【正文】 用點(diǎn)陣式數(shù)碼管顯示，點(diǎn)陣式數(shù)碼管是由八行八列的發(fā)光二極管組成，對(duì)于顯示文字比較合適， 如果 用來顯示數(shù)字則會(huì)顯得十分浪費(fèi)，成本較高，所以不采用此種顯示方案。符合本設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)要求，簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)，因此采用 LCD16024 進(jìn)行測(cè)量數(shù)據(jù) 顯示。芯片內(nèi)置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器和調(diào)制器等功能模塊，輸出功率和通信頻道可通過程序進(jìn)行配置。因此采用了 NRF905 無線芯片來實(shí)現(xiàn)收發(fā)功能。其 總體 結(jié)構(gòu) 框圖 如圖 。 超聲波接收 超聲波發(fā)射 A T 8 9 S 5 2 A T 8 9 S 5 2 無線發(fā)射模塊 無線接收模塊 顯示模塊 報(bào)警模塊 5 第 二 章 硬件電路設(shè)計(jì) 單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì) CPU 的介紹 AT89S52是一 種帶 8K字節(jié)閃爍可 編程 可擦除只讀存儲(chǔ) （ FPEROM—FalshProgrammable and Erasable Read Only Memory） 的低電壓，高性能 CMOS 8 位微處理器， 俗稱 單片機(jī) 。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。外形及引腳排列如圖 所示。 6 圖 AT89S52 引腳圖 VCC：供電電壓。 P0 口： P0 口是一個(gè) 8 位漏極開路的雙向 I/O 口。對(duì) P0 端口寫 “ 1” 時(shí)，引腳用作高阻抗輸入。在這種模式下 ， P0 具有內(nèi)部上拉電阻。程序校驗(yàn)時(shí)，需要外部上拉電阻。對(duì) P1 端口寫 “ 1” 時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。此外， 和 分別作定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 2 的外部計(jì)數(shù)輸入（ ）和時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 2 的觸發(fā)輸入（ ），具體如下 所示。 P1 口 引腳號(hào) 的 第二功能 如下所示。對(duì) P2 端口寫 “ 1” 時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。在訪問外部程序存儲(chǔ)器或用 16 位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行 MOVX DPTR）時(shí)， P2 口送出高八位地 址。在使用 8 位地址（如MOVX RI）訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， P2 口輸出 P2 鎖存器的內(nèi)容。 P3 口： P3 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P3 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) TTL 邏輯電平。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。當(dāng)P3 口寫入 “ 1” 后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。 P3 口也可作為 AT89S52 的一些特殊功能口，如表 所示 。 RST：復(fù)位輸入。 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的低位字8 節(jié)。在平時(shí)， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將 跳過一 個(gè) ALE 脈沖。此時(shí)， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令是 ALE才起作用。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無效。在由外部程序存儲(chǔ)器取址期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次 \PSEN 有效。 /EA/VPP：當(dāng) /EA 保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源（ VPP）。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器，石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。 由于輸入 至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬 度。在芯片擦除操作中，代碼陣列全被寫 “ 1” ，且在任何非空存儲(chǔ)字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。在閑置模式下， CPU 停止工作。在掉電模式下，保存 RAM 的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功 能，直到下一個(gè)硬件復(fù)位為止 [5][6]。復(fù)位時(shí)， PC 初始化為 0000H，9 使 MCS51 單片機(jī)從 0000H 單元開始執(zhí)行程序。 復(fù)位電路通常采用上電自動(dòng)復(fù)位和按鍵手動(dòng)復(fù)位兩種方式。本設(shè)計(jì)采用按鍵電平復(fù)位電路。 圖 復(fù)位電路 時(shí)鐘電路設(shè)計(jì) 時(shí)鐘電路用于 產(chǎn)生 MCS51 單片機(jī)工作時(shí)所需要的時(shí)鐘控制信號(hào) [8]。而時(shí)序所研究的是指令執(zhí)行中各個(gè)信號(hào)在時(shí)間上的關(guān)系 ，本設(shè)計(jì) 時(shí)鐘電路圖如圖 所示 。 當(dāng)開始測(cè)距時(shí)，單片機(jī)通過 Trig端口輸入一個(gè) 10uS以上的高電平，可觸發(fā)模塊測(cè)距。 根據(jù)這個(gè)時(shí)間可以計(jì)算出障礙物的距離。 如表 所示 表 US020 模塊參數(shù) 電氣參數(shù) US020 超聲波測(cè)距模塊 工作電壓 DC 5V 靜態(tài)電流 3mA 工作溫度 0~+70 度 輸出方式 GPIO 感應(yīng)角度 小于 15 度 探測(cè)距離 2cm700cm 探測(cè)精度 +1% 本模塊有 4Pin 接口， 4pin 接口為 間距的彎排針，如圖 所示 。 它們的定義如下： 1 號(hào) pin：接 VCC 電源（直流 5V） 。 3 號(hào) pin：接外部電路的 Echo 端，當(dāng)測(cè)距結(jié)束時(shí)，此管腳會(huì)輸出一個(gè)高電平，電平寬度為超聲 波往返時(shí)間之和。 模塊測(cè)距的時(shí)序如圖 所示。當(dāng)檢測(cè)到回波信號(hào)后，通過 Echo 管腳輸出。即距離值為： (高電平時(shí)間*340m/s)/2[13][15]。 圖 超聲波測(cè)距電路 LCD 顯示電路的設(shè)計(jì) LCD1602 液晶是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等的 點(diǎn)陣 型液晶模塊。 設(shè)計(jì)采用 LCD1602 液晶可以實(shí)時(shí)顯示測(cè)量距離，它與單片機(jī) P0 和 P2 口相 連接 ，單片機(jī) 根據(jù)所測(cè)得的距離數(shù)據(jù)通過編程在 LCD1602 實(shí)時(shí) 顯示，隨著 測(cè)量 距離的改變 ， LCD1602 顯示測(cè)得的距離 數(shù)值 也會(huì)隨著改變 ，與單片機(jī)的 電路連接圖 如圖 所示 。 第 2 腳： VDD 接 5V 正電源。 13 第 4 腳： RS 為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器。當(dāng) RS 和R/W 共同為低電平時(shí)可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng) RS 為低電平 R/W 為高電平時(shí)可以讀忙信號(hào)，當(dāng) RS 為高電平 R/W 為低電平時(shí)可以寫入數(shù)據(jù)。 第 7～ 14 腳： D0～ D7 為 8 位雙向數(shù)據(jù)線。 第 16 腳：背光源負(fù)極。 表 指令說明 序號(hào) 指令 RS R/W D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 1 清顯示 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 2 光標(biāo)返回 0 0 0 0 0 0 0 0 1 * 3 置輸入模式 0 0 0 0 0 0 0 1 I/D S 4 顯示開 /關(guān)控制 0 0 0 0 0 0 1 D C B 5 光標(biāo)或字符移位 0 0 0 0 0 1 S/C R/L * * 6 置功能 0 0 0 0 1 DL N F * * 7 置字符發(fā)生存儲(chǔ)器地址 0 0 0 1 字符發(fā)生存儲(chǔ)器地址 8 置數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址 0 0 1 顯示數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址 9 讀忙標(biāo)志或地址 0 1 BF 計(jì)數(shù)器地址 10 寫數(shù)到 CGRAM 或 DDRAM 1 0 要寫的數(shù)據(jù)內(nèi)容 11 從 CGRAM 或 DDRAM 讀數(shù) 1 1 讀出的數(shù)據(jù)內(nèi)容 1602 液晶模塊的讀寫操作、屏幕和光標(biāo)的操作都是通過指令編程來實(shí)現(xiàn)的。 指令 2：光標(biāo)復(fù)位，光標(biāo)返回到地址 00H。高電平表示有效 6，低電平則無效。 D：控制整體顯示的開與關(guān)，高電平表示開顯示，低電平表示關(guān)顯示 C：控制光標(biāo)的開與關(guān)，高電平表示有光標(biāo)，低電平表示無光標(biāo) B：控制光標(biāo)是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍。 指令 6：功能設(shè)置命令 DL：高電平時(shí)為 4 位總線，低電平時(shí)為 8 位總線 N； 低電平時(shí)為單行顯示，高電平時(shí)雙行顯示 F； 低電平時(shí)顯示 5x7 的點(diǎn)陣字符，高電平時(shí)顯示 5x10 的點(diǎn)陣字符。 指令 8： DDRAM 地址設(shè)置。 指令 10：寫數(shù)據(jù)。 無線收發(fā)模塊的設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì) 要求實(shí)現(xiàn)無線收發(fā)功能，結(jié)合各方面資料，最后 選用了 Nordic公司生產(chǎn)的無線射頻模塊 NRF905。芯片能耗非常低，以 10dBm 的功率發(fā)射時(shí)，工作電流僅有 30mA，接收時(shí)工作 電流只有 ，多種低功率工作模式，待機(jī)模式下電流僅為 ，節(jié)能設(shè)計(jì)更方便。 NF905適用于多種無線通信的場(chǎng)合，如無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、報(bào)警及安全系統(tǒng)、家庭自動(dòng)化、遙感監(jiān)測(cè)、無線門禁系統(tǒng)等。 ，圖 NRF905管腳圖 。 表 NRF905引腳功能說明 管腳 名稱 管腳功能 說明 1 VCC 電 源 電源 +~ DC 2 TX_EN 數(shù)字輸入 TX_EN=1 TX 模式； TX_EN=0 RX 模式 3 TRX_CE 數(shù)字輸入 使能芯片發(fā)射或接 收 4 PWR_UP 數(shù)字輸入 芯片上電 5 uCLK 時(shí)鐘輸出 本模塊該腳廢棄不用，向后兼容 6 CD 數(shù)字輸出 載波檢測(cè) 7 AM 數(shù)字輸出 地址匹配 8 DR 數(shù)字輸出 接 收 或發(fā)射數(shù)據(jù)完成 9 MISO SPI 接口 SPI 輸出 10 MOSI SPI 接口 SPI 輸入 11 SCK SPI 時(shí)鐘 SPI 時(shí)鐘 12 CSN SPI 使能 SPI 使能 13 GND 地 接地 14 GND 地 接地 說明 （ 1） VCC 腳接電壓范圍為 3V~ 之間，不能在這個(gè)區(qū)間之外，超過 將會(huì)燒毀模塊。 （ 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。 （ 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) SPI 模塊介入，只需添加代碼模擬 SPI 時(shí)序即可。 （ 5） 排針間距為 100mil，標(biāo)準(zhǔn) DIP 插針，如果需要其他封裝接口，比如密腳插針，或者其他形式的接口，可以聯(lián)系公司定做。 （ 7） 其他系列的單片機(jī)，如果是 5V 的，請(qǐng)參考該系列單片機(jī) IO 口輸出電流大小，如果超過 10mA，需要串聯(lián)電阻分壓，否則容易燒毀模塊！如果是 的，可以直接和NRF905 模塊的 IO 口線連接。Shock Burst 工作模式的特點(diǎn)是自動(dòng)產(chǎn)生前導(dǎo)碼和 CRC，可以容易通過 SPI 接口進(jìn)行編程配置，電流消耗很低，在發(fā)射功率為 +10dBm 時(shí)發(fā)射電流為 30mA 接收電流為 ，進(jìn)入 POWERDOWN 模式可以很容易實(shí)現(xiàn)節(jié)電。 表 工作模式 PWR_UP TRX_CE TX_EN 工作模式 0 X X 掉電和 SPI 編程 1 0 X Standby 和 SPI 編程 1 1 0 Shock Burst RX 1 1 1 Shock Burst TX NRF905 一 共有四種工作模式，其中有兩種活動(dòng) RX/TX 模式和兩種節(jié)電模式，其中活17 動(dòng)模式為 Shock Burst RX 和 Shock Burst TX；節(jié)電模式為掉電和 SPI 編程、 Standby 和 SPI編程。與射頻協(xié)議相關(guān)的所有告訴信號(hào)處理都在片內(nèi)進(jìn)行，這種做法有三大好處：盡量節(jié)能；低的系統(tǒng)費(fèi)用（低速微處理器也能進(jìn) 行高速射頻發(fā)射）；數(shù)據(jù)在空中停留時(shí)間短，抗干擾性高， Shock Burst TM 技術(shù)同時(shí)也縮小了整個(gè)系統(tǒng)的平均工作電流。在接收數(shù)據(jù)時(shí)，自動(dòng)把字頭和 CRC 校驗(yàn)碼移去。 （ 1） Shock Burst TX 發(fā)送流程 典型的 NRF905 發(fā)送流程分以下幾個(gè)步驟： ① 當(dāng)微控制器有數(shù)據(jù)要發(fā)射時(shí)，通過 SPI 接 口，按時(shí) 序把接收機(jī)的地址和要發(fā)送的數(shù)據(jù)送傳給 NRF905， SPI 接口的速率在通信協(xié)議和器件配置時(shí)確