【正文】 ShockBurst技術。通過將與RF協(xié)議有關的高速信號處理放到芯片內(nèi)，nRF905提供給應用的微控制器一個SPI接口，速率由微控制器自己設定的接口速度決定。在ShockBurst RX模式中，地址匹配（AM）和數(shù)據(jù)準備就緒（DR）信號通知MCU一個有效的地址和數(shù)據(jù)包已經(jīng)各自接收完成?？傊?，采用ShockBurstTM模式的優(yōu)勢在于降低了MCU的存儲器需求，即降低MCU成本，同時又縮短了軟件開發(fā)時間。ShockBurstTM工作模式保證，一旦發(fā)送數(shù)據(jù)的過程開始，無論TRX_EN和TX_EN引腳是高或低，發(fā)送過程都會被處理完。2） 接收流程——典型ShockBurst RX模式（1） 當TRX_CE為高、TX_EN為低時，nRF905進入ShockBurstTM接收模式；（2） 650us后，nRF905不斷監(jiān)測空中的信息，等待接收數(shù)據(jù)；（3） 當nRF905發(fā)現(xiàn)和接收頻率相同的載波時，載波檢測引腳CD被置高；（4） 當nRF905接收到有效的地址時，地址匹配引腳AM被置高；（5） 當nRF905接收到有效的數(shù)據(jù)包（CRC校驗正確）時，nRF905去掉前導碼、地址和CRC位，數(shù)據(jù)準備就緒引腳（DR）被置高；（6） MCU把TRX_CE置低，nRF905進入空閑模式；（7） MCU通過SPI口，以一定的速率把數(shù)據(jù)移到MCU內(nèi)；（8） 當所有的數(shù)據(jù)接收完畢，nRF905把數(shù)據(jù)準備好引腳和地址匹配引腳置低；（9） nRF905將準備進入ShockBurst RX、ShockBurst TX或Powerdown模式。當微處理器接到地址匹配引腳的信號之后，其就知道nRF905正在接收數(shù)據(jù)包，其可以決定是讓nRF905繼續(xù)接收該數(shù)據(jù)包還是進入另一個工作模式。SPI接口的工作方式可通過SPI指令進行設置。SPI接口由5個寄存器組成，一條SPI指令用來決定進行什么操作。 數(shù)字無線發(fā)射部分本實驗模塊采用的是雙工通信即用兩個nRF905模塊相互進行信息傳遞。無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕具^程如下所示：AT89S52單片機nRF905發(fā)射部分nRF905接收部分C8051F020單片機顯示輸出圖22 無線數(shù)據(jù)傳輸過程數(shù)字無線發(fā)射硬件電路主要由電源與復位電路、外部數(shù)據(jù)設備接口電路、單片機最小系統(tǒng)和nRF905應用電路等幾部分組成。2）外部數(shù)據(jù)設備接口 外圍MCU通過SPI總線配置nRF905的內(nèi)部寄存器和收發(fā)數(shù)據(jù)。這里nRF905為從機，其SPI的時鐘范圍很寬，可以從1 Hz～10 MFIz，因此MCU在寫控制程序時不必苛求時間的準確度。從而實現(xiàn)基本的數(shù)據(jù)無線傳輸功能。這里我們選用的是AT89S52單片機。石英晶體和陶瓷諧振器都可以用來一起構成自激振蕩器。本設計采用內(nèi)部可編程晶振，通過軟件編程產(chǎn)生500Hz的頻率。一個外部源可以通過將該引腳驅(qū)動為低電平（至少10181。AT89S52單片機是整個數(shù)字發(fā)射電路的核心，配合nRF905發(fā)射模塊，通過模擬SPI口先送入nRF905寄存器的控制字，把nRF905的發(fā)射頻率設定在433MHz，然后把要發(fā)送的數(shù)據(jù)送入nRF905寄存器內(nèi)，把PWR_UP、TRX_CE和TX_EN引腳全置1，讓其工作于發(fā)送模式。圖23所示的是AT89S52單片機的最小系統(tǒng)。在無線傳輸過程中，nRF905收發(fā)模塊電路分別與控制各自的單片機對應的的I/O口相連，數(shù)據(jù)通過AT89S52經(jīng)模擬SPI口送給傳送給nRF905的發(fā)射部分；發(fā)射部分數(shù)據(jù)傳送完畢后，兩個nRF905模塊之間直接進行通信，數(shù)據(jù)從nRF905發(fā)射模塊送到nRF905接收模塊；接收到的數(shù)據(jù)又經(jīng)過SPI口送入C8051F020單片機內(nèi)，通過處理最后經(jīng)液晶屏顯示出來。在許多場合，設計者都需要將語音系統(tǒng)和單片機結合在一起。美國ISD公司生產(chǎn)的ISD系列語音芯片采用的是模擬數(shù)據(jù)在半導體存儲器直接存儲的專利技術(DSAST)，也就是將模擬語音數(shù)據(jù)直接寫入單個存儲單元，而不需經(jīng)過A/D和D/A轉換，這樣能夠較好地真實再現(xiàn)語音的自然效果，將其與單片機系統(tǒng)相連，可以在許多應用中實現(xiàn)自動播音的功能來簡化人工操作，從而形成智能化的語音播放系統(tǒng)。1） ISD2560語音芯片介紹ISD2560是ISD系列單片語音錄放集成電路的一種。該芯片采用多電平直接模擬量存儲專利技術，每個采樣值可直接存儲在片內(nèi)單個EEPROM單元中，因此能夠非常真實、自然地再現(xiàn)語音、音樂、音調(diào)和效果聲，從而避免了一般固體錄音電路因量化和壓縮造成的量化噪聲和“金屬聲”。此外，ISD2560還省去了A/D和D/A轉換器。ISD2560內(nèi)部的EEPROM存儲單元均勻分為600行，有600個地址單元，每個地址單元指向其中一行，每一個地址單元的地址分辨率為100ms?？梢酝ㄟ^操縱地址和控制線完成不同的任務，以實現(xiàn)復雜的信息處理功能，如信息的組合、連接、設定固定的信息段和信息管理等。2） ISD2560語音芯片基本功能有：具有抗斷電、音質(zhì)好、使用方便、無需專用的語音開發(fā)系統(tǒng)，這是ISD系列所具備的基本特點；其次其片內(nèi)EEPR0M容量為480KB，所以錄放時間長，錄放時間可達60s；它有1O個地址輸入端，決定了它的尋址能力可達1024位；其語音最多能分600段，設有OVF溢出端，便于多個器件級聯(lián)；3） 芯片操作模式 表22 給出了ISD2560芯片的操作模式表22 操作模式簡表模式功能典型應用可組合使用的模式M0信息檢索快速進入信息MMM6M1刪除EOM在最后一條信息結束處放EOM MMMM6M2未用保留N/AM3循環(huán) 從0地址連續(xù)放音MMM6M4連續(xù)尋址 錄放連續(xù)的多段信息M0、MM5M5CE電平有效允許暫停 M0、MMM4M6按鍵模式簡化外圍電路M0、MM3由于ISD2560內(nèi)置了若干種操作模式，因而可用最少的外圍器件實現(xiàn)最多的功能。因此操作模式和直接尋址相互排斥。我們在使用操作模式要注意以下兩點：（1）所有操作最初都是從0地址即存儲空間的起始端開始。但是，電路由錄轉放或由放轉錄（M6模式除外），或都執(zhí)行了掉電周期后，地址計數(shù)器將復位為0。這種操作模式將一直有效，直到CE再次由高變低，芯片重新鎖存當前的地址/模式端電平并執(zhí)行相應的操作為止。ISD2560語音芯片的A0A7地址位都接地。供錄音時使用。芯片在本端的下降沿鎖存地址線和端的狀態(tài)。錄放模式端口在的下降沿鎖存，在接收到單片機的高電平時進行放音操作，放音時，由地址端提供起始地址，放音持續(xù)到信息結尾標志（EOM）。在沒有要求單片機工作之前，單片機處于循環(huán)查詢狀態(tài)，一旦端口的按鍵有信號發(fā)出，指針表會跳轉至各自子程序執(zhí)行相應的操作。它是通過輸入脈沖信號來進行控制的，即電機的總轉動角度由輸入脈沖數(shù)決定，而電機的轉速由脈沖信號頻率決定因此,我們通過對步進電機控制實驗模塊的設計, 幫助同學了解步進電機工作原理，通過單片機數(shù)字實驗箱掌握步進電機的轉動控制方式和調(diào)速方法。在轉子鐵心上沒有繞組，當轉子的齒數(shù)為40時，相鄰兩個齒之間夾角就為 9176。 硬件電路圖26 步進電機控制模塊電路系統(tǒng)中采用4路I/O 進行并行控制，單片機的I/O口連接到反相器SN74LS04N的四個端口，通過單片機的內(nèi)部編程來控制電機的轉動，每一時刻，都只有一位輸出有效，依次給步進電機的四個端子，當一個端子為高時，其它三個都為低。 直流電機模塊 設計思路直流電機是實現(xiàn)直流電能和機械能互相轉換的電機。PWM 是單片機上常用的模擬量輸出方法，通過外接的轉換電路，可以將占空比不同的脈沖轉變成不同的電壓，驅(qū)動直流電機轉動從而得到不同的轉速。H橋驅(qū)動電路產(chǎn)生PWM脈沖，對直流電機進行驅(qū)動，從而改變其轉速。本模塊應用了H橋驅(qū)動電路、PWM(脈寬調(diào)制)技術來控制直流電機的轉動。要使電機運轉，必須導通對角線上的一對三極管。例如，在圖2－8中，當Q1管和Q4管導通時，電流就從電源正極經(jīng)Q1從左至右穿過電機，然后再經(jīng) Q4回到電源負極。如果三極管Q1和Q2同時導通，那么電流就會從正極穿過兩個三極管直接回到負極。在實際驅(qū)動電路中通常要用硬件電路方便地控制三極管的開關。4個與門同一個“使能”導通信號相接，這樣，用這一個信號就能控制整個電路的開關。圖27 具有使能控制和方向邏輯的H橋電路對于直流電機，采用PWM控制技術構成的無級調(diào)速系統(tǒng)，起停時對直流系統(tǒng)無沖擊，并且具有啟動功耗小，運行穩(wěn)定的特點。其基本原理是用改變電機電樞(定子)電壓的接通和斷開的時間比(占空比)來控制馬達的速度，在脈寬調(diào)速系統(tǒng)中 當電機通電時，其速度增加：電機斷電時其速度減低。斷電的時間，即可使電機的速度達到并保持一穩(wěn)定值。當需要電機正轉時，排針引腳4為高電平、2為低電平。使得H橋的三極管3導通，4無電流通過。 跟正轉原理相同，控制電機反轉時，只需通過改變程序，將引腳4的高低電平互換即可。由于直流電機的轉向和轉速都是由固有程序通過單片機來進行控制的，我們可以根據(jù)需要先設置好單片機與反相器的連接，通過插針來實現(xiàn)端口的轉換。最后的測試結果將反饋給C8051F020單片機，通過液晶屏顯示出電機轉動的狀態(tài)。獨立式鍵盤實際上就是一組相互獨立的按鍵，這些按鍵可以直接與單片機的I/O接口連接，其方法是每個按鍵獨占一條口線，接口簡單。由于實驗箱規(guī)模較大，為節(jié)省硬件資源，這里我們采用的是矩陣式鍵盤。單片機的端口分輸入和輸出模式，且可以將每一位設置為輸入或輸出，當作為輸入模式時必須設置內(nèi)部上拉電阻。功能實現(xiàn)步驟：P13=0行掃描初值，P1左移檢測列，P1右移檢測行，計數(shù)指針至TABLE取碼。硬件調(diào)試時先檢查電路板的焊接情況，在檢查無誤后可以通電檢查。來對各模塊進行綜合硬件測試分析。整體的實驗系統(tǒng)完成之后，通過單片機編程對各模塊分別進行控制，根據(jù)各功能模塊的原理我們分析了各組成部分的工作流程，以下是我們對各個模塊功能的實現(xiàn)的一些簡單的介紹說明。當nRF905接收到有效數(shù)據(jù)后，DR置高，單片機檢測到DR為高電平后，復位TRX_CE引腳，使nRF905進入空閑模式，通過SPI接口從nRF905中讀出接收數(shù)據(jù)，然后通過USART傳送給PC機或其他外部沒備。 語音模塊本模塊ISD2560的編程思路為：1） 地址的狀態(tài)取決于地址輸入端口最高2位（即A8，A9）的狀態(tài)。2） PD端口在高電平時芯片停止工作，進入節(jié)電狀態(tài)；由高電平變?yōu)榈碗娖?，芯片進入預工作狀態(tài)。本單片機實驗箱模塊采用的是語音芯片的M0和M6兩種模式，MO模式主要用于快進功能，以便檢索需要的信息段。為了便于區(qū)別錄放音操作，我們在/EOM端外加了發(fā)光二極管?？梢酝瑯拥姆椒ㄤ浫〉诙?、第三段…第八段的錄音。再將P/R端設為高電平，PD端設為低電平，并讓/CE端產(chǎn)生一負脈沖啟動放音，這時單片機只需等待ISD2560的信息結束信號，即/EOM的產(chǎn)生。 步進電機模塊步進電機的運轉是由脈沖信號控制的。改變脈沖信號的周期就可以改變步進電機的運轉速度。電機的相序轉換如下：正方向：AABBBCCCDDDAA反方向；ADADCDCBCBABA步進電機電路原理圖中，AA,BB,CC，DD是步進電機的 4 個線圈，DDDD4為續(xù)流二極管，是為步進電機的4個線圈放電用的，當電機斷電時，通電的線圈要放電，用二極管放電作為放電導流。所以在運行程序前，用跳線將STEPA～TEPD ～；同時也應將步進電機的引出線同CN2正確連接(VCC－黑，AA－紅，BB－黃，CC－白，DD－藍)。 ② 將旋轉順序改為反方向，看看步進電機是否會反方向旋轉。 直流電機模塊實驗是通過H橋驅(qū)動電路產(chǎn)生一串PWM脈沖，利用PWM脈沖對直流電機進行驅(qū)動，從而改變其轉速。 ② 改變D/A 的初值，從新編譯下載后，直流電機的轉速是否有所改變。 鍵盤掃描模塊鍵盤掃描程序的設計一般包括兩個方面：按鍵的捕捉識別和按鍵的功能實現(xiàn)。關于按鍵的掃描識別，主要思想是：行掃描線逐條輸出低電平，通過列輸入是否存在低電平得到是否按鍵的信息（即按鍵捕捉）；如果捕捉到有按鍵，則延時幾十毫秒以去除按鍵抖動；再次判斷按鍵信息，如再次捕捉到按鍵，則說明該按鍵沒有放開，等待一直到放開為止。圖33 鍵盤掃描模塊流程圖按一個鍵到鍵的功能被執(zhí)行主要應包括兩項工作：一是鍵的識別，即在鍵盤中找出被按的是哪個鍵，通過接口電路來實現(xiàn)；另一項是鍵功能的實現(xiàn)，通過執(zhí)行中斷服務程序來完成。具體來說，鍵盤接口應完成以下操作功能：a 鍵盤掃描，以判定是否有鍵被按下（稱之為“閉合鍵”）。c 產(chǎn)生閉合鍵的鍵碼。這些內(nèi)容通常是以軟硬件結合的方式來完成的，即在軟件的配合下由接口電路來完成?？偟脑瓌t是，硬件復雜軟件就簡單，硬件簡單軟件就得復雜一些。設計過程先采用萬能實驗板搭接各相應的模塊電路，通過實驗室提供的儀器設備，逐個調(diào)出各模塊電路，記錄電路各參數(shù)指標；然后用Protel DXP軟件畫出各模塊電路的原理圖及PCB板圖；接著把各模塊的PCB板圖合并在一起，并開板加工成印制電路板；對印制板電路按信號的工作流程及各模塊特點逐個焊接和調(diào)試模塊電路；要求調(diào)試和修改從而達到各模塊的相應技術指標的要求；并設計箱體的外觀及尺寸大??；最后完成實訓箱。實驗系統(tǒng)存在問題在現(xiàn)代高端數(shù)字實驗箱的具體設計過程中，我們也遇到了很多問題，如在鍵盤掃描模塊中的內(nèi)部寄存器的設置，延遲問題等，經(jīng)過很多次的修改和實驗。在步進電機模塊為了找到合適大小的電機我們也是非了很大的功夫。部分模塊的選擇與設計還沒有達到最優(yōu)化。本實驗箱的模塊的基本操作在本文中都做了簡要介紹，由于時間的關系，沒有來得及編排實驗指導書，時間充裕的話，還是應該附上指導教材的，實驗箱其它不夠完備的地方還需要后續(xù)的工作者來完成。由于是第一次制板，因此，在這方面花費了很多的精力和時間。致謝語在這次畢業(yè)設計期間，指導教師劉盾老師給予了我耐心的輔導和熱情的幫助。在我