【正文】 地推 動了計算機和通信設(shè)備的普及和迅猛發(fā)展， PC 機、掌上電腦、移動電話、無繩電話等進入人們?nèi)粘５纳詈凸ぷ髦?，成為人們生活中不可缺少的一部分。在這些設(shè)備之間傳送文件時往往是通過線纜來進行，有線網(wǎng)絡速度快，數(shù)據(jù)流量大可靠性強，對于基本固定的設(shè)備來說無疑是比較理想的選擇，的確在實際應用中也達到了比較滿意的效果，但同時有線網(wǎng)絡布線麻煩，線路故障難以檢查，設(shè)備重新布局就要重新布線，且不能隨意移動等缺點越發(fā)突出。以上這些優(yōu)點使得無線通信除了彌補有線手段的不足外，還為數(shù)據(jù)通信用戶提供了更加方便更高層次的服務，即移動中不間斷的數(shù)據(jù)通信。是人們普遍看好的下一個通信技術(shù)熱點。在一些特殊應用場合中，單片機與上位機之間通信不再采用有線的數(shù)據(jù)傳輸，例如采用有線的串、并行總線、 I2C 和CAN 總線等，而是需要無線數(shù)據(jù)傳輸。無線通信的范圍非常廣泛，可分為許多種類。 無線通信的主要應用范圍有：公共設(shè)施自動化、無線寬帶網(wǎng)絡、倉庫和物流管理、醫(yī)院監(jiān)護 、安全管理、國防軍事、交通運輸、石油勘探、森林防火、抗洪搶險、國土勘查、直播、海關(guān)緝私、港口作業(yè)、水文監(jiān)控等。 單片機無線數(shù)據(jù)傳輸應用設(shè)計 2 一般的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是通過傳感器將捕捉的現(xiàn)場信號經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換器 ADC 采樣，量化，編碼后、成為數(shù)字信號，存入數(shù)據(jù)存儲器或送給微處理器，或通過無線方式將數(shù)據(jù)發(fā)送給接收端進行處理，無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)就是這樣一套利用無線手段將采集的數(shù)據(jù)由測量觸發(fā)送到主控的設(shè)備。模塊在內(nèi)部集成了高頻發(fā)射、高頻接受、 PLL合成、 FSK 調(diào)制 /解調(diào)、參數(shù)放大、功率放大、頻道切換等功能。無線通信系統(tǒng)主要由兩部分組成 :主板硬件部分和遙控器硬件部分。主板工作的時候，可以接受遙控器的控制信號，也可以顯示當前的狀態(tài)。由 C8051F310 芯片為 CPU，74HC595 芯片驅(qū)動數(shù)碼管顯示， CC1100 為中心的無線節(jié)點模塊接收發(fā)送數(shù)據(jù)。 2 系統(tǒng)設(shè)計 無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)原理 所謂無線，顧名思義就是利用無線電波作為信息的傳導手段，就應用來講，只要是使用空氣作為傳輸媒介的信號傳輸都可稱為無線通信。除此之外，正因為它是無線的，所以無論是在硬件架設(shè)，還是使用的機動性上均比有線通信要有許多優(yōu)勢。復雜的無線通信系統(tǒng)，同我們平時最基本的交談的原理都是一樣的。如圖 21 所示。發(fā)射器的數(shù)據(jù)通過無線發(fā)射出去，接收器天線接收后進行處理，得到經(jīng)過校驗的正確數(shù)據(jù)。發(fā)送端向外界發(fā)送數(shù)據(jù)信息，由于傳輸距離遠，信號會出現(xiàn)衰減，因而需要安裝中繼站來提高信號傳送的質(zhì)量，接收端把信息接收后處理使用。 C8051F310 單片機是完全集成的混合信號系統(tǒng)級芯片，具有與 8051 指令集完全兼容的 CIP51 內(nèi)核，它在單片內(nèi)集成了構(gòu)成一個單片機數(shù)據(jù)采集或控制系統(tǒng)所需要的幾乎所有模擬和數(shù)字外設(shè)及其他功能部件。 CIP51與 MCS51 指令集完全兼容，可以使用標準 803x/805x 的匯編器和編譯器進行軟件開發(fā)。 CIP51 微控制器內(nèi)核除了具有標準 8051 的組織結(jié)構(gòu)和外設(shè)以外，另有增加的定制外設(shè)和功能，從而大大增強了它的處理能力。有兩個獨立的存儲器空間：程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器。 CIP51 有兩種可軟件編程的電源管理方式：等待和停機。 端口 I/O初始化包括以下步驟：用端口輸入方式寄存器（ PnMDIN）選擇所有端口引腳的輸入方式（模擬或數(shù)字）；用端口輸出方式寄存器（ PnMDOUT）選擇所有端口引腳的輸出方式（漏極開路或推挽）；用端口跳過寄 存器（ PnSKIP）選擇應被單片機無線數(shù)據(jù)傳輸應用設(shè)計 4 交叉開關(guān)跳過的那些引腳；將引腳分配給要使用的外設(shè)；啟用交叉開關(guān)。中斷優(yōu)先級的控制方法：硬件判優(yōu) —— 鏈式判優(yōu)、并行判優(yōu)（中斷向量法）；軟件判優(yōu) —— 順序查詢中斷請求，先查詢的先服務（即先查詢的優(yōu)先級別高）。中斷響應時間取決于中斷發(fā)生時 CPU 的狀態(tài)。其中 T0 和 T1 與標準 8051 中的計數(shù)器 /定時器兼容； T2 和 T3是 16位自動重裝裁定時器，可用于 ADC、 SMBus 或作為通用定時器使用；定時器 0 和定時器 1 擁有幾乎完全相同的 4 種工作方式，可以工作在計數(shù)器方式；定時器 2和定時器 3 均可以作為一個 16 位或兩個 8位自動重裝裁定時器。與標準8051 的計數(shù)器 /定時器相比，它需要較少的 CPU 干預。 C8051F310MCU 有一個可編程內(nèi)部振蕩器和一個外部振蕩器驅(qū)動電路 ，內(nèi)部振蕩器可以被允許 /禁止，其輸出頻率可以通過 OSCICN 和 OSCICL 寄存器編程。 在 C8051F310 中的串行接口是 UART0。 UART0 具有增強的波特率發(fā)生器電路，有多個時鐘源可用于產(chǎn)生標準波特率。該ADC 工作在 200ksps 的最大采樣速率時可提供真正的 10位精度， INL 為177。 ADC系統(tǒng)包含一個可編程的模擬多路選擇器，用于選擇 ADC 的正輸入和負輸入。這種靈活性允許用軟件事件、外部硬件信號或周期性的定時器溢出信號觸發(fā)轉(zhuǎn)換。 SPIO 可以作為主、從器件工作，并可在同一總線上支持多個主、從器件。當 SPI0 作為主器件時，該信號是輸出；當 SPI0 作為從器件時，該信號是輸入。當被配置為主器件時， MOSI 由移位寄存器的 MSB 驅(qū)動。當 SPI0 作為主器件時，該信號是輸入；當 SPI0 作為從器件時，該信號是輸出。當 SPI 被禁止或工作在 4 線從方式而未被選中時， MISO 引腳被置于高阻態(tài)。 串行時鐘（ SCK）： 串行時鐘（ SCK）信號是主器件的輸出和從器件的輸入，用于同步主器件和從器件之間在 MOSI 和 MISO 線上的串行數(shù)據(jù)傳輸。 SPIO 的操作方式有主方式和從方式兩種： SPIO 主方式操作 只有 SPI主器件能啟動數(shù)據(jù)傳輸。如果 SPI移位寄存器為空，發(fā)送緩沖器中的數(shù)據(jù)字節(jié)被傳送到移位寄存器，數(shù)據(jù)傳輸開始。 SPIO 從方式操作 當 SPI0 被使能而未被配置為主器件時，它將作為 SPI 從器件工作。 SPI0 邏輯中的位計數(shù)器對 SCK 邊沿計數(shù)。從器件不能啟動數(shù)據(jù)傳送。 C8051F310 芯片結(jié)構(gòu)如圖 22 所示，引腳說明如表 21 所示。內(nèi)部上電復位或 VDD監(jiān)視器的漏極開路輸出。 /C2開發(fā)接口的時鐘信號 數(shù)字 I/O 端口 。該引腳是晶體或陶瓷諧振器的激勵驅(qū)動器。 CC1100 是一種低成本真正單片的 UHF 收發(fā)器，基于 微米 CMOS 晶體的 Chipcon的 SmartRF 04技術(shù)，為低功耗無線應用而設(shè)計。 RF 收發(fā)器集成了一個高度可配置的調(diào)制解調(diào)器。通過開啟集成在調(diào)制解調(diào)器上的前向誤差校正選項，能使性能得到提升。 CC1100 的主要操作參數(shù)和 64 位傳輸 /接收 FIFO（先進先出堆棧）可通過 SPI 接口控制。 CC1100 的主要性能： ? 體積?。?QLP 4 4mm 封裝， 20 腳） ? 真正的單片 UHF RF 收發(fā)器 鹽城工學院本科生畢業(yè)設(shè)計說明 書 （ 2021） 7 ? 頻率波段： 300348 MHz、 400464 MHz 和 800928 MHz ? 高靈敏度（ 下 110dBm， 1％數(shù)據(jù)包誤差率） ? 可編程控制的數(shù)據(jù)傳輸率，可達 500kbps ? 較低的電流消耗（ RX 中 ， ， 433MHz） ? 可編程控制的輸出功率，對所有的支持頻率可達 +10dBm ? 優(yōu)秀的接收器選擇性和模塊化性能 ? 極少的外部元件：芯片內(nèi)頻率合成器，不需要外部濾波器或 RF 轉(zhuǎn)換 ? 可編程控制的基帶調(diào)制解調(diào)器 ? 理想的多路操作特性 ? 可控的數(shù)據(jù)包處理硬件 ? 快速頻率變動合成器帶來的合適的頻率跳躍系統(tǒng) ? 可選的帶交錯的前向誤差校正 ? 單獨的 64字節(jié) RX 和 TX數(shù)據(jù) FIFO ? 高效的 SPI 接口：所有的寄存器能用一個“突發(fā)”轉(zhuǎn)換器控制 ? 數(shù)字 RSSI 輸出 ? 與遵照 EN 300 220(歐洲 )和 FCC CFR47 Part 15 (美國 )標準的系統(tǒng)相配 ? 自動低功率 RX拉電路的電磁波激活功能 ? 許多強大 的數(shù)字特征，使得使用廉價的微控制器就能得到高性能的 RF系統(tǒng) ? 集成模擬溫度傳感器 ? 自由引導的“綠色”數(shù)據(jù)包 ? 對數(shù)據(jù)包導向系統(tǒng)的靈活支持：對同步詞匯偵測的芯片支持，地址檢查，靈活的 數(shù)據(jù)包長度及自動 CRC 處理 ? 可編程信道濾波帶寬 ? OOK 和靈活的 ASK 整型支持 ? 2FSK， GFSK 和 MSK支持 ? 自動頻率補償可用來調(diào)整頻率合成器到接收中間頻率 ? 對數(shù)據(jù)的可選自動白化處理 ? 對現(xiàn)存通信協(xié)議的向后兼容的異步透明接收 /傳輸模式的支持 ? 可編程的載波感應指示器 ? 可編程前導質(zhì)量指示器及在隨 機噪聲下改進的針對同步詞匯偵測的保護 ? 支持傳輸前自動清理信道訪問（ CCA），即載波偵聽系統(tǒng) ? 支持每個數(shù)據(jù)包連接質(zhì)量指示 CC1100 芯片結(jié)構(gòu)如圖 23 所示，引腳說明如表 22。 C51 的編程語言常用的有兩種：一種是匯編語言，一種是 C 語言。而 C 語言在大多數(shù)情況下其機器代碼生成效率和匯編語言相當，但可讀性和可移植性卻遠遠超過匯編語言，而且 C 語言還可以嵌入?yún)R編來解決高時效性代碼的編寫問題。綜合 C 語言以上的優(yōu)點，使用 C 語言是一種非常好的選擇。 KeiluVision2 是眾多單片機應用開發(fā)軟件中優(yōu)秀的軟件之一，它支持眾多不同公司的 MCS— 51 架構(gòu)的芯片，集編輯、編譯、仿真等丁一體。 Keil C51 是美國 Keil Software 公司出品的 8051 系列兼容單片機 C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)。 Keil C51 軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強大的集成開發(fā)調(diào)試工具，為全 Windows 界面。 C51 是一種專門為 8051 單片機設(shè)計的高級 C 語言編譯器，支持符合 ANSI 標準的C 語言程序設(shè)計，同時針對 8051 單片機的自身特點做了一些特殊擴展。 C51 編譯器不支持 16位寬的字符，而 ANSI 標準提供對多字節(jié)國際字符集的支持； C51 默認值不支持函數(shù)遞歸調(diào)用，需要進行遞歸調(diào)用的函數(shù)必須聲明為再入函數(shù)。同時，它也對函數(shù)庫做了一些擴 展，定義了一部分非 ANSI 標準函數(shù)。主板工作的時 候，可以接受單片機無線數(shù)據(jù)傳輸應用設(shè)計 10 遙控器的控制信號，也可以顯示當前的狀態(tài)。電路圖如附錄 3 所示。主機用 CLK 與從機時鐘同步。通過控制 FIFO 和 FIFOP 引腳接口的狀態(tài)可設(shè)置發(fā)射或者接收緩存器，這樣通過 SPI 接口，就將單片機和射頻芯片連接了一起，成為了一個可以自由控制收發(fā)的無線通信系統(tǒng)。而 CC1100模塊與 CPU是采用 SPI口進行通信的，所以只需要把 CC1100的SPI口和另外一條狀態(tài)引腳與 CPU相連即可對 CC1100進行控制。另外，再將 CC1100的 GDO0或 GD02也接在 CPU的任意引腳上。如圖 31所示。定義 INT0，與 CC1100的 GDO口連接。 在主機模塊中， CPU控制無線模塊接受數(shù)據(jù)。如圖 32 所示。 C5, C4, L3 和 L4 形成一個平衡轉(zhuǎn)換器，用以將 CC1100 上的微分 RF 端口轉(zhuǎn)換成單端 RF 信號（ C6 也用在直流模塊上）。晶體振蕩器使用一個帶 2個負載電容（ C8 和 C7）的外部晶體。退耦電容器的放置及大小對于達到最優(yōu)性能是非常重要的。蜂鳴器與普通揚聲器相比，最重要的一個特點是，只要按照極性要求加上合適的直流電壓，就可以發(fā)出固有頻率的聲音，因此使用起來比揚聲器簡單。硬件電路雖然蜂鳴器的控制和 LED 的控制對于單片機是一樣的，但在外圍硬件電路上卻有所不同。電路如圖 33所示。本設(shè)計采用 LED數(shù)碼管。它的結(jié)構(gòu)是由發(fā)光二極管構(gòu)成的 a、 b、 c、 d、 e、 f和 g七段組成，并由此得名，實際上每個 LED還有一個發(fā)光段 dp，一 般用于表示小數(shù)點，所以也有少數(shù)的資料將 LED 稱為八段數(shù)碼管。如圖 34 所示。使用時要根據(jù) LED 正常發(fā)光需要的電流參數(shù)估算限流電阻取值。 LED用于顯示數(shù)字、字母或符號時，必須將要顯示的內(nèi)容轉(zhuǎn)換為 LED 對應七段碼的信息，共陰和共陽結(jié)構(gòu)的 LED 顯示器各筆劃段名和安排位置是相同的。 8個筆劃段 dp g f e d c b a 對應于一個字節(jié) (8 位 )的 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 DO，于是用 8位二進制碼就可以表示要顯示字符的字形代碼。 74HC595 是硅結(jié)構(gòu)的 CMOS 器件， 兼容低電壓 TTL 電路，遵守 JEDEC 標準。寄存器和鎖存器分別有各自的時鐘輸入 (SCLK 和 SLCK) , 都是上升沿有效。 當SLCK 從低到高電平跳變時 , 寄存器的數(shù)據(jù)置入鎖存器。當輸出允許控制 (EN) 為高電平時 , 并行輸出 (Q0～ Q7) 為高阻態(tài) , 而串行輸出 (QS) 不受影響。用它設(shè)計的電路 , 不僅軟硬件設(shè)計簡單 , 而且功耗低 , 驅(qū)動能力強 , 占用的 I/ O 口線較少 , 是一種造價低廉 , 應用靈活的設(shè)計方案。 單片機無線數(shù)據(jù)傳輸應用設(shè)計 14 圖 35 數(shù)碼管顯示電路 遙控器模