【正文】 677889910101111131214131514161517U27 4 1 5 4234567891R P 1RE S P A C K 8+5V 圖 無(wú)線發(fā)射模塊 為了節(jié)約器材以及實(shí)驗(yàn)室的材料，本設(shè)計(jì)用以前買好的用于學(xué)習(xí)的單片機(jī)開(kāi)發(fā)板來(lái)完成，制作過(guò)程簡(jiǎn)單，無(wú)需再制作 PCB 板，節(jié)約了開(kāi)發(fā)時(shí)間， 在設(shè)計(jì)中只用了幾塊很小的萬(wàn)能板就完成了設(shè)計(jì)，為了便 于演示，本設(shè)計(jì)制作了兩個(gè)獨(dú)立的板塊，一個(gè)接收模塊，一個(gè)發(fā)射模塊，每個(gè)模塊都是一個(gè)整體，演示非常方便，經(jīng)初步測(cè)試有效接收距離可以到達(dá) 100 米左右。路邊系統(tǒng)包括 處理器模塊、 藍(lán)牙模塊 、存儲(chǔ)器模塊 和電源管理模塊，硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖 所示。這些模塊包括： （ 1）處理器模塊，用來(lái)控制數(shù)據(jù)的收發(fā)； （ 2）存儲(chǔ)器模塊，用來(lái)存儲(chǔ) 語(yǔ)音 ； （ 3）藍(lán)牙模塊，用來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信； （ 4）音頻模塊，用來(lái)播放語(yǔ)音； （ 5）電源模塊，用來(lái)給處理器和各模塊供電。 用戶應(yīng)用程序空間 8K/16K字節(jié) ， 片上集成 512字節(jié) / 1280字節(jié) RAM， ISP（在系統(tǒng)可編程） /IAP（在應(yīng)用可編程），無(wú)需 專用編程器 /仿真器可通過(guò)串口（ ）直接下載用戶程序， 8K 程序 3 秒即可完成一片，通用異步串行口 (UART)，還可用定時(shí)器軟件實(shí)現(xiàn)多個(gè) UART。 路邊系統(tǒng)和車載系統(tǒng) 分別 采用 STC89C52和 STC89C54作為處理器。 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 18 頁(yè) 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu) 本系統(tǒng)的硬件分為兩個(gè)部分：路邊系統(tǒng)的硬件和車載系統(tǒng)的硬件。 系統(tǒng) 擴(kuò)展功能 ：該系統(tǒng)在 家庭 中應(yīng)用時(shí)，可以作為 廚房安全提示 工具使用， 在廚房放置發(fā)射模塊，該發(fā)射模塊上裝有 CO氣體傳感器，當(dāng)煤氣發(fā)生泄漏的時(shí)候，或者由于人為的疏忽忘記關(guān)掉煤氣閥門， 這個(gè)時(shí)候語(yǔ)音接收 模塊就會(huì)收到信號(hào)，并且播放事先存好的語(yǔ)音，比如我們存入語(yǔ)音：煤氣泄漏，請(qǐng)及時(shí)處理！一旦煤氣泄漏就會(huì)發(fā)出煤氣泄漏，請(qǐng)及時(shí)處理的語(yǔ)音，以便我們及時(shí)處理，減少悲劇的發(fā)生， 具有一定的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。 系統(tǒng)初步功能 ：車載系統(tǒng)到達(dá)路邊系統(tǒng)的連接區(qū)域后，路邊系統(tǒng)向車載系統(tǒng)發(fā)送信息 代碼 ，車載系統(tǒng)接 收 代碼 完畢后播放道路信息，從而使駕駛員能夠清晰的了解前方道路。首先介紹系統(tǒng)的功能及配置；然后介紹系統(tǒng)硬件的結(jié)構(gòu)（硬件總體規(guī)劃）；最后介紹系統(tǒng)工作的總體流程（包括軟件流程）。 （ 4） 可選協(xié)議： PPP、 UDP/TCP/IP、 OBEX、 WAP、 vCard、 IrMC、 WAE。 （ 2） 電纜替代協(xié)議： RFCOMM。不是任何應(yīng)用都必須使用全部協(xié)議，相反，應(yīng)用程序往往只利用協(xié)議棧中的某些部分，并且協(xié)議棧中的某些附加垂直協(xié)議子集恰恰是用于支持主要應(yīng)用的服務(wù)。但是，每一協(xié)議棧都使用同一公共藍(lán)牙數(shù)據(jù)鏈路和物理層。 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 15 頁(yè) 圖 藍(lán)牙連接過(guò)程圖 藍(lán)牙協(xié)議 藍(lán)牙協(xié)議 [6]的目的是使符合該規(guī)范的各種應(yīng)用之間能夠?qū)崿F(xiàn)互操作。 主 設(shè)備 響應(yīng)：主 設(shè)備 在接 收 到從 設(shè)備 對(duì)它的尋呼消息的響應(yīng)后，主 設(shè)備 發(fā)送一個(gè)FHS 分組給從 設(shè)備 ，如果從 設(shè)備 響應(yīng)回答，主 設(shè)備 就進(jìn)入連接狀態(tài)。 尋呼掃描：從 設(shè)備 周期性地在掃描窗間隔時(shí)間內(nèi)喚醒自己，并監(jiān)聽(tīng)自己的 DAC，從 設(shè)備 每隔 在這個(gè)掃描窗上根據(jù)尋呼調(diào)頻序列選擇一個(gè)掃描頻率。 查詢響應(yīng)：從 設(shè)備 以 FHS 分組響應(yīng)查詢消息，它攜帶從 設(shè)備 的 DAC、本地時(shí)鐘等信息。 查詢掃描：藍(lán)牙設(shè)備周期地監(jiān)聽(tīng)來(lái)自其他設(shè)備的查詢消息，以便自己能被發(fā)現(xiàn)。具體過(guò)程如圖 所示。在尋呼掃描的從設(shè)備被這個(gè)主 設(shè)備 尋呼后，就會(huì)以 DAC（設(shè)備訪問(wèn)碼）來(lái)響應(yīng)。通常情況下，兩個(gè)設(shè)備的連接建立過(guò)程為：首先，主 設(shè)備 使用 GIAC 和 DIAC 來(lái)查詢范圍內(nèi)的藍(lán)牙設(shè)備（查詢狀態(tài)）。其中信道表示在 79 個(gè)或者 23 個(gè)射頻信道上跳變得偽隨機(jī)跳頻序列，每個(gè)微微網(wǎng)的跳頻序列是惟一的，并且由主 設(shè)備 的藍(lán)牙設(shè)備地址決定；此外，藍(lán)牙系統(tǒng)中有 5 種傳送不同類型信息的邏輯信道，他們分別為： ? LC 信道 ：控制信道，用來(lái)傳送鏈路層控制信息； ? LMC 信 道：鏈接管理信道，用來(lái)在鏈路層傳送鏈接管理信息； 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 14 頁(yè) ? UA 信道 ：用戶信道，用來(lái)傳送異步的用戶信息； ? UI 信道 ：用戶信道，用來(lái)傳送等時(shí)的用戶信息； ? US 信道 ：用戶信道，用來(lái)傳送同步的用戶信息。同步所采用的時(shí)鐘包括自身不調(diào)整也不關(guān)閉的本地設(shè)備時(shí)鐘 CLKN，微微網(wǎng)中主 設(shè)備 的系統(tǒng)時(shí)鐘 CLK，以及為主 設(shè)備 時(shí)鐘對(duì)從 設(shè)備 時(shí)鐘進(jìn)行周期更新以保持主從同步的補(bǔ)償時(shí)鐘 CLKE。微微網(wǎng)接入地址 AR＿ ADDR，分配給微微網(wǎng)中要啟動(dòng)喚醒過(guò)程的從設(shè)備 。 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 13 頁(yè) 圖 藍(lán)牙系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖 在藍(lán)牙基帶協(xié)議中規(guī)定，藍(lán)牙設(shè)備可以使用 4 種類型的地址用于同場(chǎng)合和狀態(tài)。 藍(lán)牙系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 所示。從 設(shè)備 是微微網(wǎng)中除主 設(shè)備 外的設(shè)備。 在藍(lán)牙系統(tǒng)中，使用藍(lán)牙技術(shù)將設(shè) 備連接起來(lái)的網(wǎng)絡(luò)稱為微微網(wǎng)，它由一個(gè)主 設(shè)備（ Master Unit）和多個(gè)從 設(shè)備 （ Slave Unit）構(gòu)成。 而且是采用了現(xiàn)成的藍(lán)牙模塊， +5V 供電，無(wú)需電平轉(zhuǎn)換 藍(lán)牙系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu) 藍(lán)牙系統(tǒng)采用分散式（ Scatter）結(jié)構(gòu)，設(shè)備間以特定方式構(gòu)成微微網(wǎng)（ Pico），支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)和點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的通信。藍(lán)牙技術(shù)提供低成本、近距離的無(wú)線通信，構(gòu)成固定與移動(dòng)設(shè)備通信環(huán)境中的個(gè)人網(wǎng)絡(luò)，使得近距離內(nèi)各種設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)縫資源共享。 藍(lán)牙 技術(shù) [5] 藍(lán)牙（ Bluetooth）是一種低功耗的無(wú)線技術(shù)，工作在全球通用的 ISM 頻段，數(shù)據(jù)傳輸速率為 1Mb/s，目的是取代現(xiàn)有的 PC、打印機(jī)、傳真機(jī)和移動(dòng)電話等設(shè)備上的有線接口。 KEIL C51 編譯器在遵循 ANSI 標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，為 8051 微控制器系列特別設(shè)計(jì)。 在屬性框 (attributes column)中可以快速瀏覽斷點(diǎn)設(shè)置情況和源程序行的位置。用戶啟動(dòng) V2 調(diào)試器之后，斷點(diǎn)即被激活。可以在編輯器內(nèi)調(diào)試程序，它能提供一 種自然的調(diào)試環(huán)境，使你更快速地檢查和修改程序。 uVision2編 輯器包含了所有用戶熟悉的特性。 C51 已被完全集成到uVision2 的集成開(kāi)發(fā)環(huán) 中，這個(gè)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境包含：編譯器，匯編器，實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，項(xiàng)目管理器，調(diào)試器。 軟件 編程技術(shù) 本系統(tǒng)所使用的 編程軟件 是 KEILC51 ， KEILC51 標(biāo)準(zhǔn) C 編譯器為 8051 微控制器的軟件開(kāi)發(fā)提供了 C語(yǔ)言環(huán)境 ,同時(shí)保留了匯編代碼高效 ,快速的特點(diǎn)。 表 常見(jiàn)比特率選擇 串行口工作之前，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行初始化，主要是設(shè)置產(chǎn)生波特率的定時(shí)器 串行口控制和中斷控制。所以，選用的波特率也相對(duì)固定。這時(shí)溢出率取決于TH1 中的計(jì)數(shù)值。 （ T1 溢出率） 方式 3 的波特率 =（ 2SMOD/32） 方式 0 的波特率 = fosc/12 方式 2 的波特率 =（ 2SMOD/64） 串行口的四種工作方式對(duì)應(yīng) 三種波 特率。 4） 波特率的計(jì)算 在串行通信中，收發(fā)雙方對(duì)發(fā)送或接收數(shù)據(jù)的速率要有約定。接收過(guò)程中，數(shù)據(jù)從輸入移位寄存器右邊移入，起始位移至輸入移位寄存器最左邊時(shí)，控制電路進(jìn)行最后一次移位。其中 1 位起始位， 8位數(shù)據(jù)位， 1 位停止位。 3） 80C51 串行口的工作方式 （方式 1） 方式 1 是 10位數(shù)據(jù)的異步通信口。在串行口方式 方式 方式 3時(shí)，波特率與 SMOD 有關(guān)，當(dāng) SMOD=1 時(shí)，波特率提高一倍。也必須在中斷服務(wù)程序中，用軟件將其清 0，取消此中斷申請(qǐng)。 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 9 頁(yè) ● RI，接收中斷標(biāo)志位。在方式 0時(shí)，當(dāng)串行發(fā)送第 8 位數(shù)據(jù)結(jié)束時(shí)，或在其它方式，串行發(fā)送停止位的開(kāi)始時(shí)，由內(nèi)部硬件使 TI 置 1，向 CPU 發(fā)中斷申請(qǐng) 。在方式 1 時(shí)，若 SM2=0，則 RB8 是接收到的停止位。 在方式 0和方式 1中，該位未用。 ● TB8，在方式 2或方式 3中，是發(fā)送數(shù)據(jù)的第九位，可以用軟件規(guī)定其作用。 ● REN，允許串行接收位。 在方式 0時(shí)， SM2 必須是 0。當(dāng)SM2=0 時(shí)，不論收到的 RB8 為 0 和 1，均可以使收到的數(shù)據(jù)進(jìn)入 SBUF，并激活 RI（即此時(shí) RB8 不具有控制 RI 激活的功能）。 1 6S B U FT 1 溢 出 率 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 8 頁(yè) 2） 80C51 串行口的控制寄存器 SCON 是一個(gè)特殊功能寄存器，用以設(shè)定串行口的工作方式、接收 /發(fā)送控制以及設(shè)置狀態(tài)標(biāo)志： 表 SCON 寄存器 SM0 和 SM1 為工作方式選擇位，可選擇四種工作方式： 表 工作方式選擇 ● SM2，多機(jī)通信控制位，主要用于方式 2 和方式 3。 圖 80C51 串行口的結(jié)構(gòu) 示意圖 接 收發(fā) 送時(shí) 間 1時(shí) 間 2發(fā) 送接 收 發(fā) 送接 收發(fā) 送接 收 發(fā) 送接 收≥ 1S B U F發(fā) 送 控 制 器接 收 控 制 器移 位 寄 存 器控 制 門T IR IAT X DR X D去 串 口 中 斷S M O D01T H 1 T L 1247。 單工 半雙工 全雙工 圖 串行通傳輸 示意圖 說(shuō)明：本設(shè)計(jì)中用到的藍(lán)牙模塊就是全雙工模式。 ? 半雙工 半雙工是指數(shù)據(jù)傳輸可以沿兩個(gè)方向，但需要分時(shí)進(jìn)行。發(fā)送方對(duì)接收方的同步可以通過(guò)兩種方法實(shí)現(xiàn)。 ? 同步通信 同步通信時(shí)要建立發(fā)送方時(shí)鐘對(duì)接收方時(shí)鐘的直接控制，使雙方達(dá)到完全同步。 圖 異步通信 示意圖 異步通信是以字符（構(gòu)成的幀）為單位進(jìn)行傳輸，字符與字符之間的間隙（時(shí)間間隔）是任意的，但每個(gè)字符中的各 位是以固定的時(shí)間傳送的，即字符之間不一定有“位間隔”的整數(shù)倍的關(guān)系，但同一字符內(nèi)的各位之間的距離均為“位間隔”的整數(shù)倍。 1)串行通信 （ 異步通信與同步通信 ） ? 異步通信 異步通信是指通信的發(fā)送與接收設(shè)備使用各自的時(shí)鐘控制數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收過(guò)程。 ? 串行通信是將數(shù)據(jù)字節(jié) 分成一位一位的形式在一條傳輸線上逐個(gè)地傳送?？梢?分為兩大類：并行通信與串行通信。在多微機(jī)系統(tǒng)以及現(xiàn)代測(cè)控系統(tǒng)中信息的交換多采用串行通信方式。計(jì)算機(jī)通信是指計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備或計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間的信息交換。 (2) 單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 1) 一個(gè) 8 位 CPU； 2) 4KB 程序存儲(chǔ)器，采用 ROM 或 EPROM（ 8031 無(wú) ROM）； 3) 通用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器； 4) 21 個(gè)特殊功能寄存器（ SFR）； 5) 4個(gè) 8 位并行口，其中 P0、 P P3 是復(fù)用口； 6) 具有 5 個(gè)中斷源，兩個(gè)優(yōu)先級(jí)嵌套結(jié)構(gòu)； 7) 兩個(gè) 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器； 8) 一個(gè)片內(nèi)振蕩器與時(shí)鐘電路。 ? P3 口（ ～ ） 第一功能：內(nèi)部帶上拉電阻的 8位準(zhǔn)雙向 I/O 口。 ? P2 口（ ～ ） 第一功能：一個(gè)內(nèi)部帶上拉電阻的 8位準(zhǔn)雙向 I/O 口。 4) P0、 P P P3 端口 ? P0口（ ～ ） 第一功能：是一 個(gè) 8位漏極開(kāi)路型的雙向 I/O 口，這時(shí) P0 口可看成用戶 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 4 頁(yè) 數(shù)據(jù)總線；第二功能：是在訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，分時(shí)提供低 8 位地址和 8位雙向數(shù)據(jù)總線，這時(shí)先用做地址總線再用做數(shù)據(jù)總線。在使用內(nèi)部振蕩電路時(shí)，這兩個(gè)端子用來(lái)外接石英晶體，振蕩頻率為晶體振蕩頻率，振蕩信號(hào)送至內(nèi)部時(shí)鐘電路產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖信號(hào)。從而使應(yīng)用系統(tǒng)的印制板減小、接插件減少、安裝簡(jiǎn)單方便。另外，由于 CPU、存儲(chǔ)器及 I/O 接口集成在同一芯片內(nèi)，各部件間的連接緊湊，數(shù)據(jù)在傳送時(shí)受干擾的影響較小，且不易受環(huán)境條件的影響，所以單片機(jī)的可靠性非常高。 MCS51 單片機(jī) 系統(tǒng) 在一片集成電路芯片上集成微處理器、存儲(chǔ)器、 I