【導(dǎo)讀】稱為中國(guó)的黃金產(chǎn)業(yè)。無(wú)線電子點(diǎn)菜系統(tǒng)是無(wú)線通信技術(shù)的典型應(yīng)用，把無(wú)線技術(shù)。用于餐飲業(yè)將會(huì)極大提高餐館的工作效率和服務(wù)質(zhì)量。論文給出了無(wú)線電子點(diǎn)菜系統(tǒng)的完整的硬件平臺(tái)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方案。的協(xié)議來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。設(shè)計(jì)的硬件平臺(tái)時(shí)，首先詳細(xì)介紹了平臺(tái)將要用到的一些。芯片，然后使用Protel99SE設(shè)計(jì)出了系統(tǒng)的原理圖和PCB(PrintCircuitBroad,印刷。文中還附帶簡(jiǎn)要介紹了用到的軟件開(kāi)發(fā)工具，以及系統(tǒng)的局限性，并。提出了進(jìn)一步改進(jìn)的方案。端，基本達(dá)到了論文的設(shè)計(jì)目的。

　　

【正文】 布線的方式有兩種：自動(dòng)布線及交互式布線 。但由于自動(dòng)布線效果不好，往往實(shí)際的效果和預(yù)計(jì)效果有很大的出入，因此全部使用 交互式布線 。布線過(guò)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(guān)系是：地線＞電源線＞信號(hào)線 。 同時(shí)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(qiáng)抗噪聲能力。線條有講究：有條件做寬的線決不做細(xì)；高壓及高頻線應(yīng)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(shè)計(jì)，因此不可避免地將會(huì)使用到過(guò)孔。 過(guò)孔太多，沉銅工藝稍有不慎就會(huì)埋下隱患。所以，設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量減少過(guò)線孔。 此外，應(yīng)該 合理布置電源濾波 /退耦電容：一般在原理圖中僅畫(huà)出若干電源濾波 /退耦電容，但未指出它們各自應(yīng)接于何處。 其實(shí)這些電容是為開(kāi)關(guān)器件 (門(mén)電路 )或其它需要濾波 /退耦的部件而設(shè)置的，布置這些電容就應(yīng)盡量靠近這些元部件，離得太遠(yuǎn)就沒(méi)有作用了。 無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊的 PCB 圖 由于無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊的核心芯片工作在 ，因此在設(shè)計(jì) PCB 圖時(shí)對(duì)干擾的控制要格外重視。在 PCB 設(shè)計(jì)時(shí)，必須考慮到各種電磁干擾，注意調(diào)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(jī)的無(wú)線點(diǎn)菜系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn) 第三章 硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 及實(shí)現(xiàn) 23 敷銅通過(guò)過(guò)孔與底層的地相連。 nRF2401 的供電電源應(yīng)通過(guò)電容隔開(kāi)，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(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊的 PCB圖 基于單片機(jī)的無(wú)線點(diǎn)菜系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn) 第四章 硬件驅(qū)動(dòng)程序和串行口調(diào)試工具 24 第四章 硬件驅(qū)動(dòng)程序和串行口調(diào)試工具 驅(qū)動(dòng)程序是硬件電路的靈魂，沒(méi)有驅(qū)動(dòng)的硬件電路是沒(méi)有用的。 STC89C58RD+是51 類單片機(jī)，可以像開(kāi)發(fā)其他 51 單片機(jī)驅(qū)動(dòng)一樣開(kāi)發(fā)它的驅(qū)動(dòng)程序。單片機(jī)軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)選擇比較流行的 Keil uVision2，因?yàn)楝F(xiàn)在關(guān)于 Keil uVision2 軟件的資料很多，這樣上手就會(huì)很快。 串行口調(diào)試工具是用來(lái)將 PC 機(jī)上的數(shù)據(jù)通過(guò)串行口發(fā)送到單片機(jī)，和 PC 機(jī)接收從單片機(jī)發(fā)送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)。選用 Visual C++ 來(lái)開(kāi)發(fā)串行口調(diào)試工具， Visual C++ 是微軟公司推出的一款優(yōu)秀開(kāi)發(fā)工具，代碼緊湊，運(yùn)行速度快，而且比較適合低層開(kāi)發(fā)。 硬件驅(qū)動(dòng)程序 整個(gè)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)有兩部分組成：與 PC機(jī)相連的開(kāi)發(fā)板為主機(jī)端，它不能移動(dòng)，接收從機(jī)端發(fā)送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)，并向從機(jī)端發(fā)送指令；可以移動(dòng)的為從機(jī)端，它由開(kāi)發(fā)板和無(wú)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(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序也不同。 使用 Keil uVision2 開(kāi)發(fā)硬件驅(qū)動(dòng)程序， 它支持眾多不同公司的 MCS51 架構(gòu)的芯片，它集編輯，編譯，仿真等于一體，同時(shí)還支持， PLM，匯編和 C語(yǔ)言的程序設(shè)計(jì)，它的界面和常用的微軟 VC++的界面相似，界面友好，易學(xué)易用，在調(diào)試程序，軟件仿真方面也有很強(qiáng)大的功能。因此很多開(kāi)發(fā) 51 應(yīng)用的工程師或普通的單片機(jī)愛(ài)好者，都對(duì)它十分喜歡。 51 的編程語(yǔ)言常用的有二種，一種是匯編語(yǔ)言，一種是 C 語(yǔ)言。匯編語(yǔ)言的機(jī)器代碼生成效率很高但可讀性卻并不強(qiáng)，復(fù)雜一點(diǎn)的程序就更是難讀懂，而 C 語(yǔ)言在大多數(shù)情況下其機(jī)器代碼生成 效率和匯編語(yǔ)言相當(dāng)，但可讀性和可移植性卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)匯編語(yǔ)言，而且 C 語(yǔ)言還可以嵌入?yún)R編來(lái)解決高時(shí)效性的代碼編寫(xiě)問(wèn)題。對(duì)于開(kāi)發(fā)周期來(lái)說(shuō)，中大型的軟件編寫(xiě)用 C 語(yǔ)言的開(kāi)發(fā)周期通常要小于匯編語(yǔ)言很多。綜合以上 C 語(yǔ)言的優(yōu)點(diǎn)，在開(kāi)發(fā)時(shí)選擇了 C51 語(yǔ)言 . 主機(jī)端硬件驅(qū)動(dòng)程序 主機(jī)端的硬件驅(qū)動(dòng)程序主要有兩種功能：實(shí)現(xiàn)開(kāi)發(fā)板通過(guò)串行口和 PC 機(jī)通信；實(shí)現(xiàn)開(kāi)發(fā)板通過(guò)某些 I/O 口和無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊進(jìn)行通信。 STC89C58RD+單片機(jī)的串行口是一個(gè)全雙工通信接口，即能同時(shí)進(jìn)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(guò)軟件編程來(lái)設(shè)置，在使用上非常方便。 基于單片機(jī)的無(wú)線點(diǎn)菜系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn) 第四章 硬件驅(qū)動(dòng)程序和串行口調(diào)試工具 25 STC89C58RD+單片機(jī)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(guò)軟件設(shè)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(dāng)設(shè)定 SM SM0 為 00 時(shí)，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(jī)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(kuò)展為并行口，也可以外接同步輸入 /輸出設(shè)備。 發(fā)送完畢后，硬件自動(dòng)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(shí)，單片機(jī)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(dòng)將 RI 置 1。再次接收數(shù)據(jù)前，需要通過(guò)軟件將 RI 清 0。 2. 方式 1 當(dāng)設(shè)定 SM SM0 為 01 時(shí)，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(shí)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(dāng)設(shè)定 SM0、 SM1 為 10 或 11時(shí)，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(jī)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(yàn)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(shí)，第 9 位數(shù)據(jù)為 TB8，接收時(shí)，第 9位數(shù)據(jù)送入 RB8。 基于單片機(jī)的無(wú)線點(diǎn)菜系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn) 第四章 硬件驅(qū)動(dòng)程序和串行口調(diào)試工具 26 通過(guò)以上單片機(jī)串行口各種工作方式的比較，由于使用一個(gè)開(kāi)發(fā)板和 PC 機(jī)進(jìn)行單獨(dú)的通信，因此工作方式 1 比較適合系統(tǒng)的要求。通過(guò)設(shè)置合適的波特率和 幀 格式，來(lái)實(shí)現(xiàn)開(kāi)發(fā)板和 PC 機(jī)之間準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)傳遞。 由于 PC 機(jī)和單片機(jī)的處理速度的不同， PC機(jī)給開(kāi)發(fā)板發(fā)送數(shù)據(jù) 時(shí)，單片機(jī)采用中斷的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)接收。通過(guò)軟件設(shè)置單片機(jī)的傳輸屬性參數(shù)為“ 9600， N， 8， 1”，來(lái)實(shí)現(xiàn)和 PC 機(jī)端串行口傳輸速率同步。開(kāi)發(fā)板向 PC 機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，采用查詢方式，這樣可以節(jié)省單片機(jī)有限的資源。 開(kāi)發(fā)板還要通過(guò)專門(mén)的接口和無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，由于系統(tǒng)設(shè)計(jì)為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信，因此只使用了 nRF2401 一個(gè)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(guò)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(guān)機(jī)模式 [16][17]。工作模 式由 PWR_UP 、 CE、 TX_EN 和 CS 三個(gè)引腳決定，詳見(jiàn)表 。 表 nRF2401的各種工作模式的設(shè)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(guān)機(jī)模式 0 * * 前文已經(jīng)講過(guò)有關(guān) nRF2401 的收發(fā)方式，這里重點(diǎn)討論一下它的配置方式。nRF2401 的所有配置工作都是通過(guò) CS、 CLK1 和 DATA 三個(gè)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(gè)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(yàn)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(yàn)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(kāi)始，依次寫(xiě)入 nRF2401。在 CS 引腳 的下降沿，新送入的配置字開(kāi)始工作。 基于單片機(jī)的無(wú)線點(diǎn)菜系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn) 第四章 硬件驅(qū)動(dòng)程序和串行口調(diào)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(zhǎng)度 111： 104 8 DATA1_W 接收頻道 1有效數(shù)據(jù)長(zhǎng)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(yàn) 16 1 CRC_EN 使能 CRC 校驗(yàn) 常用器件配置 15 1 RX2_EN 使能第二頻道 14 1 CM 通信方式設(shè)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(shè)置 0 1 RX_EN 接收或發(fā)送操作 開(kāi)發(fā)板通過(guò)串行口和 PC 機(jī)交換數(shù)據(jù)的流程圖如下： 圖 開(kāi)發(fā)板和 PC機(jī)通過(guò)串行口交換數(shù)據(jù)的流程圖 開(kāi)始 初始化串行口 循環(huán)等待觸發(fā)條件 發(fā)送完畢，開(kāi)中斷 開(kāi)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(guān)中斷 TI=1？ 否 基于單片機(jī)的無(wú)線點(diǎn)菜系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn) 第四章 硬件驅(qū)動(dòng)程序和串行口調(diào)試工具 28 開(kāi)發(fā)板通過(guò) IO口和無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的流程圖為圖 。 圖 IO口和無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的流程圖 移動(dòng)端驅(qū)動(dòng)程序 移動(dòng)端的開(kāi)發(fā)板的結(jié)構(gòu)和 PC 機(jī)端的開(kāi)發(fā)板的結(jié)構(gòu)完全相同，但由于它不需要和PC 機(jī)通信，只需要和無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊進(jìn)行通信。因此相對(duì)另一端的驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單一些。具體編程規(guī)則在上一節(jié)已經(jīng)詳細(xì)敘 述，這里不再多說(shuō)，具體的程序是 PC 機(jī)端程序的一部分。 串行口調(diào)試工具 串行口調(diào)試工具是用微軟公司的 visual c++[20][21]開(kāi)發(fā)的。 幾乎所有世界級(jí)的軟件，從業(yè)界領(lǐng)先的 Web 瀏覽器到面向任務(wù)的企業(yè)應(yīng)用，都是使用 Microsoft Visual C++開(kāi)發(fā)系統(tǒng)來(lái)開(kāi)發(fā)的。要用 C++來(lái)開(kāi)發(fā) Windows 和 Web 上的高性能應(yīng)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(shí)，給 C++帶來(lái)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(jiǎn)單，使用它可以方便快捷地開(kāi)發(fā) Windows 環(huán)境下的應(yīng)用程序。visual c++ 專門(mén)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(shí)間去了解比較復(fù)雜的 API 函數(shù)，通過(guò)簡(jiǎn)單修改控件的屬性和使用控件提供的方法就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)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(zhì)功能是作為 CPU 和串行設(shè)備間的編碼轉(zhuǎn)換器。當(dāng)數(shù)據(jù) 從 CPU 經(jīng)開(kāi)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(kāi)發(fā)板 將數(shù)據(jù)發(fā)送到開(kāi)發(fā)板 是 基于單片機(jī)的無(wú)線點(diǎn)菜系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn) 第四章 硬件驅(qū)動(dòng)程序和串行口調(diào)試工具 29 過(guò)串行端口發(fā)送出去時(shí)，字節(jié)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串行的位。在接收數(shù)據(jù)時(shí)，串行的位被轉(zhuǎn)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