【正文】 信號(hào)頻繁在地（ 0V）和正電源（ 5V）之間擺動(dòng)，而且周期特別短，常常是納秒或微秒級(jí)。如果不能使數(shù)字信號(hào)與射頻信號(hào)很好地分離。 第 14 頁 共 41 頁 14 （ 4）電源部分對(duì)射頻電路的抗干擾設(shè)計(jì) 射頻電路對(duì)于電源噪聲相當(dāng)敏感，尤其是對(duì)毛刺電壓和其他高頻諧波。 圖 電源星形布線 為了解決電源對(duì)電路的干擾，本文從兩個(gè)方面考慮的：一是采用電源星形布線法，如圖 所示。二是在靠近電源輸入端加入去耦和旁路電容，如圖 所示。在 MCU和其它芯片的電源供電端也分別加入去耦和旁路電容，以減少電源噪聲帶來的影響。一個(gè)鍵盤，通常包括有數(shù)字鍵 (0 一 9)，字母鍵 (A一 Z)以及一些功能鍵。用于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的鍵盤按其 第 15 頁 共 41 頁 15 結(jié)構(gòu)形式可分為兩類 :一類是編碼鍵盤，即鍵盤上閉合鍵 的識(shí)別由專用的硬件來實(shí)現(xiàn) 。為了節(jié)省 FO 線，單片機(jī)系統(tǒng)中普遍使用非編碼鍵盤，鍵盤接口應(yīng)具備以下功能 :鍵掃描功能即檢測是否有鍵按下 。消除按鍵抖動(dòng)及多鍵按下。當(dāng)鍵盤上沒有鍵閉合時(shí)，所有的行線和列線斷開，列線都呈高電平。此時(shí)列線的電平由行線的電位所決定。如果這一行上沒有閉合鍵，就使行線為低電平， 檢測該行線上有無閉合鍵，以此類推，直到最后一根列線都檢測完。 CPU 對(duì)鍵盤掃描可以采取程序控制的隨機(jī)方式， CPU 空閑時(shí)掃描鍵盤。也可以采取中斷方式，每當(dāng)鍵盤上有鍵閉合時(shí)，向 CPU請(qǐng)求中斷， CPU 響應(yīng)中斷后，對(duì)鍵盤掃描，以識(shí)別一個(gè)鍵處于閉合狀態(tài)，并對(duì)該鍵輸入信息做出相應(yīng)處理。非編碼鍵盤識(shí)別按鍵的方法有兩種 :一是行掃描法，二是線反轉(zhuǎn)法。目前電源的種類繁多，不同的電源都有特定的使用場合。 第 16 頁 共 41 頁 16 線性穩(wěn)壓電源因其內(nèi)部調(diào)整管工作在線性范圍而得名。其最主要缺點(diǎn)是由于輸入電壓與輸出電壓之間的電壓差（一般稱為壓差）大，造成調(diào)整管上的損耗大，轉(zhuǎn)換效率較低。開關(guān)電源主要指 DCDC 變換器，主要包括升壓式（ VoutVin）、降壓式（ VoutVin）和反轉(zhuǎn)式（ |Vout|Vin）三種類型。根據(jù)無線遙控開關(guān)電源的要求，本文設(shè)計(jì)了兩種供電方案。 由于無線遙控開關(guān)的工作電壓是 ，所以至少需要 2 節(jié)堿性電池串聯(lián)才能滿足要求。標(biāo)稱值為 的新電池在剛開始使用時(shí)電壓能都達(dá)到 ～ ，這樣 2 節(jié)電池串聯(lián)能都得到 以上的電壓，通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，此時(shí)無線遙控開關(guān)能夠正常工作，但隨著工作時(shí)間的增長，電池電壓的下降，無線遙控開關(guān)將不能正常工作，而此時(shí)每一節(jié)電池的電量并沒有充分利用。 （ 2） 采用 ，通過 LM1117 將其 穩(wěn)壓到 。這種方案的優(yōu)點(diǎn)是線性穩(wěn)壓芯片的價(jià)格便宜，輸出電壓紋波小 ；缺點(diǎn)是線性穩(wěn)壓芯片的效率很低，其余能量都轉(zhuǎn)化為熱能，間接地給無線遙控開關(guān)增加熱噪聲，甚至?xí)?duì)射頻部分產(chǎn)生干擾。 通過對(duì)以上兩種方案的比較，雖然方案一能夠使無線遙控開關(guān)正常工作，但綜合考慮其性能都不及方案二，所以采用方案二來進(jìn)行無線遙控開關(guān)的電源設(shè)計(jì)，選用 LM1117芯片來降壓。陶瓷電容和鉭電解電容具有較低的 ESR，也可選用低 ESR 的鋁電解電容，但應(yīng)盡量避免標(biāo)準(zhǔn)鋁電解電容。較大容量的濾波電容有利于改善輸出紋波和瞬態(tài)響應(yīng)。續(xù)流二極管要求具有快的反應(yīng)恢復(fù)時(shí)間和低的正向壓降，因?yàn)榉磻?yīng)恢復(fù)時(shí)間的存在會(huì)引起噪聲，增加二極管本身和功率開關(guān)的功耗。 經(jīng)過以上對(duì)電源輸出電壓的濾波處理后，電源輸出端的尖脈沖得到了很好的處理，將電源輸出端連接到芯片引腳供電端時(shí)再加上去耦和旁路電容，會(huì)得到更加平穩(wěn)的電源 。系統(tǒng)調(diào)試包括硬件和軟件兩個(gè)方面，調(diào)試過程是反復(fù)進(jìn)行的，在調(diào)試過程中會(huì)遇到各種問題，根據(jù)這些問題需要對(duì)系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)進(jìn)行修改， 這樣邊調(diào)試邊修改最終達(dá)到預(yù)期的效果。特別注意電源系統(tǒng)的檢查，以防止電源的短路和極性錯(cuò)誤。 （ 3）在硬件沒有問題的前提下就可以進(jìn)行程序的調(diào)試了，調(diào)試時(shí)先部分調(diào)試再整體調(diào)試，直到程序正常運(yùn)行。 C8051F310 芯片 的引腳間距非常小，這給焊接時(shí)帶來極大困難，極易造成虛焊現(xiàn)象，焊接后要對(duì)每個(gè)引腳仔細(xì)檢查。 （ 1）通信距離測試 首先在理論上計(jì)算一下自由空間 傳播時(shí)的無線通信距離，所謂自由空間傳播是指天線周圍為無限大真空時(shí)的電波傳播，它是理想傳播條件。通信距離與發(fā)射功率、接收靈敏度和工作頻率有關(guān)。當(dāng)無線通信模塊的工作頻率為 433MHz，發(fā)射功率為 0dBm（ 1mW），接收靈敏度為 93dBm（數(shù)據(jù)傳輸率為 250kbps）時(shí)，計(jì)算在自由空間的傳播距離。 這是理想狀況下的傳輸距離，在實(shí)際應(yīng)用中，由于無線通信要受到各種外界因素的影響，如大氣、阻擋物、多徑效應(yīng)等，這些不確定因素造成的損耗會(huì)使得通信距離與理論計(jì)算的傳輸距離相差很大。天線的種類比較多，設(shè)計(jì)起來也比較復(fù)雜。四分之一波長天線是最簡單的天線，如果無線通信模塊的工作頻率為 433MHz，通過計(jì)算可以得出無線通信模塊四分之一波長天線的長度大約為 17 厘米左右，這樣的長度很明顯不適合無線 遙控開關(guān) 的使用。彈簧螺旋型天 第 19 頁 共 41 頁 19 線在方向性和有效性上能夠很好的滿足無線 遙控開關(guān) 的要求，不 足之處在于彈簧螺旋型天線的體積較大，需要占用更大的空間，為了減小彈簧螺旋型天線的占用空間，本文選用不帶有塑膠保護(hù)的彈簧螺旋型天線。 通過 無線 遙控開關(guān)控制器 和 無線 遙控開關(guān)接收器 來測試無線通信模塊的通信距離。在無線通信模塊工作頻率為 433MHz，發(fā)射 功率為 0dBm（ 1mW），無線數(shù)據(jù)傳輸速率為 250kbps的條件下，經(jīng)過多次測試，在室外空曠地帶，本文制作的無線模塊通信距離在 30 米左右；在室內(nèi)實(shí)驗(yàn)室，本文制作的無線模塊通信距離在 20 米左右。在軟件上對(duì) CC1101 進(jìn)行重新配置，增加發(fā)射功率和降低無線數(shù)據(jù)傳輸速率可以得到更遠(yuǎn)的通信距離。從表中可以看出， 理想狀態(tài)下 工作頻率對(duì)接收模式影響不大，對(duì)發(fā)送模式影響較大，工作頻率越低功耗越低，所以選擇較低的工作頻率能夠降低無線 遙控開關(guān) 的功耗。 CC1101 支持 4 種工作頻率，即 31 43 868 和 915MHz， 它們都屬于 ISM 頻段，不需要申請(qǐng)。 表 41 無線通信模塊 理論 耗電量 工作頻率（ MHz） 發(fā)射功率（ dBm） Tx 理論值 （ mA） Rx 理論值（ mA） 315 +10 0 433 +10 0 868 +10 0 915 +10 0 第 20 頁 共 41 頁 20 無線通信模塊的程 序設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 無線數(shù)據(jù)通信最重要的是如何保證系統(tǒng)通信的可靠性 ,減少通信沖突和降低誤碼率等問題，這也正是本文開發(fā)無線反饋系統(tǒng)的關(guān)鍵。 CC1101 通過 4 線 SPI 兼容接口（ SI,SO,SCLK 和 CSn）配置， 無線遙控開關(guān) CC1101 的接口方式如圖 所示，這個(gè)接口同時(shí)用作寫和讀緩存數(shù)據(jù)。 SI 和 SO 為數(shù)字傳輸管腳， SI 用于數(shù)據(jù)輸入， SO 用于數(shù)據(jù)輸出， SCLK 為同步時(shí)鐘，在時(shí)鐘的上升沿?cái)?shù)據(jù)被寫入或讀出。 圖 CC1101 讀寫操作時(shí)序圖 在讀或是寫寄存器時(shí)，首先要在 SI 管腳寫入寄存器地址字節(jié)。當(dāng)執(zhí)行寫寄存器操作時(shí)，讀寫位為 0；當(dāng)執(zhí)行讀操作時(shí)，讀寫位為 1。 CC1101 的 TX FIFO（發(fā)射先進(jìn)先出堆棧）和 RX FIFO（接收先進(jìn)先出堆棧）也可以用同樣的讀寫方式進(jìn)行訪問，只是使用與配置寄存器不同的地址段加以區(qū)別。由于 CC1101 的寄存器比較多，為了提高程序的執(zhí)行效率，編寫了相應(yīng)的函數(shù)來進(jìn)行寄存器配置，函數(shù)名和功能如表 42 所示。 （ 1）工作頻率的設(shè)置 根據(jù) CC1101 數(shù)據(jù)手冊(cè)可知， FREQ FREQ1 和 FREQ0 三個(gè)寄存器負(fù)責(zé)工作頻率控制。 )(]00:23[216 　　　　FREQff x os ec ar r i e r ?? 將所選工作頻率和晶振頻率這兩個(gè)值代人（ ）式中得 FREQ[23:0]=1091426=0x10A762,即 FREQ2=0x10,FREQ1=OxA7,FREQ0=0x62。無線數(shù)據(jù)傳輸速率越高，傳輸時(shí)間越短，本文選擇無線數(shù)據(jù)傳輸速率為 250kbps，根據(jù) ()式，可計(jì)算出 MDMCFG4 寄存器中 的 DRATE_E[3:0]位和寄存器 MDMCFG3 的值。 （ 3）數(shù)據(jù)包格式的設(shè)置 CC1101 支持多種數(shù)據(jù)包格式用戶可以根據(jù)需要進(jìn)行選擇 。 無線遙控開關(guān) 的地址通過 DEVICE_ADDR[7:0]寄存器來設(shè)置，最大地址為 255。SPI 接口由 SDI（串行數(shù)據(jù)輸入）， SDO（串行數(shù)據(jù)輸出）， SCK（串行移位 時(shí)鐘）， CS（從使能信號(hào)）四種信號(hào)構(gòu)成， CS 決定了唯一的與主設(shè)備通信的從設(shè)備，如沒有 CS 信號(hào)，則只能存在一個(gè)從設(shè)備，主設(shè)備通過產(chǎn)生移位時(shí)鐘來發(fā)起通訊。在 SPI 傳輸中，數(shù)據(jù)是同步進(jìn)行發(fā)送和接收的。 SPI 模塊為了和外設(shè)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，根據(jù)外設(shè)工作要求，其輸出串行同步時(shí)鐘極性和相位可以進(jìn)行配 置，時(shí)鐘極性（ CPOL）對(duì)傳輸協(xié)議沒有重大的影響。時(shí)鐘相位（ CPHA）能夠配置用于選擇兩種不同的傳 輸協(xié)議之一進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。 SPI主模塊和與之通信的外設(shè)音時(shí)鐘相位和極性應(yīng)該一致。用于 CPU 與各種外圍器件進(jìn)行全雙工、同步串行通訊?？梢援?dāng)作主機(jī)或從機(jī)工作 。發(fā)送結(jié)束 中斷標(biāo)志 ?？偩€競爭保護(hù)等。這個(gè)接口同時(shí)用作寫和讀緩存數(shù)據(jù)。在地址和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換期間， CSn 腳（芯片選擇，低電平有效）必須保持為低電平。當(dāng) CSn變低，在開始轉(zhuǎn)換頭字節(jié)之前， MCU 必須等待，直到 SO 腳變低。除非芯片處在 SLEEP 或 XOFF 狀態(tài)， SO腳在 CSn 變低之后總會(huì)立即變低。 表 43 SPI 接口定時(shí)要求 參數(shù) 描述 最小值 最大值 FSCLK SCLK 頻率 100 納秒延遲之間插入地址字節(jié)和數(shù)據(jù)字節(jié)（單一存?。? 或地址和數(shù)據(jù)之間，數(shù)據(jù)字節(jié)之間（突發(fā)存取）。 （ 1） CC1101 配置寄存器位于 SPI 地址從 0x00 到 0x2F之間。當(dāng)對(duì)寄存器寫時(shí)，每當(dāng)一個(gè)待寫入的數(shù)據(jù)字節(jié)傳輸?shù)?SI 腳時(shí)，狀態(tài)字節(jié)將被送至 SO 腳。這個(gè)地址在內(nèi)部計(jì)數(shù)器內(nèi)設(shè)置起始地址。突發(fā)訪問，不管是讀訪 問還是寫訪問，必須通過設(shè)置 CSn 為高來終止。狀態(tài)寄存器只讀。命令濾波可被視為 CC1101 的單字節(jié)指令。這些命令用來關(guān)閉晶體振蕩器，開啟傳輸模式和電磁波激活等。命令濾波寄存器的訪問和一個(gè)寄存器的寫操作一樣，但沒有數(shù)據(jù)被傳輸。一個(gè)命令濾波可能在任何其他 SPI 訪問之后，而不需要將 CSn 拉至高電平。 （ 3） 64字節(jié) TX FIFO和 64字節(jié) RX FIFO通過 0x3F被訪問。 TX FIFO 是只寫的，而 RX FIFO 是只讀的。單字節(jié)訪問方式期望地址的突發(fā)位為 0及 1 數(shù)據(jù)字節(jié)。突發(fā)訪問方式允許一 地址字節(jié)，然后是連續(xù)的數(shù)據(jù)字節(jié)，直到通過設(shè)置 CSn 為高來關(guān)斷訪問。 對(duì)于 機(jī)電一體化的設(shè)計(jì)人員，往往需要同時(shí)考慮單片機(jī)的軟硬件資源分配。象虛定義各輸 入 /輸出（ I/O）的功能、數(shù)據(jù)的傳輸交換形式、與外部設(shè)備接口及它們的地址分配、程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的使用區(qū)域、主程序子程序使用的空間、顯示（如有的話）等數(shù)據(jù)暫存區(qū)的選擇、堆棧區(qū)的開辟等等因素。這種情況下一般要求采用實(shí)在時(shí)地任務(wù)操作系統(tǒng)，并要求這個(gè)系統(tǒng)具備優(yōu)良的實(shí)時(shí)控制能力。理論和實(shí)踐都證明，這種方法是行之有效的。 程序編寫時(shí)，首先需對(duì)用到的參數(shù)進(jìn)行定義，和標(biāo)號(hào)的定義一樣，使用的字符必須易于理解，可以使用英文單詞和漢語拼音的縮寫形式，這對(duì)今后自己的辨讀和排錯(cuò)都是有好處的。 CC1101 無線收發(fā)程序設(shè)計(jì) 通過對(duì) CC1101 進(jìn)行正確的參數(shù)配置，就能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的無線傳輸。 當(dāng) CC1101 狀態(tài)不正常時(shí)可以通過程序控制來復(fù)位芯片，復(fù)位的時(shí)序如圖 所示。 第 26 頁 共 41 頁 26 開 始C C 1 1 0 1 初 始 化是 否 有 數(shù)據(jù) 接 收 ？C C 1 1 0 1 設(shè) 置為 接 收 模 式是 否 是 配對(duì) 地 址 ？是 否 是 本機(jī) 地 址 ？是 否 是 復(fù)位 命 令 ？將 數(shù) 據(jù) 打 包C C 1 1 0 1 設(shè) 置為 發(fā) 送 模 式發(fā) 送 數(shù) 據(jù) 包M C U 復(fù) 位Y NYYYNN N返 回 待 機(jī) 狀 態(tài) 圖 無線數(shù)據(jù)收發(fā)流程圖 無線通信模塊的發(fā)射 部分程序 如下 // CC1101 發(fā)送一組數(shù)據(jù) //***************************************************************************** void halRfSendPacket(unsigned char *txBuffer,unsigned char size) { halSpiWriteReg(CCxxx0_TXFIFO, size)。 //寫入要發(fā)送的數(shù)據(jù) halSpiStrobe(CCxxx0_STX)