【正文】 當(dāng)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(jī)的無線點(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。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(shí)間去了解比較復(fù)雜的 API 函數(shù)，通過簡(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)。 Visual C++ 在不犧牲靈活性、性能和控制力度的同時(shí)，給 C++帶來了更高水平的生產(chǎn)效率。 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++開發(fā)系統(tǒng)來開發(fā)的。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，具體的程序是 PC 機(jī)端程序的一部分。 圖 開發(fā)板通過 IO 口和無線數(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)端的開發(fā)板的結(jié)構(gòu)和 PC 機(jī)端的開發(fā)板的結(jié)構(gòu)完全相同，但由于它不需要和PC 機(jī)通信，只需要和無線數(shù)據(jù)傳輸模塊進(jìn)行通信。在 CS引腳的下降沿，新送入的配置字開始工作。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。 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)。 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 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]。 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(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。通過軟件設(shè)置單片機(jī)的傳輸屬性參數(shù)為“ 9600， N， 8， 1”，來實(shí)現(xiàn)和 PC機(jī)端串行口傳輸速率同步。通過設(shè)置合適的波特率和 幀 格式，來實(shí)現(xiàn)開發(fā)板和 PC 機(jī)之間準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)傳遞。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。 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。 2. 方式 1 當(dāng)設(shè)定 SM SM0 為 01 時(shí)，串行口工作方式 1。發(fā)送完畢后，硬件自動(dòng)將 RI 置 1。 REN 為 1 時(shí)，單片機(jī)允許接收數(shù)據(jù)。 發(fā)送完畢后，硬件自動(dòng)將 TI 置 1。 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(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)。 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軟件編程來設(shè)置，在使用上非常方便。對(duì)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。 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。 使 用 Keil uVision2 開發(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。 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)相連的開發(fā)板為主機(jī)端，它不能移動(dòng)，接收從機(jī)端發(fā)送過來的數(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，它由開發(fā)板和無線數(shù)據(jù)傳輸模塊組成。 串行口調(diào)試工具是用來將 PC 機(jī)上的數(shù)據(jù)通過串行口發(fā)送到單片機(jī)，和 PC 機(jī)接收從單片機(jī)發(fā)送過來的數(shù)據(jù)。 STC89C58RD+是51 類單片機(jī)，可以像開發(fā)其他 51 單片機(jī)驅(qū)動(dòng)一樣開發(fā)它的驅(qū)動(dòng)程序。 nRF2401 模塊的 PCB 如圖 所示。 nRF2401 的供電電源應(yīng)通過電容隔開，這樣 有利于給nRF2401 提供穩(wěn)定的電源。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。其 實(shí)這些電容是為開關(guān)器件 (門電路 )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)就沒有作用了。所以，設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量減少過線孔。 由于采用雙層設(shè)計(jì)，因此不可避免地將會(huì)使用到過孔。 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。布線過程中充分考慮到如何降低元件字之間 互相的干擾。 本系統(tǒng)的 PCB 布線 為 雙面布線 ， 布線的方式有兩種：自動(dòng)布線及交互式布線 。 下面再重點(diǎn)分析一下 布線 的過程。圖 為鍵盤封裝，圖 為 USB 封裝，圖 為開關(guān)封裝，圖 為四位八段數(shù)碼管封裝。否則，在調(diào)入網(wǎng)絡(luò)表的過程中將會(huì)出現(xiàn)元件丟失的錯(cuò)誤。網(wǎng)絡(luò)表的生成也比較簡(jiǎn)單。 開發(fā)板的 PCB 圖 將開發(fā)板的原理圖按照以上的步驟生成相應(yīng)的 PCB 圖。為了方便布線，本系統(tǒng)所用的開發(fā)板和無線數(shù)據(jù)傳輸模塊均為雙層印刷電路板。 圖 無線數(shù)據(jù)傳輸模塊與開發(fā)板的接口電路 無線數(shù)據(jù)傳輸模塊和開發(fā)板的 PCB 圖設(shè)計(jì) PCB 板是一塊絕緣材料，在表面合理安放各種電子元件，并安排連接電子元件引腳間的銅膜導(dǎo)線，在不同的表面間有連接不同表面的銅導(dǎo)孔。 (3) 硬件上面沒有 SPI 的單片機(jī)也可以控制本模塊，用普通單片機(jī) IO 口模擬SPI 不需要單片機(jī)真正的串口介入，只需要普通的單片機(jī) IO 口就可以了，當(dāng)然用串口也可以了。 (2) 除電源 VCC 和接地端，其余腳都可以直接和普通的 5V 單片機(jī) IO 口直接相連，無需電平轉(zhuǎn)換。 它與開發(fā)板的接口電路為圖 各個(gè)接口的要求如下： (1) VCC 腳接電壓范圍為 ~ 之間，不能在這個(gè)區(qū)間之外，超過 將會(huì)燒毀模 塊。 nRF2401 芯片的典型應(yīng)用電路如圖 所示。圖 為鍵盤部分。當(dāng)鍵按下后，基于單片機(jī)的無線點(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) 19 輸出為低電平。 圖 開發(fā)板和無線數(shù)據(jù)傳輸模塊接口部分 圖 5V 電平轉(zhuǎn) 電平部分 鍵盤部分 圖 鍵盤部分 鍵盤部分用來實(shí)現(xiàn)人機(jī)通信。 LM1117 系列具有 LLP、 TO26 SOT22 TO220 和TO252 DPAK 封裝；此外為了使兩個(gè)模塊直接相連，將 P2 口的部分引腳用排針引到基于單片機(jī)的無線點(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) 18 一起，排針間距為 100mil,標(biāo)準(zhǔn) DIP 插針。 LM1117 提供電流限制和熱保護(hù)，電路包含 1 個(gè)齊納調(diào)節(jié)的帶隙參考電壓以確保輸出電壓的精度在177。為了實(shí)現(xiàn)這一過程，選用 作為核心芯片。 圖 LED 部分 開發(fā)板和無線數(shù)據(jù)傳輸模塊接口部分 這一部分有兩部分組成：由于 nRF2401 的工作電壓為 ，工作電壓超過 就會(huì)燒壞芯片。 74LS244為三態(tài)輸出的八組緩沖器和總線驅(qū)動(dòng)器 ,選用的四位八段數(shù)碼管本身已經(jīng)集成了譯碼器，這樣既簡(jiǎn)化了線路的連接，又降低了錯(cuò)誤發(fā)生的概率 。 圖 串口電平轉(zhuǎn)換部分 基于單片機(jī)的無線點(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) 17 LED 部分 由于單片機(jī)復(fù)位后，各個(gè)引腳輸出都為高電平，因此選用共陰極的 LED 數(shù)碼管。 由于 STC89C58RD+單片機(jī)支持 ISP 下載，因此通過這個(gè)串行口既可以用來和 PC 機(jī)通信，又能將程序下載到單片機(jī)，不用購(gòu)買昂貴的編程器。由于單片機(jī)的輸入、輸出電平為 TTL 電平，與 PC機(jī) RS232 標(biāo)準(zhǔn)串行 接口的電氣規(guī)范不一致，因此要實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與 PC機(jī)之間的數(shù)據(jù)通讀，必須進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。 RS232 采用非平衡連接 (又稱為單端線路 )，在這個(gè)線路中，信號(hào)電壓加到一條導(dǎo)線上，所有的信號(hào)電壓都使用一個(gè)公共的接地線。 圖 單片機(jī)最小系統(tǒng) 基于單片機(jī)的無線點(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) 16 串行口電平轉(zhuǎn)換部分 大多數(shù) PC 機(jī)都有一個(gè)串行通訊端口 RS232 用于兩臺(tái)計(jì)算機(jī)間進(jìn)行串行通訊。 USB 的即插即用特性，使對(duì)開發(fā)板供電非常方便。由于不使用外部存儲(chǔ)器，因此將 EA 接高電平。電源采用 5V供電，晶振為 12MHZ。原理圖由 Protel 99SE[18][19]繪制。 開發(fā)板的各個(gè)組成部分原理圖以及功能 整個(gè)開發(fā)板是由單片機(jī)最小系統(tǒng)和它的一些外圍電路組成，單片機(jī)最小系統(tǒng)做為整個(gè)開發(fā)板的控制中心，控制各個(gè)外圍電路協(xié)調(diào)工作，完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)的功能。而且內(nèi)部集成了看門狗和Flash，簡(jiǎn)化了 PCB 板的制作。 6. 通用 I/O 口 32 個(gè)，復(fù)位后為： P1/P2/P3 是準(zhǔn)雙向口 /弱上拉（普通 8051 傳統(tǒng) I/O 口）， P0 口是開漏輸出，作為總線擴(kuò)展用時(shí)，不用加上拉電阻， 作為 I/O 口用時(shí)，需加上拉電阻。 它具有以下特點(diǎn)： 1. 增強(qiáng)型 6 時(shí)鐘 /機(jī)器周期， 12 時(shí)鐘 /機(jī)器周期 8051 CPU（ Central Process Unit，中央處理器）。 基于單片機(jī)的無線點(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) 14 第 三 章 基于 ZigBee 協(xié)議的硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn) 目前， 51 系列單片機(jī)非常流行，而且資料眾多，因此選用 51 系列單片機(jī)作為開發(fā)板的 MCU，通過附加一定的外圍電路后，來和無線數(shù)據(jù)傳輸模塊進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線傳輸。同時(shí)將兩個(gè)數(shù)字信道的輸出反饋到兩個(gè)單獨(dú)的 MCU 接口。圖 4 所示是 DuoCeiver TM 同時(shí)雙接收信道結(jié)構(gòu) 圖。此后便可在 nRF2401 監(jiān)測(cè)信息輸入 200μｓ，若收到有效數(shù)據(jù)包，則給 MCU 一個(gè)中斷并置 DR1 為高電平，以使 MCU 以時(shí)鐘形式輸出有效載荷數(shù)據(jù)，待系統(tǒng)收到全部數(shù)據(jù)后 , nRF2401再置 DR1 CE 保持高電平，則等待新的數(shù)據(jù)包。 ShockBurst TM 接收主要使用 MCU 接口引腳 CE、 DR CLK DATA 來實(shí)現(xiàn)。 基于單片機(jī)的無線點(diǎn)菜系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn) 第二章 ZigBee 協(xié)議分析 13 ShockBurst TM 發(fā)射主要通過 MCU 接口引腳 CE、 CLK1 和 DATA 來完成。 nRF2401 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理及外部組成框圖如圖 所示，下面介紹其工作原理。它采用 5mm 5mm 的 24引腳 QFN封裝。所以 nRF2401是業(yè)界體積最小、功耗最少、外圍元件最少的低成本射頻系統(tǒng)級(jí)芯片。與藍(lán)牙不同的是， nRF2401 沒有復(fù)雜的通信協(xié)議，它完全對(duì)用戶透明，同種產(chǎn)品之間可以自由通信。 nRF2401 支持多點(diǎn)間通信，最高傳輸速率超過 1Mbit/s，而且比藍(lán)牙具有更高的傳輸速度。各個(gè)公司的芯片原理基本相同，編程規(guī)則大致相同，因此選用 Nordic 公司的 nRF2401，下面詳細(xì)敘述一下 nRF2401 芯片的特點(diǎn)。現(xiàn)在國(guó)際上有很多公司生產(chǎn)基于 ZigBee 協(xié)議的芯片，芯片的集成度也越來越高。 2． 3 基于 ZigBee 協(xié)議的芯片 [1][4][5] 20xx 年 8 月 ZigBee 聯(lián)盟成立時(shí) Honeywell， Invensys,三菱電器，摩托羅拉和飛利浦等國(guó)際上知名的大公司就是 ZigBee 協(xié)議的支持者。 在現(xiàn) 代農(nóng)業(yè)中，利用傳感器可以將土壤溫度，氮濃度， PH