【正文】 低速測(cè)控場(chǎng)合，測(cè)控對(duì)象越多越顯出其優(yōu)越性；②性價(jià)比高，硬件施工、維修方便，抗干擾性能好；③具有 CRC 校驗(yàn)功能，可靠性高；④軟件設(shè)計(jì)規(guī)范，系統(tǒng)簡(jiǎn)明直觀，易于掌握。 無(wú)線收發(fā)芯片的選擇無(wú)線收發(fā)芯片的種類和數(shù)量比較多，在設(shè)計(jì)中選擇合適芯片可以提高產(chǎn)品開發(fā)周期、節(jié)約成本。② 收發(fā)芯片所需的外圍元件數(shù)量芯片外圍元器件的數(shù)量直接關(guān)系到系統(tǒng)的復(fù)雜程度和成本，因此應(yīng)該選擇外圍元件少的收發(fā)芯片。⑤ 收發(fā)芯片的封裝和管腳數(shù)較少的管腳以及較小的封裝，有利于減少 PCB 面積降低成本，適合便攜式產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，也有利于開發(fā)和生產(chǎn)。它的工作頻帶在 31868 及 915MHz，但 CC1000 很容易通過(guò)編程使其工作在 300~1000MHz 范圍內(nèi)。其 FSK 數(shù)傳速率可達(dá) ，具有 250Hz 步長(zhǎng)可編程頻率能力，適用于跳頻協(xié)議；主要工作參數(shù)能通過(guò)串行總線接口編程改變，使用非常靈活。采用先進(jìn)的 CMOS工藝、6mm6mm 的 36 引腳 QFN 封裝；以 nRF2401 芯片結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，將射頻、8051MCU、9 輸入 12 位 ADC、125 頻道、UART、SPI、PWM、RTC、WDT 全部集成到單芯片中；內(nèi)部有電壓調(diào)節(jié)器（工作電壓 ~）和 VDD 電壓監(jiān)視，通常開關(guān)時(shí)間小于 200μs，數(shù)據(jù)速率 1Mbps，輸出功率 0dBm；不需要外接 SAW 濾波器，極少的外圍電路，發(fā)射功率、工作頻率等所有工作參數(shù)全部通過(guò)軟件設(shè)置完成，所有高頻元件包括電感、振蕩器等已經(jīng)全部集成在芯片內(nèi)部，一致性良好，性能穩(wěn)定且不受外界影響；工作在全球開放的 頻段、勿需申請(qǐng)通信許可證。該芯片集成了高頻發(fā)射、高頻接收、PLL 合成、FSK 調(diào)制、FSK 解調(diào)、雙頻道切換等功能，具有性能優(yōu)異、功耗低、使用方便等特點(diǎn)。只包括一個(gè) 4MHz 基準(zhǔn)晶振(可與 MCU 共享)、一個(gè) PLL環(huán)路濾波器和一個(gè) VCO 電感，收發(fā)天線合一，沒(méi)有調(diào)試部件，這給研制及生產(chǎn)帶來(lái)了極大的方便。[14]基于nRF903抗干擾能力強(qiáng)、靈敏度高、傳輸速率快、外圍設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，本系統(tǒng)將nRF903 做為無(wú)線收發(fā)芯片的首選。HD7279是一片具有串行接口的可同時(shí)驅(qū)動(dòng)8位共陰式數(shù)碼管智能顯示驅(qū)動(dòng)芯片。HD7279內(nèi)部含有譯碼器，可直接接受BCD碼或16進(jìn)制碼并同時(shí)具有2種譯碼方式。HD7279具有片選信號(hào)可方便地實(shí)現(xiàn)多于8位的顯示或多于64鍵的鍵盤接口。第三章 電路的硬件設(shè)計(jì)根據(jù)上一章所選的系統(tǒng)方案構(gòu)想，下面進(jìn)行系統(tǒng)硬件電路的具體設(shè)計(jì)，系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖如圖 31 所示。溫度采集部分工作原理是由數(shù)字溫度傳感器測(cè)溫并把數(shù)據(jù)傳到單片機(jī)，由單片機(jī)處理通過(guò)無(wú)線收發(fā)電路向接收模塊發(fā)送信號(hào)，接收模塊收到信號(hào)經(jīng)單片機(jī)處理在LED上顯示出來(lái)。VCCGNDSTC89C51DS18B20圖 32 溫度采集網(wǎng)絡(luò)框圖 數(shù)字式溫度傳感器 DS18B20簡(jiǎn)介單總線是美國(guó) DALLAS 半導(dǎo)體公司近年推出的新技術(shù)，它只定義了一根信號(hào)線，總線上的每個(gè)器件都能夠在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間驅(qū)動(dòng)它，相當(dāng)于把單片機(jī)的地址nRF401線、數(shù)據(jù)線、控制線合為一根信號(hào)線對(duì)外進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。從而能使這些器件掛在一根信號(hào)線上進(jìn)行串行分時(shí)數(shù)據(jù)交換，大大簡(jiǎn)化了硬件電路。它的主要技術(shù)特性如下：①具有獨(dú)特的單線接口方式，即微處理器與其接口時(shí)僅需占用 1 位I/O 端口；②支持多節(jié)點(diǎn)，使分布式多點(diǎn)測(cè)溫系統(tǒng)的線路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和硬件開銷大為簡(jiǎn)化；③測(cè)溫時(shí)無(wú)需任何外部元件：④可以通過(guò)數(shù)據(jù)線供電，具有超低功耗工作方式：⑤測(cè)溫范圍為55~+125℃，測(cè)溫精度為177。12 位精度轉(zhuǎn)換的最大時(shí)間為 750ms?？s小了系統(tǒng)的體積，提高了系統(tǒng)的可靠性。①64 位光刻 ROM 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器②溫度傳感器③非易失性電可擦寫溫度報(bào)警觸發(fā)器 TH 和 TL④非易失性電可擦寫設(shè)置寄存器如圖33 所示，器件只有 3 根外部引腳，其中 VDD和 GND 為電源引腳，另一根 DQ 線則用作 I/O 總線，因此稱為一線式數(shù)據(jù)總線。每片 DS18B20 含有一個(gè)唯一的 64 位 ROM 編碼。所以多片 DS18B20 能夠連接在同一條數(shù)據(jù)線上而不會(huì)造成混亂。DS18B20 傳感器的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器由 9 個(gè)字節(jié)組成。第三、四字節(jié)是溫度上下限報(bào)警值( TH、TL) 。第六、七、八字節(jié)保留未用。GND存儲(chǔ)器和控制邏輯溫度傳感器高溫度觸發(fā)器TH低溫度觸發(fā)器TL64位ROM和單線接口VDDVDDDQ供電方式檢測(cè)便箋式存儲(chǔ)器CRC發(fā)生器圖33 DS18B20的結(jié)構(gòu)框圖溫度傳感器的轉(zhuǎn)換結(jié)果以 16 位二進(jìn)制補(bǔ)碼的形式存放在便箋式存儲(chǔ)器中，其中第一個(gè)字節(jié)（Byte0）存放測(cè)溫結(jié)果的低位（LS Byts），第二個(gè)字節(jié)（Byte1）存放測(cè)溫結(jié)果的高位（MS Byts），S 為符號(hào)位，其它位為數(shù)據(jù)位，溫度為負(fù)時(shí) S=1；溫度為正時(shí) S=0。DS18B20 的溫度轉(zhuǎn)換位數(shù)可以選擇 9~12 位，℃, ℃，℃，℃。12 位精度的最大轉(zhuǎn)換時(shí)間為 750ms。表34 配置寄存器設(shè)置R1R0分辨率℃最大轉(zhuǎn)換時(shí)間ms有效位數(shù)009位（Bit11~Bit3）0110位（Bit11~Bit2）1011位（Bit11~Bit1）1112位（Bit11~Bit0）溫度報(bào)警觸發(fā)器和設(shè)置寄存器都由非易失性電可擦寫存儲(chǔ)器(EEPROM )組成，設(shè)置值通過(guò)相應(yīng)命令寫入，一旦寫入后不會(huì)因?yàn)榈綦姸鴣G失。DS18B20 內(nèi)部有兩個(gè)不同溫度系數(shù)的振蕩器。計(jì)數(shù)器被預(yù)置為與 55℃對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值，如果計(jì)數(shù)器在高溫系數(shù)振蕩器輸出的門周期結(jié)束前計(jì)數(shù)到零，表示測(cè)量的溫度高于 55℃，被預(yù)置在 55℃的溫度寄存器的值就增加一個(gè)增量，同時(shí)為了補(bǔ)償和修正溫度振蕩器的非線性，計(jì)數(shù)器被斜率累加器所決定的值進(jìn)行預(yù)置，時(shí)鐘再次使計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)直至零，如果開門通時(shí)間仍未結(jié)束，那么重復(fù)此過(guò)程，直到高溫度系數(shù)振蕩器的門周期結(jié)束為止。這個(gè)值以 16 位二進(jìn)制補(bǔ)碼的形式存放在便箋式存儲(chǔ)器中。3. DS18B20 的封裝和供電方式DS18B20 是 DS1820 的升級(jí)產(chǎn)品，一般封裝為 TO92，比 DS1820 的PR35 封裝更小。DS18B20 有兩種供電方式：一種為數(shù)據(jù)線供電方式，此時(shí) VDD 接地，它是通過(guò)內(nèi)部電容在空閑時(shí)從數(shù)據(jù)線獲取能量，來(lái)完成溫度轉(zhuǎn)換，完成溫度轉(zhuǎn)換的時(shí)間較長(zhǎng)。另一種是外部供電方式(VDD 接+5V)，完成溫度測(cè)量的時(shí)間較短。但當(dāng)所測(cè)溫度超過(guò) 100℃時(shí)，DS18B20 的漏電流增大，傳感器從 I/O 線上獲取的電流不足以維持DS18B20 通訊所需的電流，此時(shí)只能選用外部供電方式。低溫度系數(shù)振蕩器 高溫度系數(shù)振蕩器停止+1預(yù)置計(jì)數(shù)器溫度寄存器=0計(jì)數(shù)器=0斜率累加器預(yù)置比較器圖34 DS18B20測(cè)溫原理 無(wú)線收發(fā)電路的設(shè)計(jì) nRF903芯片的介紹nRF903是一個(gè)為433/868/915MHz ISM頻段設(shè)計(jì)的真正單片UHF多段無(wú)線收發(fā)芯片，它采用優(yōu)化的GMSK調(diào)制解調(diào)技術(shù)，發(fā)射功率可以調(diào)整，最大發(fā)射功率是+10dBm，天線接口設(shè)計(jì)為差分天線，以便于使用低成本的PCB天線，所有的參數(shù)包括工作頻率和發(fā)射功率都可以通過(guò)一個(gè)14bit的配置寄存器用SPI串行線進(jìn)行設(shè)置，～，nRF903還具有待機(jī)模式，這樣可以更省電和高效。nRF903的特點(diǎn)如下：(1) 433Mhz 開放ISM 頻段免許可證使用 (2) 最高工作速率150Kb/s，高效FSK調(diào)制，抗干擾能力強(qiáng)，特別適合工業(yè)控制場(chǎng)合 (3) 可軟件設(shè)置頻率，適合跳頻工作的特殊場(chǎng)合 (4) 內(nèi)置硬件CRC 檢錯(cuò)和地址碼控制 (5) 工作，休眠狀態(tài)僅為2uA可滿足低功耗設(shè)備的要求 (6) 收發(fā)模式切換時(shí)間 650us (7) 模塊可軟件設(shè)地址，只有收到本機(jī)地址時(shí)才會(huì)輸出數(shù)據(jù)（提供中斷指示)，可直接接各種單片機(jī)使用，軟件編程非常方便 (8) TX Mode: 在+10dBm情況下，電流為34mA。功率最大為+15dbm，發(fā)送數(shù)據(jù)字長(zhǎng)為64Byte. [16]圖35 nRF903引腳圖(1) VCC腳接電壓范圍為 3V—，不能在這個(gè)區(qū)間之外。當(dāng)然對(duì)5V左右的單片機(jī)普通IO口線需要加12K限流電阻。表35 RF903模塊性能參考數(shù)據(jù)參數(shù)數(shù)值單位最低工作電壓V最大發(fā)射功率15dBm最大數(shù)據(jù)傳輸率150kbps輸出功率為+10dBm時(shí)工作電流34mA接收模式時(shí)工作電流14mA溫度范圍45～+85℃典型靈敏度110dBm表36 接口電路管腳說(shuō)明 管腳名稱管腳功能說(shuō)明1VCC電源2SCS數(shù)字輸入SPI片選4SCKSPI時(shí)鐘SPI時(shí)鐘5CKO始終輸出未啟用6DIO數(shù)據(jù)輸入輸出未啟用7TRS數(shù)字輸入接收發(fā)送模式選擇8IRQ數(shù)字輸出數(shù)據(jù)完成指示9PWR_UP數(shù)字輸入上電10TRE數(shù)字輸入接收發(fā)送使能11ADCIN外部輸入ADC未啟用12RTCO32K時(shí)鐘輸出未啟用13GND地接地14GND地接地 典型應(yīng)用電路說(shuō)明在無(wú)線溫度控制系統(tǒng)中，nRF903主要完成對(duì)溫度數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸。在圖37中可以看出，微控制器的I/；；，實(shí)現(xiàn)半雙工通信；；；；，實(shí)現(xiàn)待機(jī)和上電的控制，達(dá)到節(jié)能目的。因8051單片機(jī)技術(shù)比較成熟，價(jià)格比較低，且本次設(shè)計(jì)對(duì)單片機(jī)的性能要求比較低，所以本人選擇STC89C51單片機(jī)?？梢暂^精確的顯示溫度值HD7279是一片具有串行接口的可同時(shí)驅(qū)動(dòng)8位共陰式數(shù)碼管智能顯示驅(qū)動(dòng)芯片。HD7279內(nèi)部含有譯碼器，可直接接受BCD碼或16進(jìn)制碼并同時(shí)具有2種譯碼方式。HD7279具有片選信號(hào)可方便地實(shí)現(xiàn)多于8位的顯示或多于64鍵的鍵盤接口。應(yīng)用中，無(wú)需用到的鍵盤和數(shù)碼管可以不連接。8只下拉電阻和8只鍵盤連接位選線DIG0－DIG7的電阻，應(yīng)遵從一定的比例關(guān)系，典型值為10倍,下拉電阻的取值范圍是10K—100K，位選電阻的取值圍是1K—10K。上電以后，所有的數(shù)碼管均顯示為空，所有的顯示位的顯示屬性均為“顯示”和“不閃爍”當(dāng)有數(shù)值輸入時(shí)，此時(shí)可以利用軟件控制數(shù)碼管的顯示值。純指令包括復(fù)位指令、測(cè)試指令、左右移位指令和循環(huán)左右移位指令。 HD7279與單片機(jī)的接口電路在本系統(tǒng)中。LM317作為輸出電壓可變的集成三端穩(wěn)壓塊，是一種使用方便、應(yīng)用廣泛的集成穩(wěn)壓塊。電子愛(ài)好者經(jīng)常用317穩(wěn)壓塊制作輸出電壓可變的穩(wěn)壓電源。然而作為穩(wěn)壓電源的輸出電壓計(jì)算公式，R1和R2的阻值是不能隨意設(shè)定的。 ?？梢暂^為方便的調(diào)整電壓。首先介紹了溫度采集電路和無(wú)線收發(fā)電路，然后介紹的是顯示電路，最后介紹了一些輔助電路。該系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)方法與硬件設(shè)計(jì)相對(duì)應(yīng)，同樣采用模塊化的設(shè)計(jì)思想，按整體功能分成多個(gè)不同的程序模塊，分別進(jìn)行設(shè)計(jì)、編程和調(diào)試，最后通過(guò)主程序和中斷處理程序?qū)⒏鞒绦蚰K連接起來(lái)。溫度測(cè)量系統(tǒng)的軟件主要分為：發(fā)射端的溫度采集、數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸程序以及接收端的溫度數(shù)據(jù)的無(wú)線接收和顯示。發(fā)射端部分的系統(tǒng)初始化主要包括STC89C51單片機(jī)中寄存器、存儲(chǔ)單元的設(shè)置、nRF903 子系統(tǒng)初始化和DS18B20子系統(tǒng)的初始化。發(fā)射端主程序開始后先進(jìn)行初始化設(shè)置。沒(méi)有中斷的時(shí)候，發(fā)射端子系統(tǒng)處于等待狀態(tài)，直到有中斷需要響應(yīng)時(shí)，單片機(jī)進(jìn)入相應(yīng)的中斷服務(wù)程序。發(fā)射端主程序流程框圖如圖 41 所示。初始化的過(guò)程包括給相應(yīng)的字符名稱賦值，STC單片機(jī)的初始化，LCD1602液晶的初始化。接收端主程序流程框圖如圖 42 所示。通過(guò)Mode control寄存器的FMS位可設(shè)置，0為時(shí)是Direct mode（直接模式），為1時(shí)是FIFO mode。在接收數(shù)據(jù)時(shí)，自動(dòng)把字頭和CRC校驗(yàn)碼移去。典型的RF903收發(fā)流程分以下幾