【導讀】稱為中國的黃金產(chǎn)業(yè)。無線電子點菜系統(tǒng)是無線通信技術的典型應用，把無線技術。用于餐飲業(yè)將會極大提高餐館的工作效率和服務質量。論文給出了無線電子點菜系統(tǒng)的完整的硬件平臺的設計和實現(xiàn)方案。的協(xié)議來實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。設計的硬件平臺時，首先詳細介紹了平臺將要用到的一些。芯片，然后使用Protel99SE設計出了系統(tǒng)的原理圖和PCB(PrintCircuitBroad,印刷。文中還附帶簡要介紹了用到的軟件開發(fā)工具，以及系統(tǒng)的局限性，并。提出了進一步改進的方案。端，基本達到了論文的設計目的。

　　

【正文】 布線的方式有兩種：自動布線及交互式布線 。但由于自動布線效果不好，往往實際的效果和預計效果有很大的出入，因此全部使用 交互式布線 。布線過程中充分考慮到如何降低元件字之 間互相的干擾。 首先 根據(jù)印制線路板電流的大小，盡量加租電源線寬度，減少環(huán)路電阻 ， 它們的關系是：地線＞電源線＞信號線 。 同時使電源線、地線的走向和數(shù)據(jù)傳遞的方向一致，這樣有助于增強抗噪聲能力。線條有講究：有條件做寬的線決不做細；高壓及高頻線應園滑，不得有尖銳的倒角，拐彎也不得采用直角 。 由于采用雙層設計，因此不可避免地將會使用到過孔。 過孔太多，沉銅工藝稍有不慎就會埋下隱患。所以，設計中應盡量減少過線孔。 此外，應該 合理布置電源濾波 /退耦電容：一般在原理圖中僅畫出若干電源濾波 /退耦電容，但未指出它們各自應接于何處。 其實這些電容是為開關器件 (門電路 )或其它需要濾波 /退耦的部件而設置的，布置這些電容就應盡量靠近這些元部件，離得太遠就沒有作用了。 無線數(shù)據(jù)傳輸模塊的 PCB 圖 由于無線數(shù)據(jù)傳輸模塊的核心芯片工作在 ，因此在設計 PCB 圖時對干擾的控制要格外重視。在 PCB 設計時，必須考慮到各種電磁干擾，注意調整電阻、電容和電感的位置，特別要注意電容的位置。 nRF2401 的 PCB 為雙層板，底層一般不放置元件，頂層的空余地方敷上銅，這些基于單片機的無線點菜系統(tǒng)的硬件設計及實現(xiàn) 第三章 硬件系統(tǒng)的設計 及實現(xiàn) 23 敷銅通過過孔與底層的地相連。 nRF2401 的供電電源應通過電容隔開，這 樣有利于給nRF2401 提供穩(wěn)定的電源。在 PCB 中，盡量多打一些通孔，使頂層和底層的地能夠充分接觸。 nRF2401 模塊的 PCB 如圖 所示。 圖 無線數(shù)據(jù)傳輸模塊的 PCB圖 基于單片機的無線點菜系統(tǒng)的硬件設計及實現(xiàn) 第四章 硬件驅動程序和串行口調試工具 24 第四章 硬件驅動程序和串行口調試工具 驅動程序是硬件電路的靈魂，沒有驅動的硬件電路是沒有用的。 STC89C58RD+是51 類單片機，可以像開發(fā)其他 51 單片機驅動一樣開發(fā)它的驅動程序。單片機軟件開發(fā)平臺選擇比較流行的 Keil uVision2，因為現(xiàn)在關于 Keil uVision2 軟件的資料很多，這樣上手就會很快。 串行口調試工具是用來將 PC 機上的數(shù)據(jù)通過串行口發(fā)送到單片機，和 PC 機接收從單片機發(fā)送過來的數(shù)據(jù)。選用 Visual C++ 來開發(fā)串行口調試工具， Visual C++ 是微軟公司推出的一款優(yōu)秀開發(fā)工具，代碼緊湊，運行速度快，而且比較適合低層開發(fā)。 硬件驅動程序 整個數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)有兩部分組成：與 PC機相連的開發(fā)板為主機端，它不能移動，接收從機端發(fā)送過來的數(shù)據(jù)，并向從機端發(fā)送指令；可以移動的為從機端，它由開發(fā)板和無線數(shù)據(jù)傳輸模塊組成。由于兩端的地位和功能不同，因此對應的驅動程序也不同。 使用 Keil uVision2 開發(fā)硬件驅動程序， 它支持眾多不同公司的 MCS51 架構的芯片，它集編輯，編譯，仿真等于一體，同時還支持， PLM，匯編和 C語言的程序設計，它的界面和常用的微軟 VC++的界面相似，界面友好，易學易用，在調試程序，軟件仿真方面也有很強大的功能。因此很多開發(fā) 51 應用的工程師或普通的單片機愛好者，都對它十分喜歡。 51 的編程語言常用的有二種，一種是匯編語言，一種是 C 語言。匯編語言的機器代碼生成效率很高但可讀性卻并不強，復雜一點的程序就更是難讀懂，而 C 語言在大多數(shù)情況下其機器代碼生成 效率和匯編語言相當，但可讀性和可移植性卻遠遠超過匯編語言，而且 C 語言還可以嵌入?yún)R編來解決高時效性的代碼編寫問題。對于開發(fā)周期來說，中大型的軟件編寫用 C 語言的開發(fā)周期通常要小于匯編語言很多。綜合以上 C 語言的優(yōu)點，在開發(fā)時選擇了 C51 語言 . 主機端硬件驅動程序 主機端的硬件驅動程序主要有兩種功能：實現(xiàn)開發(fā)板通過串行口和 PC 機通信；實現(xiàn)開發(fā)板通過某些 I/O 口和無線數(shù)據(jù)傳輸模塊進行通信。 STC89C58RD+單片機的串行口是一個全雙工通信接口，即能同時進行發(fā)送和接收，它可以作 UART 用，也可以 作為同步移位寄存器用，其禎格式和波特率可以通過軟件編程來設置，在使用上非常方便。 基于單片機的無線點菜系統(tǒng)的硬件設計及實現(xiàn) 第四章 硬件驅動程序和串行口調試工具 25 STC89C58RD+單片機串行口的工作方式和波特率由控制寄存器 SCON 和特殊功能寄存器 PCON 組成。 串行口控制寄存器 SCON： D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI RI 特殊功能寄存器 PCON： D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 SMOD 串行口可以通過軟件設置四種工作方式，各種工作方式的數(shù)據(jù)格式和波特率均有所不同 ，這四種工作方式如下： 1. 方式 0 當設定 SM SM0 為 00 時，串行口工作于方式 0，在方式 0下， RXD 為數(shù)據(jù)輸入/輸出端， TXD 為同步脈沖輸出端，發(fā)送或接收的數(shù)據(jù)為 8 位，低位在前，高位在后，方式 0 的波特率固定 震蕩頻率的 1 /12,也就是每一機器周期傳送一位數(shù)據(jù)。方式 0可以外接移位寄存器，將串行口擴展為并行口，也可以外接同步輸入 /輸出設備。 發(fā)送完畢后，硬件自動將 TI 置 1。再次發(fā)送數(shù)據(jù)前，需要軟件將 TI 位清 0。 REN 為 1 時，單片機允許接收數(shù)據(jù)。 RXD 為數(shù)據(jù)接收端，接受數(shù)據(jù)保存到 SBUF接收緩沖器中。發(fā)送完畢后， 硬件自動將 RI 置 1。再次接收數(shù)據(jù)前，需要通過軟件將 RI 清 0。 2. 方式 1 當設定 SM SM0 為 01 時，串行口工作方式 1。方式 1 為波特率可變的 8 位異步通信方式，由 TXD 發(fā)送 RXD 接收，一幀數(shù)據(jù)為 10 位， 1位起始位（低電平）， 8位數(shù)據(jù)位（低位在前）和 1 位停止位（高電平），波特率取決于定時器 的 T 溢出率（ 1/溢出周期）和波特率的選擇位 SMOD。 2 和方式 3 當設定 SM0、 SM1 為 10 或 11時，串行口工作于方式 2 或方式 3，這兩種方式都是 9 位異步通信，僅波特率不同，適用于多機通信。在方式 2 或方式 3 下， 數(shù)據(jù)由TXD 發(fā)送 RXD 接收， 1 幀數(shù)據(jù)為 11 位， 1 位起始位（低電平）， 8 位數(shù)據(jù)位（低位在前）， 1 位可編程位（第 9 位數(shù)據(jù)，用作奇偶校驗或地址 /數(shù)據(jù)選擇）， 1 位停止位（高電平）。與方式 1相比，多了一位可編程位，發(fā)送時，第 9 位數(shù)據(jù)為 TB8，接收時，第 9位數(shù)據(jù)送入 RB8。 基于單片機的無線點菜系統(tǒng)的硬件設計及實現(xiàn) 第四章 硬件驅動程序和串行口調試工具 26 通過以上單片機串行口各種工作方式的比較，由于使用一個開發(fā)板和 PC 機進行單獨的通信，因此工作方式 1 比較適合系統(tǒng)的要求。通過設置合適的波特率和 幀 格式，來實現(xiàn)開發(fā)板和 PC 機之間準確的數(shù)據(jù)傳遞。 由于 PC 機和單片機的處理速度的不同， PC機給開發(fā)板發(fā)送數(shù)據(jù) 時，單片機采用中斷的方式進行數(shù)據(jù)接收。通過軟件設置單片機的傳輸屬性參數(shù)為“ 9600， N， 8， 1”，來實現(xiàn)和 PC 機端串行口傳輸速率同步。開發(fā)板向 PC 機發(fā)送數(shù)據(jù)時，采用查詢方式，這樣可以節(jié)省單片機有限的資源。 開發(fā)板還要通過專門的接口和無線數(shù)據(jù)傳輸模塊進行數(shù)據(jù)交換，由于系統(tǒng)設計為點對點通信，因此只使用了 nRF2401 一個信道。 nRF2401 的數(shù)據(jù)傳輸方式為同步傳輸，因此使用普通的 I/O 口通過軟件方式模擬 SPI 方式傳輸。 nRF2401 有四種工作模式：收發(fā)模式，配置模式，空閑模式和關機模式 [16][17]。工作模 式由 PWR_UP 、 CE、 TX_EN 和 CS 三個引腳決定，詳見表 。 表 nRF2401的各種工作模式的設置方式 工作模式 PWR_UP CE CS 收發(fā)模式 1 1 0 配置模式 1 0 1 空閑模式 1 0 0 關機模式 0 * * 前文已經(jīng)講過有關 nRF2401 的收發(fā)方式，這里重點討論一下它的配置方式。nRF2401 的所有配置工作都是通過 CS、 CLK1 和 DATA 三個引腳完成，把其配置為ShockBurstTM 收發(fā)模式需要 15 字節(jié)的配置字。 ShockBurst TM 的配置字可以 分為以下四個部分： （ 1） 數(shù)據(jù)寬度：聲明射頻數(shù)據(jù)包中數(shù)據(jù)占用的位數(shù)。這使得 nRF2401 能夠區(qū)分接收數(shù)據(jù)包中的數(shù)據(jù)和 CRC 校驗碼； （ 2） 地址寬度：聲明射頻數(shù)據(jù)包中地址占用的位數(shù)。這使得 nRF2401 能夠區(qū)分地址和數(shù)據(jù)； （ 3） 地址：接收數(shù)據(jù)的地址，有通道 1 的地址和通道 2 的地址； （ 4） CRC：使 nRF2401 能夠生成 CRC 校驗碼和解碼。 nRF2401 的配置字如表 所示： 在配置模式下要保持 PWR_UP 引腳為高電平， CE 引腳為低電平，配置字從最高位開始，依次寫入 nRF2401。在 CS 引腳 的下降沿，新送入的配置字開始工作。 基于單片機的無線點菜系統(tǒng)的硬件設計及實現(xiàn) 第四章 硬件驅動程序和串行口調試工具 27 表 nRF2401的配置字 位 位數(shù) 名字 功能 Shockb Brst T M 配置 143： 120 24 TEST 保留 119： 112 8 DATA2_W 接收頻道 2有效數(shù)據(jù)長度 111： 104 8 DATA1_W 接收頻道 1有效數(shù)據(jù)長度 103： 64 40 ADDR2 接收頻道 2 的地址，最高為 5 字節(jié) 63： 24 40 ADDR1 接收頻道 1 的地址，最高為 5 字節(jié) 23： 18 6 ADDR_W 接受頻道地址位數(shù) 17 1 CRC_L 8 位或 16位 CRC 校驗 16 1 CRC_EN 使能 CRC 校驗 常用器件配置 15 1 RX2_EN 使能第二頻道 14 1 CM 通信方式設置 13 1 RFDR_SB 發(fā)射數(shù)據(jù)速率 12： 10 3 XO_F 晶震頻率 9： 8 2 RF_PWR 發(fā)射輸出電源 7： 1 7 RF_CH 頻道設置 0 1 RX_EN 接收或發(fā)送操作 開發(fā)板通過串行口和 PC 機交換數(shù)據(jù)的流程圖如下： 圖 開發(fā)板和 PC機通過串行口交換數(shù)據(jù)的流程圖 開始 初始化串行口 循環(huán)等待觸發(fā)條件 發(fā)送完畢，開中斷 開發(fā)板上有鍵按下 否 是 RI=1 否 ACC=SBUF 將數(shù)據(jù)在數(shù)碼管上顯示 將數(shù)據(jù)發(fā)送到串口發(fā)送緩沖區(qū)，關中斷 TI=1？ 否 基于單片機的無線點菜系統(tǒng)的硬件設計及實現(xiàn) 第四章 硬件驅動程序和串行口調試工具 28 開發(fā)板通過 IO口和無線數(shù)據(jù)傳輸模塊進行數(shù)據(jù)交換的流程圖為圖 。 圖 IO口和無線數(shù)據(jù)傳輸模塊進行數(shù)據(jù)交換的流程圖 移動端驅動程序 移動端的開發(fā)板的結構和 PC 機端的開發(fā)板的結構完全相同，但由于它不需要和PC 機通信，只需要和無線數(shù)據(jù)傳輸模塊進行通信。因此相對另一端的驅動簡單一些。具體編程規(guī)則在上一節(jié)已經(jīng)詳細敘 述，這里不再多說，具體的程序是 PC 機端程序的一部分。 串行口調試工具 串行口調試工具是用微軟公司的 visual c++[20][21]開發(fā)的。 幾乎所有世界級的軟件，從業(yè)界領先的 Web 瀏覽器到面向任務的企業(yè)應用，都是使用 Microsoft Visual C++開發(fā)系統(tǒng)來開發(fā)的。要用 C++來開發(fā) Windows 和 Web 上的高性能應用程序， Visual C++是效率最高的首選工具。 Visual C++ 在不犧牲靈活性、性能和控制力度的同時，給 C++帶來了更高水平的生產(chǎn)效率。 它具有可視化的界面 ，封裝了大量的類，使界面制作變的很簡單，使用它可以方便快捷地開發(fā) Windows 環(huán)境下的應用程序。visual c++ 專門為串行口通信提供了 Msm[20][21]控件，使用該控件程序員不必花時間去了解比較復雜的 API 函數(shù)，通過簡單修改控件的屬性和使用控件提供的方法就可以實現(xiàn)對串口的配置，完成串口發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。 串行通信的基本原理 串行端口的本質功能是作為 CPU 和串行設備間的編碼轉換器。當數(shù)據(jù) 從 CPU 經(jīng)開始 配置 nRF2401 的工作方式 循環(huán)等待觸發(fā)條件 DR1=1 否 是 有數(shù)據(jù)發(fā)送 否 將數(shù)據(jù)接收到開發(fā)板 將數(shù)據(jù)發(fā)送到開發(fā)板 是 基于單片機的無線點菜系統(tǒng)的硬件設計及實現(xiàn) 第四章 硬件驅動程序和串行口調試工具 29 過串行端口發(fā)送出去時，字節(jié)數(shù)據(jù)轉換為串行的位。在接收數(shù)據(jù)時，串行的位被轉換為字節(jié)數(shù)據(jù)。 在 Windows 環(huán)境下，串口是系統(tǒng)資源的一