【正文】 種操作，在此設(shè)計(jì)中是以發(fā)光LED的動(dòng)作模擬現(xiàn)場(chǎng)的操作的。直流采樣，顧名思義，采樣對(duì)象為直流信號(hào)。此方法軟件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，對(duì)采樣值只需作一次比例變換即可得到被測(cè)量的數(shù)值。交流采樣是將二次測(cè)得的電壓、電流經(jīng)高精度的CT、PT 變成計(jì)算機(jī)可測(cè)量的交流小信號(hào)，然后再送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。它用軟件代替硬件的功能又使硬件的投資大大減小。若將電壓有效值公式離散化，以一個(gè)周期內(nèi)有限個(gè)采樣電壓數(shù)字量來代替一個(gè)周期內(nèi)連續(xù)變化的電壓函數(shù)值，則式中：.Tm 為相鄰兩次采樣的時(shí)間間隔；um 為第m1 個(gè)時(shí)間間隔的電壓采樣瞬時(shí)值；N 為1 個(gè)周期的采樣點(diǎn)數(shù)。如果是求電力參數(shù)的同理可得：電流 功率 式中：im、um 為同一時(shí)刻的電流、電壓采樣值。由于采集的對(duì)象為電壓、電流等模擬量，所以必須經(jīng)A/D 轉(zhuǎn)換器變成數(shù)字量以后，才能送入89S52 進(jìn)行處理。采樣時(shí)，在1 個(gè)信號(hào)周期內(nèi)對(duì)一相電壓、電流等時(shí)間間隔準(zhǔn)確采樣16 點(diǎn)，采完后對(duì)采到的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字濾波。對(duì)頻率的采樣是將交流電信號(hào)經(jīng)LM339 電壓比較器變成方波后送到89S51 腳（外中斷0），由89S51 計(jì)數(shù)器0（工作在方式1 計(jì)數(shù)初值為0）在方波保持高電平的時(shí)間內(nèi)對(duì)8031（采用12MHz 晶振）的內(nèi)部時(shí)鐘進(jìn)行計(jì)數(shù)。ADC0809是帶有8位A/D轉(zhuǎn)換器、8路多路開關(guān)以及與微處理機(jī)兼容的控制邏輯的CMOS組件。(1) ADC0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)圖如下： 由上圖可知，ADC0809由一個(gè)8路模擬開關(guān)、一個(gè)地址鎖存與譯碼器、一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器和一個(gè)三態(tài)輸出鎖存器組成。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存A/D轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當(dāng)OE端為高電平時(shí)，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。 u 地址輸入和控制線：共4條 ALE為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。A，B和C為地址輸入線，用于選通IN0－IN7上的一路模擬量輸入。當(dāng)ST上跳沿時(shí)，所有內(nèi)部寄存器清零；下跳沿時(shí)，開始進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換；在轉(zhuǎn)換期間，ST應(yīng)保持低電平。當(dāng)EOC為高電平時(shí)，表明轉(zhuǎn)換結(jié)束；否則，表明正在進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。OE＝1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)；OE＝0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻狀態(tài)。 CLK為時(shí)鐘輸入信號(hào)線。其主要工作步驟如下：1．ADC0809內(nèi)部帶有輸出鎖存器，可以與AT89S52單片機(jī)直接相連。3．將地址信號(hào)送入A，B，C三條地址線，選擇將要處理的模擬量通道。5. 當(dāng)ST端下跳沿時(shí)，開始進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換；在轉(zhuǎn)換期間，ST應(yīng)保持低電平。7．當(dāng)EOC變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，這時(shí)給OE變?yōu)楦唠娖?，轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)就輸出給單片機(jī)了。 CPU特性 同一般微型計(jì)算機(jī)的CPU一樣．89S51系列單片機(jī)的CPU也是由運(yùn)算器和控制器兩部分組成，只是89S51系列申片機(jī)的運(yùn)算器內(nèi)還專門設(shè)置了一個(gè)進(jìn)行位數(shù)據(jù)操作的布爾處理機(jī)。 存儲(chǔ)器單片機(jī)的存儲(chǔ)器有兩種基本結(jié)構(gòu)：一種是在通用微型計(jì)算機(jī)中廣泛采用的將程序和數(shù)據(jù)合用一個(gè)存儲(chǔ)器空間的結(jié)構(gòu)，稱為普林斯頓結(jié)構(gòu)，另一種是將程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器截然分開，分別尋址的結(jié)構(gòu)，稱為哈佛結(jié)構(gòu)。（ROM）由于單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)，一般開發(fā)調(diào)試成功后的應(yīng)用程序不再需要改變，常永久性地存儲(chǔ)在程序存儲(chǔ)器中，故單片機(jī)的程序存儲(chǔ)器都采用只讀存儲(chǔ)器。3． 并行I/O口4． 串行I/O口5． 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器定時(shí)器／計(jì)數(shù)器(timer/counter)是單片機(jī)中重要部件，其工作方式靈活、編程簡(jiǎn)單，使用它對(duì)減輕CPU的負(fù)擔(dān)和簡(jiǎn)化外圍電路都有很大好處。在單片機(jī)的TD、T1或T2引腳上施加一個(gè)o到1的跳變，計(jì)數(shù)器增1，即是汁數(shù)功能；在單片機(jī)內(nèi)部對(duì)機(jī)器周期或其分頻進(jìn)行計(jì)數(shù)，從而得到定時(shí)，這就是定時(shí)功能．在單片機(jī)中，定時(shí)功能和計(jì)數(shù)功能的設(shè)定和控制都是通過軟件來進(jìn)行的。在本設(shè)計(jì)中用到了復(fù)位方式，現(xiàn)詳細(xì)介紹如下：復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作，其主要功能是把PC初始化為0000H，使單片機(jī)從0000H單元開始執(zhí)行程序。除PC之外，復(fù)位操作還對(duì)其它一些特殊功能寄存器有影響。例如在復(fù)位期間，ALE和PSEN信號(hào)變?yōu)闊o效狀態(tài)，即ALE＝PSEN＝1。復(fù)位信號(hào)是高電平有效，其有效時(shí)間應(yīng)持續(xù)24個(gè)振蕩脈沖周期(即兩個(gè)機(jī)器局期)以上。 復(fù)位信號(hào)整個(gè)復(fù)位電路包括芯片內(nèi)、外兩部分。（2）復(fù)位方式復(fù)位操作由上電自動(dòng)復(fù)位、按鍵電平復(fù)位和外部脈沖復(fù)位三種方式。只要電源的Vcc的上升時(shí)間不超過1ms，就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上電復(fù)位，即接通電源就完成了系統(tǒng)的復(fù)位初始化。而按鍵上述電路圖中的電阻、電容參數(shù)適宜于6MHz晶振，能保證復(fù)位信號(hào)高電平持續(xù)時(shí)間大于2個(gè)機(jī)器周期。此復(fù)位脈沖應(yīng)保持寬度大于2個(gè)機(jī)器周期。圖如 圖 外部脈沖復(fù)位 并行I／O接口 80S51共有四個(gè)8位的并行雙向口，計(jì)有32根輸入Ｉ／輸出Ｏ口線。由于它們?cè)诮Y(jié)構(gòu)上的一些差異，故各口的性質(zhì)和功能也就有了差異。 P1口的位結(jié)構(gòu)2．PI口的工作過程分析如下： ①P1．i位作輸出口用時(shí)：CPU輸出0時(shí)，D＝0，Q＝0、Q＝1，晶體管Q0導(dǎo)通，A點(diǎn)被下拉為低電平，即輸出0；CPU輸出1時(shí)，D＝1，Q＝1，Q＝0，晶體管Q0截止，A點(diǎn)被上拉為高電平，即輸出1。若外設(shè)輸人為1時(shí)，A點(diǎn)為高電平，出BUFl瀆人總線后，B點(diǎn)也為高電平；若外設(shè)輸人為0時(shí)，A點(diǎn)為低電平，由BUFl讀人總線后，B點(diǎn)也為低電平。具有這種特性的口不屬于“真正”的雙向口，而被稱為“準(zhǔn)”雙向口。更為嚴(yán)重的是，A點(diǎn)為低電平，而外設(shè)為高電平時(shí)，外設(shè)的高電平通過Q0強(qiáng)迫下拉為低電平，將可能有很大的電流流過Q0而將它燒壞。2） P3口是一個(gè)多功能的8位口，可以字節(jié)訪問也可位訪問，其字節(jié)訪問地址為B0H，位訪問地址為B0H—B7H。從P3口的位結(jié)構(gòu)圖37中可以看出，它與P1的口位結(jié)構(gòu)之間的區(qū)別在于；1）P3口中增加了一個(gè)與非門。 2）輸出鎖存器不是從Q而是從Q埔引出。I／O口的通用輸入信號(hào)取自第二個(gè)緩沖器的輸出端。其工作狀況與P1口相類似。 2）當(dāng)輸出鎖存器的輸出置1時(shí)，替代輸出功能可以順利通到引腳P3．i。若替代輸出為1時(shí),與非門的輸出為1，Q0截止，從而使A點(diǎn)也為高電平。 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(shí)，輸出鎖存器的輸出置1是必需的。這一點(diǎn)特別應(yīng)該引起注意。(1)可作I/O口使用，為淮雙向口。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(shí)現(xiàn)“讀一修改一輸出”操作。替代輸入功能：——RXD，串行輸人口。 —INTl，外部中斷1的請(qǐng)求?！猅1，定時(shí)器／計(jì)數(shù)器lAL部計(jì)數(shù)脈沖輸入。——WR，外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通，輸出，低電平有效。(3)P3口能驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL負(fù)載。所謂全雙工的異步串行通信接口，是說該接口可以同時(shí)進(jìn)行接收和發(fā)送數(shù)據(jù)，因?yàn)椋趦?nèi)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(dú)立的。接收緩沖器還具有雙緩沖的功能，即它在接收第一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)后，能接收第二個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)。 UART串行口可分為兩大部分：波特率發(fā)生器和串行口。這些已在“定時(shí)器／計(jì)數(shù)器”中介紹過了。相應(yīng)的控制波特率發(fā)生器的特殊功能寄存器有TMOD、TCON、T2CON、PCON、TLTHTLTH2等。 2)串行口控制邏輯：接受來自波特率發(fā)生器的時(shí)鐘信號(hào)——TXCLOCK(發(fā)送時(shí)鐘)和RXCLOCK(接收時(shí)鐘)。 3)串行口控制寄存器：SCON。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(gè)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)。(3)串行數(shù)據(jù)寄存器SBUF串行數(shù)據(jù)寄存器SBUF包含在物理上是隔離的兩個(gè)8位寄存器：發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器和接收數(shù)據(jù)寄存器，但是它們共用一個(gè)地址一—99H。由于本系統(tǒng)采用的是方式0，故對(duì)方式0進(jìn)行說明：工作過程：①發(fā)送：當(dāng)執(zhí)行任何一條寫SBUF的指令時(shí)，就啟動(dòng)串行數(shù)據(jù)的發(fā)送。在這期間，內(nèi)部定時(shí)保證寫入SBUF與激活發(fā)送之間有一個(gè)完整的機(jī)器周期。在發(fā)送有效的期間，每個(gè)機(jī)器周期，發(fā)送移位寄存器右移一位，在其左邊補(bǔ)“o”。 ②接收：當(dāng)REN＝1且接收中斷標(biāo)志RI位清除時(shí)，即啟動(dòng)一次接收過程。在移位脈沖控制下，接收移位寄存器的內(nèi)容每一個(gè)機(jī)器周期左移一位，同時(shí)由RxD()引腳接收一位輸入信號(hào)。二：中斷源：能產(chǎn)生中斷的外部和內(nèi)部事件。(1)INTO非（）外部中斷0。(2)INT1（）——外部中斷1。(3)TF0()——定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0溢出中斷。(5)RX,TX——串行中斷。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芯片簡(jiǎn)介 nRF401 是挪威Nordic VLSI 公司最新推出的單芯片RF 收發(fā)機(jī)，采用藍(lán)牙核心技術(shù)，專為在433MHz ISM (工業(yè)、科研和醫(yī)療) 頻段工作而設(shè)計(jì)。以往設(shè)計(jì)無線傳輸產(chǎn)品往往需要相當(dāng)高的無線電專業(yè)知識(shí)和昂貴的專業(yè)設(shè)備，傳統(tǒng)的電路方案不是電路繁瑣就是調(diào)試?yán)щy，令人望而卻步，影響了用戶的使用和新產(chǎn)品的開發(fā)， nRF是人們擺脫了無線產(chǎn)品設(shè)計(jì)的困難，它采用抗干擾能力強(qiáng)的FSK調(diào)制方式，工作頻率穩(wěn)定可靠，外圍元件少 ，便于設(shè)計(jì)生產(chǎn)，功耗極低，適合于便攜及手持產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，由于用了低發(fā)射功率，高接受靈敏度設(shè)計(jì)，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(cè)、小型無線網(wǎng)絡(luò)、無線抄表、門禁系統(tǒng)小區(qū)傳呼、工業(yè)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、無線標(biāo)簽、身份識(shí)別、非接觸RF智能卡、小型無線數(shù)據(jù)終端、安全防火系統(tǒng)、無線遙控系統(tǒng)、生物信號(hào)采集、水文氣象監(jiān)控、機(jī)器人控制、無線232數(shù)據(jù)通信、無線485/422數(shù)據(jù)通信、無線數(shù)字語音、數(shù)字圖象傳輸?shù)取RF401 接收機(jī)使用具有較強(qiáng)抗干擾能力的FSK 頻移鍵控(FrequencyShiftKeying)調(diào)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(shù)， 工作頻率穩(wěn)定可靠。 nRF401內(nèi)部框圖與外圍元件 nRF401 無需外接昂貴的變?nèi)荻O管，而其他競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)品大多需要外接變?nèi)荻O管、聲表面波濾波器件等。而nRF401 系列獨(dú)特的技術(shù)可以直接傳送單片機(jī)串口數(shù)據(jù)，應(yīng)用及編程非常簡(jiǎn)單，抗干擾能力強(qiáng)，傳送的效率很高，且使用很方便。3V 直流電源供電。它還提供進(jìn)一步降低電流消耗的待機(jī)模式。 nRF401 應(yīng)用說明 電氣特性測(cè)試條件：VDD = +3V DC, VSS = 0V, TA= 25176。C nRF401 電氣特性圖不同工作下的時(shí)序如下表 nRF401 工作時(shí)序TX與RX的切換 從RX到TX模式時(shí)，數(shù)據(jù)輸入腳（DIN）必須保持高至少1ms才能發(fā)送數(shù)據(jù)。待機(jī)到RX 與待機(jī)到TX的模式切換上電到RX與上電到TX的切換 天線阻抗匹配 nRF401是一款使用FSK調(diào)制的低速率短距離使用ISM頻段的射頻芯片。nRF401的數(shù)字接口部分非常簡(jiǎn)單，而模擬部分則叫我們嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員比較為難，特別是天線部分。 nRF401天線圖 作為天線，阻抗的匹配和調(diào)諧頻率最為重要。 線阻抗則可以通過微帶線的厚度、寬度、長度和電導(dǎo)率來求得。天線本身的阻抗通常不能在我們需要的頻率調(diào)諧，所以，參考電路中的天線使用了兩個(gè)電容來調(diào)整阻抗的虛部，使得能夠在433Mhz時(shí)天線的虛部能夠?yàn)?。上面說過，在天線的調(diào)諧頻率上，天線的虛部為0，此時(shí)天線的阻抗為實(shí)數(shù)，但是，如果要使得天線能夠與芯片的輸出匹配，使得芯片能夠傳輸最大的功率到天線，天線的阻抗與芯片的輸出阻抗相同（虛部應(yīng)該相反，此時(shí)虛部已經(jīng)為0了，因此可以不于考慮）。 ANT1和ANT2是接收時(shí)的LAN的輸入，以及發(fā)送時(shí)功率放大器的輸出。在天線端推薦的負(fù)載阻抗是400歐。功率放大器輸出是兩個(gè)開路輸出三極管，配置成差分配對(duì)方式，功率放大器的VDD必須通過集電極負(fù)載，當(dāng)采用差分環(huán)型天線時(shí)，VDD必須通過環(huán)型天線的中心輸入，如圖12所示。 天線連接圖 PLL環(huán)路濾波同步環(huán)路濾波器是一個(gè)外部、單端的濾波器。這個(gè)電感應(yīng)該在433MHZ的是時(shí)候具有較高的片內(nèi)電感，而且Q 45，最大誤差為+_2%，對(duì)于0603大小的應(yīng)使用22 nH的電感。如下圖： nRF401 與單片機(jī)公用晶振 nRF401 射頻電路設(shè)計(jì)nRF401 在設(shè)計(jì)上充分考慮了用戶編程和使用的方便，例如nRF401 可以直接在單片機(jī)串口發(fā)送接收數(shù)據(jù)，而無需對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行曼徹斯特編碼，其他的單片RF收發(fā)芯片一般都需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行曼徹斯特編碼后才能發(fā)送，采用曼徹斯特編碼不僅增加了編程的復(fù)雜性，而且傳輸效率抵，實(shí)際速率僅為標(biāo)稱的一半，不能滿足時(shí)實(shí)傳輸?shù)男枰? 下圖是nRF401的應(yīng)用電路圖，可直接用于RS232串口異步傳輸。圖中的L1電感需要用高Q高精度的貼片繞線高頻電感，X1需要用高穩(wěn)定晶體，電容元件應(yīng)選用高穩(wěn)定貼片元件。 nRF401無線發(fā)射抗干擾設(shè)計(jì)由于nRF401利用的是ISM433 MHZ頻段，且發(fā)射范圍最大可達(dá)到1000M，而其他的家用設(shè)備也可能用想近的頻率來進(jìn)行無線通信，這樣就會(huì)不可避免的產(chǎn)生干擾。所以在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)要認(rèn)識(shí)到這些問題，進(jìn)行抗干擾的設(shè)計(jì)。由于nRF401本身就有不同的工作頻率，通過調(diào)整電容C的大小就可以滿足小區(qū)域內(nèi)的抗干擾要求。一般來說32位的ID設(shè)計(jì)就可以滿足實(shí)際數(shù)量上的任何要求了。電波在自由空間傳播時(shí)，其能量既不會(huì)被障礙物所吸收，也不會(huì)產(chǎn)生反射或散射。 由上式可見，自由空間中電波傳播損耗（亦稱衰減）只與工作頻率f和傳播距離d有關(guān)，當(dāng)f或d增大一倍時(shí)，［Lfs］將分別增加6dB. 下面的公式說明在自由