【導讀】隨著科學技術發(fā)展的日新月異，有線網絡逐漸地被無線網絡所取代。目前，無線通信技術已。控制界又一個熱點技術。它在工業(yè)自動化，商業(yè)自動化，交通運輸控制管理等領域有著廣泛的應。和應用技術之一。而無線數(shù)據傳輸有著成本低、可靠性高、維護方便、應用靈活等一系列有線傳。輸無法比擬的優(yōu)點。了基于無線RF技術的無線數(shù)據采集系統(tǒng)的可行性與實用性。本課題對其他相類似的無線數(shù)據傳。輸、無線抄表、遠程監(jiān)控等一系列應用具有一定的參考價值。

　　

【正文】 1） P3 口中增加了一個與非門。 與非門有兩個輸入端：一個為口輸出鎖存器的 Q 端，另一個為替代功能的控制輸出 .門的輸出端控制輸出 FET 管 Q0。 2）輸出鎖存器不是從 Q 而 是從 Q 埔引出。 3）有兩個輸入緩沖器，替代輸入功能取自第一個緩沖器的輸出端 。I／ O 口的通用輸入信號取自第二個緩沖器的輸出端。 (2)輸出工作過程分析 1）當替代輸出功能 B 點置 1 時，輸出鎖存器的輸出可以順利通到引腳 P3． i。其工作狀況與P1 口相類似。這時 P3 口的工作狀態(tài)為一 I／ O 口，顯然此時該口具有淮雙向口的性質。 2）當輸出鎖存器的輸出置 1 時，替代輸出功能可以順利通到引腳 P3． i。 若替代輸出為 0 時，因與非門的 C 點已置 1．現(xiàn) B 點為 o，故與非門的輸出為 1，使 Q0 導通，從而使 A 點也 為 0。若替代輸出為 1 時 ,與非門的輸出為 1， Q0 截止，從而使 A 點也為高電平。這時 P3 口的工作狀態(tài)處于替代輸出功能狀態(tài)。 從上述分析可以看出，不論是替代輸出還是替代輸入功能時，輸出鎖存器的輸出置 1 是必需的。 因此． P3 口不論作替代功能輸入，還是作替代功能輸出，甚至作一般 I/()的輸入功能時，都需要向該口位輸出 1。這一點特別應該引起注意。 2． P3 口的功能和特點 與 Pl 口不同， P3 口是一個多功能口。 (1)可作 I/O 口使用，為淮雙向口。 這方面的功能與 Pl 口一樣。既可以字節(jié)操作．也可以位操 作；既可以 8 位口操作，也可以逐位定義口線為輸入線或輸出線；既可以該引腳，也可以讀鎖存器，實現(xiàn)“讀一修改一輸出”操作。 (2)可以作為替代功能的輸入、輸出。 替代輸入功能： —— RXD，串行輸人口。 一 — INTo，外部中斷 0 的請求。 一 — INTl，外部中斷 1 的請求。 —— To，定時器／計數(shù)器 o 外部 11 救脈沖輸入。 —— T1，定時器／計數(shù)器 lAL 部計數(shù)脈沖輸入。 替代輸出功能： 一一 TXD，串行輸出口。 —— WR，外部數(shù)據存儲器寫選通，輸出 ，低電平有效。 —— RD，外部數(shù)據存儲器讀選通，輸出，低電平有效。 (3)P3 口能驅動 4 個 TTL 負載。 串行接口 89S51 中的串行口是一個全雙工的異步串行通信接口，它可作 UART(通用異步接收和發(fā)送器 )用，也可作同步移位寄存器用。 所謂全雙工的異步串行通信接口，是說該接口可以同時進行接收和發(fā)送數(shù)據，因為，口內的接收緩沖器和發(fā)送緩沖器在物理上是隔離的，即是完全獨立的?？梢酝ㄟ^訪問特殊功能寄存器浙江科技學院畢業(yè)設計（論文） 22 SBUF，來訪問接收緩沖器和發(fā)送緩沖器。接收緩沖器還具有雙緩沖的功能，即它在接收第一個數(shù)據字節(jié)后 ，能接收第二個數(shù)據字節(jié)。但是，在它完成接收第二個數(shù)據字節(jié)之后．若第一個字節(jié)仍未取走，那么該字節(jié)數(shù)據將丟失。 １ .UART 串行口的結構 UART 串行口可分為兩大部分：波特率發(fā)生器和串行口。 波特率發(fā)生器：主要由定時器／計數(shù)器 T T2 及內部的一些控制開關和分頻器所組成。這些已在“定時器／計數(shù)器”中介紹過了。它向串行口的時鐘信號為 TXCLOCK(發(fā)送時鐘 )和 RXCLOCK(接收時鐘 )。相應的控制波特率發(fā)生器的特殊功能寄存器有 TMOD、 TCON、 T2CON、 PCON、 TL THTL TH2 等。 串行口的內部包含： 1)接收寄存器 SBUF 和發(fā)送寄存器 SBUF：它們在物理上是隔離的，但是占用同一個地址 ——99H。 2)串行口控制邏輯：接受來自波特率發(fā)生器的時鐘信號 —— TXCLOCK(發(fā)送時鐘 )和RXCLOCK(接收時鐘 )?？刂苾炔康妮斎胍莆患拇嫫鲗⑼獠康拇袛?shù)據轉換為并行數(shù)據和輸出移位寄存器將內部的并行數(shù)據轉換為串行數(shù)據輸出；還控制串行中斷 (RI 和 TI)。 3)串行口控制寄存器： SCON。 4)串行數(shù)據輸入 /輸出引腳： TXD(P3． 1)為串行輸入， RXD()為串 行輸出。 2．串行口的特殊功能寄存器 (1)狀態(tài)控制寄存器 SCON 串行口狀態(tài)控制寄存器 SCON 是一個逐位定義的 8 位寄存器，由它控制串行通信的方式選擇、接收和發(fā)送，指示串行口的狀態(tài)。寄存器 SCON 既可字節(jié)尋址也可位尋址，字節(jié)地址為 98H．位地址為 98H~9FH． (2)控制寄存器 PCON 控制寄存器 PCON是一個逐位定義的 8位寄存器，目前僅有幾位有定義，其中僅最高位－ SMOD與串行口控制有關，其它位與掉電方式有關。 (3)串行數(shù)據寄存器 SBUF 串行數(shù)據寄存器 SBUF 包含在物理上是隔離的兩個 8 位寄存器 ：發(fā)送數(shù)據寄存器和接收數(shù)據寄存器，但是它們共用一個地址一 — 99H。 寫 SBUF(MOV A， SBUF)，訪問發(fā)送數(shù)據奇存器；讀 SBUF(MOV SBUF， A)，訪問接收數(shù)據寄存器。 由于本系統(tǒng)采用的是方式 0，故對方式 0 進行說明： 工作過程： ①發(fā)送：當執(zhí)行任何一條寫 SBUF 的指令時，就啟動串行數(shù)據的發(fā)送。在執(zhí)行寫入 SBUF 的指令時，也將 1 寫入發(fā)送移位寄存器的第 9 位．并使發(fā)送控制器開始發(fā)送。在這期間，內部定時保證寫入 SBUF 與激活發(fā)送之間有一個完整的機器周期。當發(fā)送脈沖有效之后，移位寄存器的內容由 RXD()引腳串行移位輸出；移位脈沖由 TXD()引腳輸出。在發(fā)送有效的期間，每個機器周期，發(fā)送移位寄存器右移一位，在其左邊補“ o”。當數(shù)據最高位移到移位寄存器的輸出位時，原寫入第 9 位的‘ 1”正好移到最高值的左邊一位，由此向左的所有位均為 0，這標志著發(fā)送控制器要進行最后一次移位，并撤銷發(fā)送有效，同時使發(fā)送中斷標志 TI 置位。 ②接收：當 REN＝ 1 且接收中斷標志 RI 位清除時，即啟動一次接收過程。在下一機器周期．接收控制器將“ 11111110”寫入接收移位寄存器，并在下一時鐘周期內激發(fā)接收有效，同時由TxD()引腳輸出移位脈沖。在移位脈沖控制下，接收移位寄存器的內容每一個機器周期左移一位，同時由 RxD()引腳接收一位輸入信號。 浙江科技學院畢業(yè)設計（論文） 23 中斷系統(tǒng) 一：中斷：程序執(zhí)行過程中，允許外部或內部事件通過硬件打斷程序的執(zhí)行 ,使其轉向為處理外部或內部事件的 中斷服務程序中去；完成中斷服務程序后， CPU 繼續(xù)原來被打斷的程序， 這樣的過程稱為中斷過程。 二：中斷源：能產生中斷的外部和內部事件。 89S51 中五個中斷源； 89S52 中增多了一個中斷源 定時器 /計數(shù)器 T2，即有六個中斷源。 (1)INTO 非（ ） 外部中斷 0。當 IT0(TCON)=0 時，低電平有效；當 IT0(TCON)=1 時，下降沿有效。 (2)INT1（ ） —— 外部中斷 1。 IT1()=0 時 , 低電平有效 .當 IT1()=1 時 ,下降沿有效。 (3)TF0()—— 定時器 /計數(shù)器 T0 溢出中斷。 (4)TF1（ ） —— 定時器 /計數(shù)器 T1 溢出中斷。 (5)RX,TX—— 串行中斷。 中斷矢量地址見表： 中斷源 中斷矢量地址 外部中斷 0(INT0 非 ) 0003H 定時器 /計數(shù)器 0(T0) 000BH 外部中斷 1(INT1 非 ) 0013H 定時器 /計數(shù)器 1(T1) 001BH 串行口 (RI、 TI) 0023H 浙江科技學院畢業(yè)設計（論文） 24 3 無線射頻電路設計 無線射頻收發(fā)電路是這個系統(tǒng)的重要組成部分，電路射頻性能好壞直接影響到系統(tǒng)的設計的成敗。所以本系統(tǒng)的無線射頻芯片選用挪威 Nordic VLSI 公司最新推出的單芯片 RF 收發(fā)芯片。nRF401 系列高速單片無線收發(fā)芯片為短距離無線數(shù)傳應用提供了較好的解決辦法，由于采用了低發(fā)射功率和高接收靈敏度的設計，因而可滿足無線管制要求，使用無需許可證，是目前低功率無線數(shù)傳的理想選擇，可廣泛用于遙控裝置、工業(yè)控制、無線通信、電信終端、車輛安全、自動測試、家庭自動化、報警和安全系統(tǒng)等。 nRF401 芯片簡介 nRF401 是挪威 Nordic VLSI 公司最新推出的單芯片 RF 收發(fā)機，采用藍牙核心技術，專為在 433MHz ISM (工業(yè)、科研和醫(yī)療 ) 頻段工作而設計。在一個 20 腳的芯片中集成了高頻發(fā)射、高頻接收、 PLL 合成、 FSK 調制、 FSK 解調、雙頻道切換等功能，是目前集成度最高的無線數(shù)傳產品。 以往設計無線傳輸產品往往需要相當高的無線電專業(yè)知識和昂貴的專業(yè)設備，傳統(tǒng)的電路方案不是電路繁瑣就是調試困難，令人望而卻步，影響了用戶的使用和新產品的開發(fā)， nRF 是人們擺脫了無線產品設計的困難，它采用抗干擾能力強的 FSK 調制方式，工作頻率穩(wěn)定可靠，外圍元件少 ，便于設計生產，功耗極低，適合于便攜及手持產品的設計，由于用了低發(fā)射功率，高接受靈敏度設計，滿足了無線管制要求，無需使 用許可證，是目前低功率無線傳輸?shù)睦硐脒x擇，可廣泛用于遙控、遙測、小型無線網絡、無線抄表、門禁系統(tǒng)小區(qū)傳呼、工業(yè)數(shù)據傳輸系統(tǒng)、無線標簽、身份識別、非接觸 RF 智能卡、小型無線數(shù)據終端、安全防火系統(tǒng)、無線遙控系統(tǒng)、生物信號采集、水文氣象監(jiān)控、機器人控制、無線 232 數(shù)據通信、無線 485/422 數(shù)據通信、無線數(shù)字語音、數(shù)字圖象傳輸?shù)取? 其主要特性如下 : ●工作頻率為國際通用的數(shù)傳頻段 ● FSK 調制，抗干擾能力強，特別適合工業(yè)控制場合； ●采用 PLL 頻率合成技術，頻率穩(wěn)定性極好； 浙江科技學院畢業(yè)設計（論文） 25 ●靈敏 度高，達到 105dBm（ nRF401）； ●功耗小，接收狀態(tài) 250μ A，待機狀態(tài)僅為 8 μ A（ nRF401）； ●最大發(fā)射功率達 +10dBm ； ●低工作電壓（ ），可滿足低功耗設備的要求； ●具有多個頻道，可方便地切換工作頻率 ； ●工作速率最高可達 20Kbit/s（ RF401）； ●僅外接一個晶體和幾個阻容、電感元件，基本無需調試； ●因采用了低發(fā)射功率、高接收靈敏度的設計，使用無需申請許可證，開闊地的使用距離最遠可達 1000 米 (與具體使 用環(huán)境及元件參數(shù)有關 )。 nRF401 接收機使用具有較強抗干擾能力的 FSK 頻移鍵控 (FrequencyShiftKeying)調制方式，改善了噪聲環(huán)境下的系統(tǒng)性能；采用 DSS+PLL 頻率合成技術， 工作頻率穩(wěn)定可靠。與 ASK 幅移鍵控 (AmplitudeShiftKeying)和 OOK 開關鍵控 (OnOff Keying)方式相比，這種方式的通信范圍更廣，特別是在附近有類似設備工作的場合 。 其內部結構如圖 所示。 圖 nRF401 內部框圖與外圍 元件 nRF401 無需外接昂貴的變容二極管，而其他競爭產品大多需要外接變容二極管、聲表面波濾波器件等。這些芯片一般需要進行曼徹斯特編碼后才能傳輸，在編程上會需要較高的技巧和經驗，需要更多的內存和程序容量，并且曼徹斯特編碼大大降低數(shù)據傳輸?shù)男剩话銉H能達到標稱速率（實際速率）的 1/3,因此大大增加了軟件的工作量和產品開發(fā)的難度。而 nRF401 系列獨特的技術可以直接傳送單片機串口數(shù)據，應用及編程非常簡單，抗干擾能力強，傳送的效率很高，且使用很方便。 nRF401 采用小型 20 引腳 SSOP 封裝，管腳數(shù)和 體積最小，采用非常緊湊的電路板布局，有利于減少 PCB面積，降低成本，適合便攜式產品的設計，也有利于開發(fā)和生產。 3V 直流浙江科技學院畢業(yè)設計（論文） 26 電源供電。接收電流低，僅為 11mA，而且在輪流檢測（ Polling）模式時可以通過周期性暫停的方法使其更低，以延長電池壽命。它還提供進一步降低電流消耗的待機模式。表 2 為其部分管腳說明。 nRF401 應用說明 電氣特性 測試條件： VDD = +3V DC, VSS = 0V, TA= 25 C to +85 C 浙江科技學院畢業(yè)設計（論文）