【正文】 R11n R F 4 0 1U1N R F 40 1Y24 .0 0 0MC 1 15 .6 P FC54 .7 u F 32 1 6C92 20 P FC38 20 P FC41 5n FC71 nFC61 00 n FC82 20 P FC 1 03 .3 P FC22 2P FC12 2P FL12 2n HGND GNDR11MR24 .7 KR32 2KR41 8KGNDGNDGND GNDGND GND GNDGNDGNDV C CT X E NP O W _ U PCSD I NDOUT1234567J1C O N 7P O W _ U PD I ND I ND O U TD O U TCST X E NV C CGND電壓模塊數(shù)據(jù)采集模塊射頻收發(fā)電路接收終端圖 系統(tǒng)原理圖 浙江科技學院畢業(yè)設計（論文） 13 圖 系統(tǒng)交流采樣原理圖 交流前向數(shù)據(jù)采集通道由傳感器、雙四選一多路開關 405采樣保持器 LF39模數(shù)轉換器、光隔及由電壓比較器 LM33鎖相環(huán) 404分頻器 4020 構成的頻率跟蹤電路和用于控制采樣保持器的單穩(wěn)觸發(fā)器 4528 組成。 系 統(tǒng)的采樣時間間隔為 。計算有效值后和上限、下限值進行比較，若有超標則進行聲光報警。 A/D轉換 在此模塊選用了 ADC0809 八通道模數(shù)轉換芯片。它是逐次逼近式 A/D 轉換器，可以和單片機直接接口。多路開關可選通 8個模擬通道，允許 8路模擬量分時輸入，共用 A/D轉換器進行轉換。 （ 2） 引腳結構 ? 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 ST 上跳沿時，所有內(nèi)部寄存器清零；下跳沿時，開始進行 A/D轉換；在轉換期間， ST應保持低電平。當 EOC為高電平時，表明轉換結束；否則，表明正在進行 A/D轉換。 OE＝ 1，輸出轉換得到的數(shù)據(jù)； OE＝ 0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻狀態(tài)。 CLK? IN0－ IN7： 8條模擬量輸入通道 ? ADC0809對輸入模擬量要求：信號單極性，電壓范圍是 0~5V，若信號太小，必須進行放大；輸入的模擬量在轉換過程中應該保持不變，如若模擬量變化太快，則需在輸入前增加采樣保持電路。因 ADC0809的內(nèi)部沒有時鐘電路，所需時鐘信號必須由外界提供，通常使用頻率為 500KHZ， VREF（＋）， VREF（－）為參考電壓輸入。 2．初始化時，使 ST 和 OE信號全為低電平。 4. 在 ST端給出一個至少有 100ns寬的正脈沖信號， 所有內(nèi)部寄存器清零（ ST上跳沿時）。 6．是否轉換完畢，我們根據(jù) EOC信號來判斷。 顯示部分 數(shù)據(jù)顯示部分我用的是 74LS47 驅動 4 個共陽極數(shù)碼管顯示，對與數(shù)碼管的位選，則是由 P2的高四為（ 、 、 、 ）通過 NPN 四極管來選擇，詳細線路連接圖如下： 圖 顯示原理圖 7447 TTL BCD— 7 段高 有效譯碼 /驅動 芯片的結構原理如下： 浙江科技學院畢業(yè)設計（論文） 16 圖 7474 結構 原理圖 AT89S51 單片機 單片機 (Microcontroller,又稱微控制器 )是在一塊硅片上集成了各種部件的微型計算機，這些部件包括中央處理器 CPU、數(shù)據(jù)存儲器 RAM、程序存儲器 ROM、定時器／計數(shù)器和多種 I／ O接口電路。 1． 運算 器 運算器是 8位的算術／邏輯運算部件 ALU為核心，并通過內(nèi)部總線掛在其周同的暫存器 TMP1， TMP累加器 ACC、寄存器Ｂ、程序狀念寄存器 PSW 以及布爾處理機就構成了整個算術／邏輯運算電路，其運算功能有算術運算、邏輯運算、移位和位邏輯運算等． 2．控制器 控制器是 cpu的大腦中樞， MCS— 5l系列單片機的控制器由定時控制邏輯、指令寄存器 IR、指令譯碼器 ID、 16位數(shù)據(jù)存儲器地址指針 DPTR和程序計數(shù)器地址指針 Pc、 8垃堆棧指針 SP、 RAM地址寄存器、 16位地址緩沖器等組成。由于考慮到單片機“面向控制”的實際應用的特點，一般需要較大的程序存儲器，因此，目前的單片機以采用程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器截然分開的結構為多。為方便不同用戶的需要，目前單片 機的程序存儲器有以下三種結構形式： (1) 片內(nèi)只讀存儲器 1 片內(nèi)掩膜 ROM 2 片內(nèi)可編程的 ROM (2)片內(nèi)只讀存儲器 在單片機中，用隨機存取存儲器（ RAM）來存儲程序在運行期間的工作變量和數(shù)據(jù)，所以稱為數(shù)據(jù)存儲器。 定時器／計數(shù)器的核心是一個加一計數(shù)器，其基本功能是加 1功能。 6． 定時電路和元件 單片機的工作方式 89S5l單片機共有復位、程序執(zhí)行、低功耗以及編程和校驗四種工作方式。除了進入系統(tǒng)的正常初始化之外，當由于程序運行出 錯或操作錯誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時，為擺脫因境，也需按復位鍵以重新啟動。復位操作還對單片機的個別引腳信號有影響。 2．復位信號及其產(chǎn)生 (1)復位信號 RST引腳是復位信號的輸入端。若使用頻率為 6MHz的晶振，則復位信號持續(xù)時間應超過 4Ｕ s才能完成復位操作。 浙江科技學院畢業(yè)設計（論文） 18 圖 復位信號 整個復位電路包括芯片內(nèi)、外兩部分。 （ 2）復位方式 復位操作由上電自動復位、按鍵電平復位和外部脈沖復位三種方式。只要電源的 Vcc 的上升時間不超過 1ms，就可以實現(xiàn)自動上電復位，即接通電源就完成了系統(tǒng)的復位初始化。而按鍵上述電路圖中的電阻、電容參數(shù)適宜于 6MHz晶振，能保證復位信號高電平持續(xù)時間大于 2個機器周期。此復位脈沖應保持寬度大于 2個機器周期。圖如 浙江科技學院畢業(yè)設計（論文） 19 圖 外部脈沖復位 并行 I／ O 接口 80S51共有四個 8位的并行雙向口，計有 32根輸入Ｉ／輸出Ｏ口線。由于它們在結構上的一些差異，故各口的性質(zhì)和功能也就有了差異。 圖 P1口的位結構 2． PI口的工作過程分析如下： ① P1． i位作輸出口用時： CPU輸出 0時， D＝ 0， Q＝ 0、 Q＝ 1，晶體管 Q0導通， A點被下拉為低電平，即輸出 0； CPU輸出 1時， D＝ 1， Q＝ 1， Q＝ 0，晶體管 Q0 截止， A點被上拉為高電 平，即輸出 1。若外設輸人為 1時， A點為高電平，出 BUFl瀆人總線后， B點也為高電平；若外設輸人為0時， A點為低電平，由 BUFl讀人總線后， B點也為低電平。 具有這種特性的口不屬于“真正”的雙向口，而被稱為“準”雙向口。更為嚴重的是， A點為低電平，而外設為高電平時，外設的高電平通過 Q0強迫下拉為低電平，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口的位結構圖 37中可以看出，它與 P1的口位結構之間 的區(qū)別在于； 1） P3口中增加了一個與非門。 2）輸出鎖存器不是從 Q而是從 Q埔引 出。I／ O 口的通用輸入信號取自第二個緩沖器的輸出端。其工作狀況與 P1口相類似。 2）當輸出鎖存器的輸出置 1時，替代輸出功能可以順利通到引腳 P3． i。若替 代輸出為 1 時 ,與非門的輸出為 1， Q0 截止，從而使 A點也為高電平。 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，輸出鎖存器的輸出置 1是必需的。這一點特別應該引起注意。 (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的請求。 —— T1，定時器／計數(shù)器 lAL部計數(shù)脈沖輸入。 —— WR，外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通，輸出，低電平有 效。 (3)P3口能驅動 4個 TTL負載。 所謂全雙工的異步串行通信接口，是說該接口可以同時進行接收和發(fā)送數(shù)據(jù)，因為，口內(nèi)的接收緩沖器和發(fā)送緩沖器在物理上是隔離的，即是完全獨立的。接收緩沖器還具有雙緩沖的功能，即它在接收第一個數(shù)據(jù)字節(jié)后，能接收第 二個數(shù)據(jù)字節(jié)。 １ .UART串行口的結構 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“定時器／計數(shù)器”中介紹過了。相應的控制波特率發(fā)生器的特殊功能寄存器有 TMOD、 TCON、 T2CON、 PCON、 TL TH TL TH2等。 2)串行口控制邏輯：接受來自波特率發(fā)生器的時鐘信號 —— TXCLOCK(發(fā)送時鐘 )和 RXCLOCK(接收時鐘 )。 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 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，但是它們共用一個地址一 — 99H。 由于本系統(tǒng)采用的是方式 0，故對方式 0進行說明： 工作過程： ①發(fā)送：當執(zhí)行任何一條寫 SBUF的指令時，就啟動串行數(shù)據(jù)的發(fā)送。在這期間，內(nèi)部定時保證寫入 SBUF浙江科技學院畢業(yè)設計（論文） 22 與激活發(fā)送之間有一個完整的機器周期。在發(fā)送有效的期間，每個機器周期，發(fā)送移位寄存器右移一位，在其左邊補“ o”。 ②接收：當 REN＝ 1且接收中斷標志 RI位清除時，即啟動一次接收過程。在移位脈沖控制下，接收移位寄存器的內(nèi)容每一個機器周期左移一位，同時由RxD()引腳接收一位輸入信號。 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()—— 定時器 /計數(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 芯片簡介 nRF401 是挪威 Nordic VLSI 公司最新推出的單芯片 RF 收發(fā)機，采用藍牙核心技術，專為在433MHz ISM (工業(yè)、科研和醫(yī)療 ) 頻段工作而設計。 以往設計無線傳輸產(chǎn)品往往需要相當高的無線電專業(yè)知識和昂貴的專業(yè)設備，傳統(tǒng)的電路方案不是電路繁瑣就是調(diào)試困難，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)品設計的困難，它采用抗干擾能力強的 FSK 調(diào)制方式，工作頻率穩(wěn)定可靠，外圍元件少 ，便于設計生產(chǎn)，功耗極低，適合于便攜及手持產(chǎn)品的設計，由于用了低發(fā)射功率，高接受靈敏度設計，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、小型無線網(wǎng)絡、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)、無線標簽、身份識別、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)、生物信號采集、水文氣象監(jiān)控、機器人控制、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? nRF401 接收機使用具有較強抗干擾能力的 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， 工作頻率穩(wěn)定可靠。 其內(nèi)部結構如圖 所示。這些芯片一般需要進行曼徹斯特編碼后才能傳輸，在編程上會需要較高的技巧和經(jīng)驗，需要更多的內(nèi)存和程序容量，并且曼徹斯特編碼大大降低數(shù)據(jù)傳輸?shù)男?，一般僅能達到標稱速率（實際速率）的1/3,因此大大增加了軟件的工作量和產(chǎn)品開發(fā)的難度。 nRF401 采用小型20 引腳 SSOP 封裝，管腳數(shù)和體積最小， 采用非常緊湊的電路板布局，有利于減少 PCB面積，降低成本，適合便攜式產(chǎn)品的設計，也有利于開發(fā)和生產(chǎn)。接收電流低，僅為 11mA，而且在輪流檢測（ Polling）模式時可以通過周期性暫停的方法使其更低，以延長電池壽命。表 2 為其部分管