【正文】 定； ② 微控制器置高 TRX_CE 和 TX_EN，激發(fā) NRF905 的 Shock Burst TM 發(fā)送模式； ③ NRF905 的 Shock Burst TM 發(fā)送：射頻寄存器自動開啟； 數(shù)據(jù)打包（加字頭和 CRC校驗碼）；發(fā)送數(shù)據(jù)包； 當(dāng)數(shù)據(jù)發(fā)送完成，數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好引腳被置高； ④ AUTO_RETRAN 被置高， NRF905 不斷重發(fā)，直到 TRX_CE 被置低； ⑤ 當(dāng) TRX_CE 被置低， NRF905 發(fā)送過程完成，自動進入空閑模式，注意： Shock Burst TM 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，只有在前一個數(shù)據(jù)包被發(fā)送完畢， NRF905 才能接 收 下一個發(fā)送數(shù)據(jù)包。 當(dāng)正在接收一個數(shù)據(jù)包時， TRX_CE 或 TX_EN 引腳的狀態(tài)發(fā)生改變， NRF905 立即把其工作模式改變，數(shù)據(jù)包則丟失。 NRF905 的節(jié)能模式包括關(guān)機模式和節(jié)能模式。進入關(guān)機模式后， NRF905 保持配置字中的內(nèi)容，但不會接收或發(fā)送任何數(shù)據(jù)。在空閑模式下， NRF905 內(nèi)部的部分晶體振蕩器處于工作狀態(tài)。 SIP 接口的工作方式可通過 SPI 指令進行設(shè)置。 （ 1） SPI 接口寄存器配置 SPI 接口由狀態(tài)寄存器、射頻配置寄存器、發(fā)送地址寄存器發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器和接收數(shù)據(jù)寄存器 5 個寄存器組成。 SPI 接口由 5 個內(nèi)部寄存器組成執(zhí)行寄存器的回讀模式來 確認寄存器的內(nèi)容。用于 SPI 接口的有用命令見下表 所示。 圖 無線收發(fā)電路 報警電路的設(shè)計 由于當(dāng)測量范圍超過設(shè)計范圍時，本系統(tǒng)不能實現(xiàn)測量功 能，所以設(shè)計一個報警功能，當(dāng)超過測距范圍時，系統(tǒng)會 通過蜂鳴器 發(fā)生報警。報警 電路 的連線，如圖 所示 。由于無線收發(fā)模塊需要的電源電壓 是 電源，所以本設(shè)計采用 USB 提供 5V 電源，通過 AMS117 芯片 將 5V 電源 穩(wěn)壓到 供電。 圖 電源電路 21 本章小結(jié) 本章是 超聲波測距系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計部分，主要有 單片機系統(tǒng)及顯示電路、超聲波收發(fā)模塊 、無線收發(fā)模塊、 報警 模塊、 LCD 顯示 模塊的設(shè)計。 22 第 三 章 軟件設(shè)計 如果說硬件設(shè)計是骨骼，那么軟件 設(shè)計可以算作是整個電路系統(tǒng)的血肉。對于單片機的軟件編寫，實際上就如同編寫 PC機的操作系統(tǒng)，都要涉及中斷、定時器，及其他外圍設(shè)備驅(qū)動程序編寫。本系統(tǒng)的軟件設(shè)計包括主單片機系統(tǒng)軟件設(shè)計和從單片機系統(tǒng)軟件設(shè)計。 程序流程圖，就如同程序設(shè)計 的一個向?qū)?，是程序員的設(shè)計思路，他能從整體上指導(dǎo)程序員，如何 去編寫程序，便于及時糾正程序中的不足。 主單片機程序流程圖 主程序流程圖 是 系統(tǒng)工作流程 最明確的介紹，包括初始化、超聲波測距、距離計算和無線發(fā)射等過程。 開 始初 始 化超 聲 波 發(fā) 射 接 收距 離 計 算無 線 傳 輸 圖 主單片機 程序流程框圖 子程序流程圖 23 本設(shè)計采用超聲波測距模塊 US020 實現(xiàn)測距功能，單片機通過 向該模塊的 Trig端口輸入一個大于 10uS 的高電平來觸發(fā)測距模塊工作，當(dāng)測距結(jié)束時 Echo 端會輸出一個高電平，高電平的寬度即為往返時間之和 ，根據(jù)這個時間可測得實際距離。 開 始T r i g 端 輸 入 大 于 1 0 u S 的 高電 平 觸 發(fā) 測 距 模 塊 工 作E c h o 端 輸 出 一 個高 電 平 ？計 算 距 離Y e sN o 圖 超聲波測距流程圖 設(shè)計 中 選用了 Nordic 公司生產(chǎn)的無線射頻模塊 NRF905， NRF905 的發(fā)射步驟為： 當(dāng)微控制器有數(shù)據(jù)要發(fā)射時，通過 SPI 接 口，按時序把接收機的地址和要發(fā)送的數(shù)據(jù)送傳給NRF905， SPI接口的速率在通信協(xié)議 和器件配置時確定；微控制器置高 TRX_CE和 TX_EN，激發(fā) NRF905 的 Shock Burst TM 發(fā)送模式； NRF905 的 Shock Burst TM 發(fā)送：（ 1）射頻寄存器自動開啟；（ 2）數(shù)據(jù)打包（加字頭和 CRC 校驗碼）；（ 3）發(fā)送數(shù)據(jù)包；（ 4）當(dāng)數(shù)據(jù)發(fā)送完成，數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好引腳被置高； AUTO_RETRAN被置高， NRF905不斷重發(fā)，直到 TRX_CE被置低；當(dāng) TRX_CE 被置低， NRF905 發(fā)送過程完成，自動進入空閑模式，注意： Shock Burst TM 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，只有在前一個數(shù)據(jù)包被發(fā)送完畢， NRF905 才能接收 下一個發(fā)送數(shù)據(jù)包。 24 開 始載 入 節(jié) 點 地 址和 有 效 數(shù) 據(jù)T R X _ C E = 1 ?發(fā) 射 器 上電T X 傳 輸 模 式 產(chǎn) 生c r c 效 驗 碼 并 連 續(xù)發(fā) 送 數(shù) 據(jù) 包T R X _ C E = 1A U T O _ R E T RA N = 1D R 置 低N oY e sY e sN o 圖 無線發(fā)射流程圖 從單片機系統(tǒng)軟件設(shè)計 從單片機系統(tǒng)主要實現(xiàn)無線接收、 LCD 顯示和報警功能，根據(jù)這些功能在軟件設(shè)計中設(shè)計了各個功能的子程序。本設(shè)計從單片機的程序 流程圖如圖 所示。無線接收 程序流程圖 如圖 所示 。其中 液晶顯示的流程圖如圖 所示 。報警流程圖如圖 所示。 29 第四章 實物焊接與系統(tǒng)調(diào)試 完成硬件電路設(shè)計與軟件程序設(shè)計后就要進行系統(tǒng)的調(diào)試工作，其中包括了 PCB 制板、實物焊接、硬件 電路 調(diào)試、程序燒錄及調(diào)試。這套軟件通過把原理圖設(shè)計、電路仿真、 PCB 繪制編輯、拓撲邏輯自動布線、信號完整性分析和設(shè)計輸出等技術(shù)的完美融合，為設(shè)計者提供了全新的設(shè)計解決方案，使設(shè)計者可以輕松進行設(shè)計，熟練使用這一軟件必將使電路設(shè)計的質(zhì)量和效率大大提高。 PCB 板制作 通過 Altium Designer 軟件 制作 PCB 板，其中要注意到電路板的制作規(guī)則、元器件的選擇、元器件的布局和元器件的連線。在制板時回出現(xiàn)一些常見的錯誤，例如元器件封裝的錯誤選擇 。一些設(shè)計人員在初期使用 Altium Designer 進行設(shè)計時 ， 只在表象上將元件連起 ， 而出現(xiàn) “ 虛點 ” 。好的設(shè)計習(xí)慣是打開電氣網(wǎng)絡(luò) ， 使連線可以輕松連接到一個不在捕獲網(wǎng)絡(luò)上的實體；打開在線 DRC,監(jiān)控布線過程 ， 違反規(guī)則的設(shè)計被立即顯示出來。打開菜單 Edit\Find Similar Objects， 選擇要鎖定的對象。自動布線的 結(jié)果為手工調(diào)整提供參考。 PCB 板制作完成后便開始購買器件進行實物焊接的工作，準(zhǔn)備電烙鐵、焊錫、支架等工具。焊接過程中也要注意安全，因為烙鐵頭的溫度很高，要特別注意，防止?fàn)C傷自己和他人。 硬件 電路 調(diào)試 當(dāng)實物焊接完成后，先目測焊接情況，看是否有虛焊或者短路現(xiàn)象，然后不插入芯片接通電路，用萬用表測量電路是否正確，其中包括測量電源電壓是否為 5V和 些電路的導(dǎo)通情況。 程序燒錄及調(diào)試 首先使用 Keil 軟件對程序進行設(shè)計與編譯。 Keil 提供了包括 C 編譯器、宏匯編、連接器以 及 庫管理和一個功能強大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案 通過一個集成開發(fā)環(huán)境uVision 將這些部分組合在一起。 然后開始編譯，編譯成功后生成 Hex 文件。在 Intel HEX 文件中每一行包 含一個 HEX 記錄。 Intel HEX 文件通常用于傳輸將被存于 ROM 或者EPROM 中的程序和數(shù)據(jù)。 通過軟件向單片機燒錄程序，然后接通電路進行調(diào)試，調(diào)試過程中出現(xiàn)狀況后，通過查找及驗證修改錯誤，最終達到預(yù)期結(jié)果。 下圖 為系統(tǒng)工作時 測得距離的實物圖。系統(tǒng)的測距功能夠?qū)崿F(xiàn)，能夠完成障礙物的距離測量，并且將所測得的距離在 LCD1602 進行實時顯示，當(dāng)超過測量范圍時，通過控制蜂鳴器發(fā)出報警功能。本系統(tǒng) 還具 有很多優(yōu)點：設(shè)計方案清晰，技術(shù)路線明確，系統(tǒng)操作簡單，維護方便，易于功能拓展和升級，而且本系統(tǒng)的發(fā)展前景可觀。能夠有效地測量障礙 物的距離并顯示出來。比如顯示屏采用 1602，操作簡便，但其不支持中文顯示，對于不認識英文的人員來講，操作略有困難。在今后的學(xué)習(xí)中會繼續(xù)研究本 系統(tǒng)，繼續(xù)完善本系統(tǒng)。導(dǎo)師嚴謹 的治學(xué)態(tài)度、淵博的各科知識、無私的奉獻精神使我深受啟迪，從尊敬的導(dǎo)師身上，我不僅學(xué)到了扎實、寬廣的專業(yè)知識，也學(xué)到了做人的道理。 在此 ， 我要向我的導(dǎo)師 XXX 老師致以最衷心的感謝和深深的敬意！ 在 四 年的大學(xué)學(xué)習(xí)期間，每位老師對我的學(xué)習(xí)、生活和工作都給予了熱情的關(guān)心和幫助，使我的水平得到了很大的提高，取得了長足的進步。 34 參考文獻 [1] 丁元杰．單片微機原理及應(yīng)用 [M]．北京：機械工業(yè)出版社， 2021． [2] 楊恢先，黃輝先．單片機原理及應(yīng)用 [M]．長沙：國防科技大學(xué)出版社， 2021． [3] 戴勝華，蔣大明．單片機原理與應(yīng)用 [M]．北京：清華大學(xué)出版社， 2021． [4] 張毅剛．新編 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