 所示。表 模式控制 名稱 最大延時(shí) 條件TX→RX tTR 3msRX→TX tRT 1ms→TX tST 2ms→RX tSR 3ms連續(xù)工作VDD = 0→TX tVT 4msVDD = 0→ RX tVR 5ms 上電1)，TX ? RX 的切換當(dāng)從 RX→TX 模式時(shí)數(shù)據(jù)輸入腳 DIN 必須保持為高至少 1ms 才能發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)序如圖 a 所示，當(dāng)從 TX→RX 模式時(shí)數(shù)據(jù)輸出腳 DOUT 要至少3ms 以后有數(shù)據(jù)輸出如圖 b 所示。山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)27圖 TX ? RX 的切換2)，Standby → RX 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) tSR 時(shí)間后，DOUT 腳輸出數(shù)據(jù)才有效，見(jiàn)表 。 對(duì) nRF401 來(lái)說(shuō)，tST 最長(zhǎng)的時(shí)間是 3ms ，如圖 a 所示。3)，Standby → TX 的切換從待機(jī)模式到發(fā)射模式，所需穩(wěn)定的最大時(shí)間是 tST ，請(qǐng)看見(jiàn)表。圖 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)28 上下位機(jī)通信電路設(shè)計(jì)本畢業(yè)設(shè)計(jì)所設(shè)計(jì)的無(wú)線數(shù)傳模塊由單片射頻收發(fā)芯片nRF40AT89C52 微控制器和 MAX232 接口芯片構(gòu)成。無(wú)線數(shù)據(jù)收發(fā)部分方案選擇的關(guān)鍵是無(wú)線傳輸模塊的選擇。由于無(wú)線收發(fā)芯片的種類和數(shù)量比較多，如何在設(shè)計(jì)中選擇所需要的芯片非常關(guān)鍵。nRF401 工作電壓為 ～ V，可以直接接單片機(jī)串口使用，數(shù)據(jù)無(wú)需曼徹斯特編碼,效率高，最大輸出功率+10 dBm，速率 20 kbit/s，需要外接天線的數(shù)量 1 個(gè)，外圍元件約 10 個(gè)，故無(wú)線傳輸部分采用基于 nRF401芯片的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊。上下位機(jī)通信分為無(wú)線發(fā)送與接收部分，上下位機(jī)通信部分的設(shè)計(jì)思路是單片機(jī)實(shí)時(shí)傳送數(shù)據(jù)給無(wú)線傳輸模塊的發(fā)送端；無(wú)線傳輸模塊的接收端接收到信號(hào)經(jīng)過(guò)電平轉(zhuǎn)換之后通過(guò)串口傳給計(jì)算機(jī)。工作大體流程圖如圖 所示。 無(wú)線傳輸流程nRF401 無(wú)線數(shù)據(jù)模塊發(fā)送端的 nRF401 將單片機(jī)待傳的數(shù)據(jù)信號(hào)調(diào)制成射頻信號(hào)，發(fā)送到另一端的 nRF401 模塊；接收端的 nRF401 接收射頻的數(shù)據(jù)信號(hào)，并解調(diào)成單片機(jī)能夠識(shí)別的電信號(hào)。單片機(jī)主要完成待發(fā)數(shù)據(jù)的組織和處理，向 nRF401 模塊發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。在本系統(tǒng)中，nRF401 使用的是 TTL 電平，其串口輸出的信號(hào)也是如此。但串行通信中一般使用的單片機(jī)無(wú)線傳輸模塊無(wú)線傳輸模塊PC機(jī)山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)29是 RS232 通信協(xié)議，采用負(fù)邏輯，即規(guī)定 3～15 V 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(biāo)準(zhǔn)接口通信必須進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，因此需要外接接口進(jìn)行電平匹配。設(shè)計(jì)中采用 MAX232 進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。計(jì)算機(jī)主要完成接收下位機(jī)發(fā)送來(lái)的數(shù)據(jù)并顯示出來(lái)。上位機(jī)接收部分硬件電路如圖 所示。圖 上位機(jī)接收部分硬件電路圖 是 NRF401 芯片構(gòu)成的高可靠無(wú)線遙控電路。該電路即是發(fā)射 NRF401 的收發(fā)狀態(tài),同時(shí)單片機(jī)還同時(shí)完成編解碼等工作。山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)30圖 無(wú)線傳輸模塊電路山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)04 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 軟件主體設(shè)計(jì)根據(jù)系統(tǒng)所需實(shí)現(xiàn)的功能，設(shè)計(jì)軟件主體程序。先對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化，設(shè)定各個(gè)初值，然后調(diào)用溫度采集系統(tǒng)，對(duì)溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和存儲(chǔ)。而后判斷采集的溫度數(shù)據(jù)是否超出溫度范圍，是則報(bào)警。之后調(diào)用采集濕度的程序開(kāi)始進(jìn)行對(duì)濕度的采集。最后調(diào)用顯示模塊顯示溫度和濕度數(shù)據(jù)。接著將溫度和濕度數(shù)據(jù)通過(guò)通信模塊發(fā)送給 PC 機(jī)進(jìn)行存儲(chǔ)或處理。系統(tǒng)主體設(shè)計(jì)流程如圖 所示。開(kāi)始系統(tǒng)初始化溫度采集是否超過(guò)溫度范圍是否 報(bào)警濕度采集顯示溫度和濕度PC 機(jī)山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)1圖 主體流程圖 溫度測(cè)量程序設(shè)計(jì)在主程序中設(shè)定一個(gè)循環(huán)。先通過(guò) 口對(duì)溫度傳感器發(fā)送轉(zhuǎn)換命令，數(shù)字溫度傳感器開(kāi)始進(jìn)行轉(zhuǎn)換。再由單片機(jī)的 口讀取轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)。然后由數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換子程序?qū)⒆x入的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成溫度，最后將溫度存入存儲(chǔ)器。如此不斷循環(huán)，以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)溫度轉(zhuǎn)換功能。主程序中大體的溫度采集流程如圖 所示。圖 主程序中溫度采集流程圖其中初始化子程序具體內(nèi)容為：先把 DQ 總線置 0 延時(shí)一段時(shí)間后再置 1，再延時(shí) 76 毫秒，然后判斷總線是否又被置 0。如果置 0，則表明初始化復(fù)位成功，DS18B20 存在；如果置 1，則表明初始化復(fù)位失敗，DS18B20 數(shù)字溫度傳感器不存在。初始化子程序如圖 。復(fù)位初始化開(kāi)始溫度轉(zhuǎn)換并讀轉(zhuǎn)換后的溫度值讀出的溫度進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換并存儲(chǔ)山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)2圖 復(fù)位子程序復(fù)位子程序開(kāi)始DQ 總線置 0延時(shí) 504uSDQ 總線置 1延時(shí) 76uSDQ 是否置 0是否初始化成功，DS18B20 存在初始化失敗，DS18B20 不存在置標(biāo)志位 FLAG1為一，表明存在置標(biāo)志位 FLAG1為 0，表明不存在DQ 總線拉高復(fù)位子程序結(jié)束山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)3溫度轉(zhuǎn)換子程序具體內(nèi)容為：先復(fù)位，判斷 DS18B20 是否存在，否則結(jié)束；是則繼續(xù)。然后通過(guò)寫(xiě) DS18B20 子程序，把 cch 寫(xiě)入，跳過(guò)ROM。再把把 44h 寫(xiě)入，發(fā)出溫度換命令，延時(shí),等待轉(zhuǎn)換完。再?gòu)?fù)位，跳過(guò) ROM，把 0BEH 寫(xiě)入，讀暫存器。最后調(diào)用讀數(shù)子程序讀取溫度值。其流程如圖 所示。圖 溫度轉(zhuǎn)換子程序?qū)?DS18B20 子程序具體內(nèi)容為：寫(xiě)周期一開(kāi)始做為主機(jī)先把總線拉低 1 微秒表示寫(xiě)周期開(kāi)始。隨后若主機(jī)想寫(xiě) 0，則繼續(xù)拉低電平最少 60溫度轉(zhuǎn)換子程序開(kāi)始復(fù)位初始化FLAG1=1?是否跳過(guò) ROM發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令復(fù)位初始化延時(shí)等轉(zhuǎn)換結(jié)束跳過(guò) ROM讀取溫度值子程序結(jié)束山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4微秒直至寫(xiě)周期結(jié)束，然后釋放總線為高電平。若主機(jī)想寫(xiě) 1，在一開(kāi)始拉低總線電平 1 微秒后就釋放總線為高電平，一直到寫(xiě)周期結(jié)束。而做為從機(jī)的 DS18B20 則在檢測(cè)到總線被拉底后等待 15 微秒然后從 15us 到45us 開(kāi)始對(duì)總線采樣，在采樣期內(nèi)總線為高電平則為 1，若采樣期內(nèi)總線為低電平則為 0。在這里要注意的是每個(gè)命令字節(jié)在寫(xiě)的時(shí)候都是低字節(jié)先寫(xiě)，例如 CCH 的二進(jìn)制為 11001100，在寫(xiě)到總線上時(shí)要從低位開(kāi)始寫(xiě)，寫(xiě)的順序是“零、零、壹、壹、零、零、壹、壹” 。要寫(xiě)入的數(shù)存在 A 寄存器中。具體流程如圖 。圖 寫(xiě) DS18B20 子程序讀 DS18B20 子程序與寫(xiě)有些相似。讀是從主機(jī)把單總線拉低之后，寫(xiě) DS18B20 子程序開(kāi)始DQ 拉低 14 微秒RRC AMOV DQ,C循環(huán)次數(shù) R2=8延時(shí)DQ 拉高，一個(gè)寫(xiě)周期結(jié)束R21=0?是否結(jié)束山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)5在 1 微秒之后就得釋放單總線為高電平，以讓 DS18B20 把數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾慰偩€上。DS18B20 在檢測(cè)到總線被拉低 1 微秒后，便開(kāi)始送出數(shù)據(jù)，若是要送出 0 就把總線拉為低電平直到讀周期結(jié)束。若要送出 1 則釋放總線為高電平。主機(jī)在一開(kāi)始拉低總線 1 微秒后釋放總線，然后在包括前面的拉低總線電平 1 微秒在內(nèi)的 15 微秒時(shí)間內(nèi)完成對(duì)總線進(jìn)行采樣檢測(cè)，采樣期內(nèi)總線為低電平則確認(rèn)為 0。采樣期內(nèi)總線為高電平則確認(rèn)為 1。因?yàn)榕c寫(xiě)子程序相似，流程圖不再重復(fù)。 I/O 端口的擴(kuò)展程序設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)中，利用了 8155 來(lái)擴(kuò)展 I/O 端口。8155 有三種基本操作：作單片機(jī)片外 256B 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、作擴(kuò)展 I / O 口使用、作定時(shí)器擴(kuò)展使用。本設(shè)計(jì)使用的是 8155 當(dāng)做擴(kuò)展 I / O 口使用，與 8255A 相比的優(yōu)勢(shì)在于內(nèi)部有鎖存器，無(wú)需再連接鎖存器。本畢業(yè)設(shè)計(jì)中 8155 的命令狀態(tài)寄存器地址為 DF00H,PA 口為 DF01H,PB 口為 DF02H,PC 口為 DF03H。設(shè)計(jì)中將 A 口作為輸出，C 口的低四位輸出，B 口作為輸出/ 輸入口。故方式控制字分別為 00001111/00001101，即 0FH/0DH 。擴(kuò)展程序參見(jiàn)附錄。 顯示子程序設(shè)計(jì)在 89C51 內(nèi)部 RAM 中設(shè)置 4 個(gè)顯示緩沖單元，分別存放顯示器的4 位數(shù)據(jù)。其中兩位數(shù)碼管顯示溫度數(shù)據(jù)，兩位顯示濕度數(shù)據(jù)。89C51 外擴(kuò)一片 8155，8155 的 I/O 口地址為 DF01H～DF03H，8155 的 PA 口為動(dòng)態(tài)顯示輸出口，經(jīng) 7401 驅(qū)動(dòng)共陰極 LED 數(shù)碼管。其中 7407 為同相驅(qū)動(dòng)器，是開(kāi)集輸出形式，在數(shù)據(jù)口輸出線上必須加上拉電阻，本電路中上山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)6拉電阻為 100Ω。PC 口 PC0~PC3 驅(qū)動(dòng) LED 顯示。8155 的 PC 口掃描輸出總是只有一位低電平，即顯示器的 4 位中僅有一位公共陰極為低電平，其它位為高電平，8155 的 PA 口輸出相應(yīng)位的所顯示的字型的段碼，使某一位顯示出一個(gè)字符，其它位為暗，依次的改變 PC 口輸出為高的位， PA 口輸出顯示子程序開(kāi)始送方式控制字到 DF00H，PA、PC 口輸出數(shù)碼管個(gè)數(shù)，R3=4PA 口清零存儲(chǔ)單元首地址 R0掃描口初值首地址 R4掃描口送出，PC 口=@R4取顯示數(shù)據(jù)@R0 查表轉(zhuǎn)換為段碼，顯示數(shù)據(jù)由 PA 口送出INC R0，指到下一存儲(chǔ)單元INC R4，指到下一數(shù)碼管R31=0?是否山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)7圖 顯示子程序相對(duì)應(yīng)的段碼，顯示器的 4 位就動(dòng)態(tài)地顯示出緩沖區(qū)中顯示數(shù)據(jù)所確定的字符。為了消除動(dòng)態(tài)顯示閃爍現(xiàn)象，在所附程序的顯示子程序中，當(dāng)改變