【導(dǎo)讀】及抗干擾能力等方面，都有很高的的要求。本文詳細(xì)介紹了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的解決方案、組。成結(jié)構(gòu)及其特性。采用單片機(jī)作為控制器的核心器件，設(shè)計了一種通用的多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，通過無線方式可以對多路數(shù)據(jù)進(jìn)行實時監(jiān)控，也可以通過USB接口對數(shù)據(jù)進(jìn)行快速傳輸。采集系統(tǒng)是由傳感器、信號調(diào)理、數(shù)據(jù)采集硬件、通用計算機(jī)、軟件等要素構(gòu)成。20xx年4月06日~20xx年4月25日：搜索論文資料及尋找參考文獻(xiàn)，。20xx年4月26日~20xx年5月11日：逐步解決遇到的問題，形成初步的論文框架。20xx年6月08日~20xx年6月18日：對論文進(jìn)行細(xì)節(jié)修改，最終定稿并制作ppt答辯。行文符合學(xué)術(shù)規(guī)范。格式比較符合規(guī)范要求；參考了較為豐富的文獻(xiàn)資料，其時效性較強(qiáng)；綜合看來，本人認(rèn)為，該論文達(dá)到了?？飘厴I(yè)水平，同意論文答辯。規(guī)定的各項任務(wù)。人們需要一種應(yīng)用范圍廣、性價比高的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。于工業(yè)控制、儀器、儀表、機(jī)電一體化、智能家居等諸多領(lǐng)域。

　　

【正文】 。若未收到應(yīng)答，則自動重新發(fā)射該數(shù)據(jù) (自動重發(fā)已開啟 )，若重發(fā)次數(shù) (ARC)達(dá)到上限，MAX_RT 置高， TX FIFO 中數(shù)據(jù)保留以便再次重發(fā) 。MAX_RT 或 TX_DS 置高時，使 IRQ 變低，產(chǎn)生中斷，通知 MCU。最后發(fā)射成功時 ,若 CE 為低則 nRF24L01進(jìn)入空閑模式 1。若發(fā)送堆棧中有數(shù)據(jù)且 CE為高，則進(jìn)入下一次發(fā)射 。若發(fā)送堆棧中無數(shù)據(jù)且 CE為高，則進(jìn)入空閑模式 2。 接收數(shù)據(jù)時 ,首先將 nRF24L01 配置為青島理工大學(xué)畢業(yè)論文 18 接收模式，接著延遲 130μs進(jìn)入接收狀態(tài)等待數(shù)據(jù)的到來。當(dāng)接收方檢測到有效的地址和 CRC 時，就將 數(shù)據(jù)包存儲在 RX FIFO 中，同時中斷標(biāo)志位 RX_DR 置高， IRQ 變低，產(chǎn)生中斷，通知 MCU 去取數(shù)據(jù)。若此時自動應(yīng)答開啟，接收方則同時進(jìn)入發(fā)射狀態(tài)回傳應(yīng)答信號。最后接收成功時，若 CE變低，則 nRF24L01進(jìn)入空閑模式 1。 24L01 的工作原理圖如 所示。 CE1CSN2SCK3MOSI4MISO5IRQ6VDD7VSS8XC29XC110VDD_PA11ANT112ANT213VSS14VDD15IREF16VSS17VDD18DVDD19VSS20U2NRF24L01C31nFC7C210nFC415pFC133nFC5C6C1122pFC1022pFR322KR111ML3L1L212nHX116MCECSNSCKMOSIMISOIRQVCC50ohm,RFI/OVCC12345678J1CON8VCCCECSNSCKMOSIMISOIRQ12J2CON2圖 接收與發(fā)射原理圖 無線發(fā)送與接收電路 本次設(shè)計無線接收和發(fā)射系統(tǒng)采用的是 SPI 技術(shù)來實現(xiàn)的，下面我們來了解一下 SPI 協(xié)議的相關(guān)內(nèi)容。 SPI，是英語 Serial Peripheral interface 的縮寫，顧名思義就是串行 外圍設(shè)備接口。是 Motorola 首先在其 MC68 HCXX 系列處理器上定義的。 SPI 接口主要應(yīng)用在 EEPROM， FLASH，實時時鐘， AD 轉(zhuǎn)換器，還有數(shù)字信號處理器和數(shù)字信號解碼器之間。 SPI，是一種高速的，全雙工，同步的通信總線，并且在芯片的管腳上只占用四根線，節(jié)約了芯片的管腳，同時為 PCB 的布局上節(jié)省空間，提供方便，正是出于這種簡單易用的特性，現(xiàn)在越來越多的芯片集成了這種通信協(xié)議，比如 AT91RM9200. SPI總線系統(tǒng)是一種同步串行外設(shè)接口，它可以使 MCU與各種外圍設(shè)備以串行方式進(jìn)行通信以交換信息 。外圍設(shè)置 FLASHRAM、網(wǎng)絡(luò)控制器、 LCD 顯示驅(qū)動器、 A/D 轉(zhuǎn)換器和 MCU 等。 SPI 總線系統(tǒng)可直接與各個青島理工大學(xué)畢業(yè)論文 19 廠家生產(chǎn)的多種標(biāo)準(zhǔn)外圍器件直接接口，該接口一般使用 4 條線：串行時鐘線（ SCLK）、主機(jī)輸入 /從機(jī)輸出數(shù)據(jù)線 MISO、主機(jī)輸出 /從機(jī)輸入數(shù)據(jù)線 MOSI和低電平有效的從機(jī)選擇線 SS（有的 SPI 接口芯片帶有中斷信號線 INT、有的SPI 接口芯片沒有主機(jī)輸出 /從機(jī)輸入數(shù)據(jù)線 MOSI）。 SPI 的通信原理很簡單，它以主從方式工作，這種模式通常有一個主設(shè)備和一個或多個從設(shè)備，需要至少 4 根線，事實上 3 根 也可以（用于單向傳輸時，也就是半雙工方式）。也是所有基于 SPI 的設(shè)備共有的，它們是 SDI（數(shù)據(jù)輸入），SDO（數(shù)據(jù)輸出）， SCLK（時鐘）， CS（片選）。 （ 1） MOSI– SPI 總線主機(jī)輸出 / 從機(jī)輸入（ SPI Bus Master Output/Slave Input） （ 2） MISO– SPI 總線主機(jī)輸入 / 從機(jī)輸出（ SPI Bus Master Input/Slave Output) SCLK – 時鐘信號，由主設(shè)備產(chǎn)生 CS – 從設(shè)備使能信號，由主設(shè)備控制（ Chip select），有 的 IC 此 pin 腳叫 SS 其中 CS 是控制芯片是否被選中的，也就是說只有片選信號為預(yù)先規(guī)定的使能信號時（高電位或低電位），對此芯片的操作才有效。這就允許在同一總線上連接多個 SPI 設(shè)備成為可能。 接下來就負(fù)責(zé)通訊的 3 根線了。通訊是通過數(shù)據(jù)交換完成的，這里先要知道SPI 是串行通訊協(xié)議，也就是說數(shù)據(jù)是一位一位的傳輸?shù)?。這就是 SCLK 時鐘線存在的原因，由 SCK 提供時鐘脈沖， SDI， SDO 則基于此脈沖完成數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)輸出通過 SDO 線，數(shù)據(jù)在時鐘上升沿或下降沿時改變，在緊接著的下降沿或上升沿被讀取。完成一位數(shù)據(jù)傳輸 ，輸入也使用同樣原理。這樣，在至少 8次時鐘信號的改變（上沿和下沿為一次），就可以完成 8 位數(shù)據(jù)的傳輸。 顯示電路 本設(shè)計中顯示模塊用到的 LCD 是 12864。 12864 的簡介 12864 是 128*64 點陣液晶模塊的點陣數(shù)簡稱，業(yè)界約定俗成的簡稱。 液晶顯示器 (LCD)具有功耗低、體積小、重量輕、超薄等許多其它顯示器無法比擬的優(yōu)點，近幾年來被廣泛用于單片機(jī)控制的智能儀器、儀表和低功耗電子產(chǎn)品中。 LCD 可分為段位式 LCD、字符式 LCD 和點陣式 LCD。其中，段位式LCD 和字符式 LCD 只能用于字符和數(shù)字的簡單顯示，不能滿足圖形曲線和漢字顯示的要求；而點陣式 LCD 不僅可以顯示字符、數(shù)字，還可以顯示各種圖形、曲線及漢字，并且可以實現(xiàn)屏幕上下左右滾動，動畫功能，分區(qū)開窗口，反轉(zhuǎn)，閃爍等功能，用途十分廣泛。 青島理工大學(xué)畢業(yè)論文 20 12864 液晶模組接口 表 36 LCD 接口 引腳序號 名稱 說明 1 CS1 U1 片選 2 CS2 U2 片選 3 VSS 電源地 4 VDD 電源輸入 (+5V) 5 V0 液晶顯示對比度調(diào)節(jié) 6 D1 數(shù)據(jù)輸入 7 R/W 讀寫選擇。 R/W=1,讀狀態(tài)。 R/W=0,寫狀態(tài) 8 E 讀寫使能 916 D0D7 數(shù)據(jù)總線 17 RST 液晶模組復(fù)位。 RST=L，復(fù)位 18 VEE 液晶驅(qū)動電源 19 VLED+ LED 電源正 () 20 VLED LED 電源地 12864 的功能部件的介紹 在使用 12864LCD 前先必須了解以下功能器件才能進(jìn)行編程。 12864 內(nèi)部功能器件及相關(guān)功能如下： （ 1）指令寄存器 (IR) IR 是用于寄存指令碼，與數(shù)據(jù)寄存器數(shù)據(jù)相對應(yīng)。當(dāng) D/I=0 時，在 E 信號下降沿的作用下，指令碼 寫入 IR。 青島理工大學(xué)畢業(yè)論文 21 (2) 數(shù)據(jù)寄存器 (DR) DR是用于寄存數(shù)據(jù)的，與指令寄存器寄存指令相對應(yīng)。當(dāng) D/I=1 時，在下降沿作用下，圖形顯示數(shù)據(jù)寫入 DR，或在 E 信號高電平作用下由 DR 讀到DB7∽ DB0 數(shù)據(jù)總線。 DR和 DDRAM 之間的數(shù)據(jù)傳輸是模塊內(nèi)部自動執(zhí)行的。 （ 3）忙標(biāo)志： BF BF 標(biāo)志提供內(nèi)部工作情況。 BF=1 表示模塊在內(nèi)部操作，此時模塊不接受外部指令和數(shù)據(jù)。 BF=0 時，模塊為準(zhǔn)備狀態(tài)，隨時可接受外部指令和數(shù)據(jù)。利用STATUS READ 指令，可以將 BF 讀到 DB7 總線，從檢驗?zāi)K之工作狀態(tài)。 （ 4）顯示控制觸發(fā)器 DFF 此觸發(fā)器是用于模塊屏幕顯示開和關(guān)的控制。 DFF=1 為開顯示（ DISPLAY OFF）， DDRAM 的內(nèi)容就顯示在屏幕上， DFF=0 為關(guān)顯示（ DISPLAY OFF）。 DDF的狀態(tài)是指令 DISPLAY ON/OFF 和 RST 信號控制的。 (5) XY 地址計數(shù)器 XY 地址計數(shù)器是一個 9 位計數(shù)器。高 3 位是 X 地址計數(shù)器，低 6 位為 Y地址計數(shù)器， XY 地址計數(shù)器實際上是作為 DDRAM 的地址指針， X 地址計數(shù)器為 DDRAM 的頁指針， Y 地址計數(shù)器為 DDRAM 的 Y 地址指針。 X 地址計數(shù)器 是沒有記數(shù)功能的，只能用指令設(shè)置。 Y 地址計數(shù)器具有循環(huán)記數(shù)功能，各顯示數(shù)據(jù)寫入后， Y 地址自動加 1， Y地址指針從 0 到 63。 (6) 顯示數(shù)據(jù) RAM（ DDRAM） DDRAM 是存儲圖形顯示數(shù)據(jù)的。數(shù)據(jù)為 1 表示顯示選擇，數(shù)據(jù)為 0 表示顯示非選擇。 DDRAM 與地址和顯示位置的關(guān)系見 DDRAM 地址表。 (7) Z 地址計數(shù)器 Z 地址計數(shù)器是一個 6 位計數(shù)器，此計數(shù)器具備循環(huán)記數(shù)功能，它是用于顯示行掃描同步。當(dāng)一行掃描完成，此地址計數(shù)器自動加 1，指向下一行掃描數(shù)據(jù)，RST 復(fù)位后 Z 地址計數(shù)器為 0。 Z 地址計數(shù)器 可以用指令 DISPLAY START LINE預(yù)置。因此，顯示屏幕的起始行就由此指令控制，即 DDRAM 的數(shù)據(jù)從哪一行開始顯示在屏幕的第一行。此模塊的 DDRAM 共 64 行，屏幕可以循環(huán)滾動顯示64 行。通過對各功能部件和一些指令指令的了解，對 12864 的字符顯示進(jìn)行編程。見附錄【 5】。 顯示電路如圖 所示。 青島理工大學(xué)畢業(yè)論文 22 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20P1 Header 20GND1KR2RPotVCCGNDVCC10KR1Res2GND12864 LCDVCCEA/VPP31X119X218RESET9RD/P3717WR/P3616P32/INT012P33/INT113P34/T014P35/T115P101P112P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE/PRDG30P31/TXD11P30/RXD10U3AT89S52123456781615141312111091KR4Res Pack3VCC 圖 顯示電路 電源電路 電源變壓器是將交流電網(wǎng) 220V 的電壓變?yōu)樗枰碾妷褐怠＝涣麟娊?jīng)過二極管整流之后，使方向單一，但是電流強(qiáng)度大小還是處在不斷地 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(wù)，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，一般有 177。10%左右的波動，負(fù)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(dāng)電網(wǎng)電壓波動，負(fù)載和溫度變化時，維持輸出直流電壓穩(wěn)定。 220V 交流電通過 9V 變壓器變?yōu)?9V 的交流 電， 9V 交流電通過四個二極管的全橋整流后變?yōu)?9V 直流電，然后經(jīng)過電解電容（ 470μF）進(jìn)行一級濾波，青島理工大學(xué)畢業(yè)論文 23 以去除直流電里面的雜波，防止干擾。 9V 直流電出來后再經(jīng)過三端穩(wěn)壓器LM7805 穩(wěn)壓成為穩(wěn)定的 5V電源，其中 7805 的 Vin 腳是輸入腳，接 9V直流電源正極， GND 是接地腳，接 9V 直流電源負(fù)極， Vout 為輸出腳，它和接地腳的電壓就是 +5V 了。 5V 電源出來再經(jīng)過電解電容的二級濾波，使 5V 電源更加穩(wěn)定可靠。同時在 5V 穩(wěn)壓電源加上一個 10K 的電阻和一個紅色發(fā)光二極管，當(dāng)上電后，紅色發(fā)光二極管點亮，表示電源工作正常。此時 一個穩(wěn)定輸出 5V的電源已經(jīng)設(shè)計好，對于本設(shè)計它完全能夠滿足單片機(jī)及集成塊所需電源的要求。電源原理圖如圖 所示。 112233con1DY+3～1～24bridge1DQC5470UFC6220UFC8C7123V VGNDIN OUTU278L05D1REDR110K1 2 3P1DYSWVCC5 圖 電源原理圖 青島理工大學(xué)畢業(yè)論文 24 第四章 軟件設(shè)計 系統(tǒng)概述 整個系統(tǒng)的功能是由硬件電路配合軟件來實現(xiàn)的，當(dāng)硬件基本定型后，軟件的功能也就基本定下來