【正文】 要的外圍電路 ，主要是晶振和濾波電路，晶振采用 ， 這決定了該芯片的一些參數(shù)設(shè)置 ,包括內(nèi)部時鐘寄存器、頻率寄存器等的設(shè)置。 模塊編程與收發(fā)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換 A7102C 芯片提供了 16 個 16 位控制寄存器來設(shè)置其工作方式，寄存器地址為 8位；每一控制寄存器的 16 位數(shù)據(jù)不是全部有效，有一部分是沒有用到， 且有些寄存器的讀寫操作代表著不同的意思，有些寄存器只能進行寫操作； 整個無線收發(fā)模塊的工作方式選擇 是通過微處理器對其進行參數(shù)設(shè)置。 下面對本文設(shè)計中所使用到一些寄存器做簡單的敘述。 (1) 系統(tǒng)時鐘寄存器 (System Clock)： 設(shè)置 SDR 數(shù)據(jù)速率分頻值 (式 )、 GRC 時鐘參考頻率分頻值 (式 )和 CSC 系統(tǒng)時鐘頻率分頻值 (式 )。寄存器詳細信息如表 所示。 式 () 式 () 式 () 表 系統(tǒng)時鐘寄存器 (2) 鎖相環(huán)寄存器 1(PLL1)： 設(shè)置 RF 參考計數(shù)器 (式 )。 (3) 鎖相環(huán) 寄存器 2(PLL2)： 設(shè)置 RF 頻率 (式 )； 這個頻率值既和發(fā)射的頻率有關(guān)，同樣和接收的頻率有關(guān)， A7102C 的發(fā)送和接收頻率是不一樣的，兩者相差 100K。該 RF 頻率的設(shè)置需要 PLL1 寄存器的 IP 值 一起得出。 寄存器詳細如表 和表 所示。 式 () 式 () 2020 屆電子信息工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 表 鎖相環(huán)寄存器 1 表 鎖相環(huán)寄存器 2 (4) 代碼寄存器 (Code)： 設(shè)置數(shù)據(jù)的加 密和校驗等功能 ； WS[6： 0]為數(shù)據(jù)加密種子； MCS 為 Manchester編碼的選擇位，為高時是編碼使能，為低時編碼無效； CRCS 為 CRC 校驗位，高時是校驗使能，低時是校驗無效； IDL 為模塊 ID 位，為高時是 4 字節(jié) ID，為低時是 2字節(jié) ID。寄存器詳細信息如表 。 表 代碼寄存器 (5) 引腳控制寄存器 (Pin Control)： 設(shè)置模塊的各引腳功能 ； PCS 為發(fā)送和接收的控制方式，為高時 是 引腳 (TRE,TRS)控制，為低時是寄存器(模式寄存器 )控制； IRQI 為發(fā)送和接收 過程中 的有效信號電平，為高 時是低電平有效，為低時是高電平有效 ,該引腳為多功能輸出引腳； IRQ[1:0]為 IRQI 功能選擇位，文中設(shè)置為 00 作為發(fā)送和接受 過程中 的信號。寄存器詳細信息如表 所示。 表 引腳控制寄存器 (6) 模式寄存器 (Code)：設(shè)置模塊的工作方式； FMT 為 FIFO 模式測試位，為高時是 測試模式，為低時是正常模式； FMS 為模式選擇位，為高時是 FIFO 模式，為低時是直接模式； CER 為芯片使能位，為高時芯片使能； TRSR 和 TRER 為寄存器模式下的發(fā)送和接收控制位。 寄存器詳細信息如表 所示。 表 模 式寄存器 實際工作中，對于模塊的設(shè)置還有更多的 參數(shù)，并且部分之間存在聯(lián)系，所以對熊川：基于 A7102C 的短距離無線通信網(wǎng)設(shè)計 16 參數(shù)的設(shè)置不能是模塊的工作方式存在矛盾的情況；另外比較重要的就是通信的兩模塊或者多模塊之間除了頻率之外的參數(shù)是保持一致的，頻率不同的原因，主要是因為該模塊在設(shè)計上有一個中頻的概念，也就是發(fā)送頻率比接收頻率高 100K，所以實際中 RF 頻率的設(shè)置必須注意，不能相等。 本文設(shè)計中發(fā)送的頻率設(shè)置為 ， 接收頻率設(shè)置為 。模塊的工作方式為 16 字節(jié) FIFO4 線 模式 (SCS， SCK， SDIO， IRQ)， 4 字節(jié) ID， 開啟 Manchester編碼，開啟硬件 CRC 校驗， 開啟 FSK 調(diào)制解調(diào)， 寄存器控制收發(fā)。當(dāng) TRER 為高時，TRSR 為低時進入接收狀態(tài)， TRSR 為高時進入發(fā)送狀態(tài) ，當(dāng) TRER 為低時， TRSR不能控制其收發(fā)狀態(tài)。 模塊與 AT89C52接口電路 由于本文設(shè)計中 A7012C 只采用其基本的通信功能，設(shè)計所采用的成品模塊也只具有 其中的通信功能，所以必要的外圍電路也已經(jīng)組合在整個無線模塊上。無線模塊采用 FIFO4 線模式 ,所以微處理器通過控制 SCS、 CKS、 SDIO、 IRQ 四條線，就可以控制其中的工作方式 和收發(fā)狀態(tài)。模塊與 AT89C52 的接口電路如圖 所示。 圖 單片機與 A7102C 模塊接口圖 圖中無線收發(fā)模塊 IRQ 連接單片機的 ， 為單片機的外部中斷 1 輸入引腳 ，由于本文設(shè)計接收過程 采用中斷方式 ， 所以采用此種連接方式。 HB12864M2顯示模塊 HB12864M2 模塊是一種字符型液晶， 它的中心顯示芯片為 YA5158A，是一種中文顯示芯片，提供有位點陣和字節(jié)點陣兩種圖形顯示方式，可在指定的屏幕位置上以點為單位或以字節(jié)為單位 (橫向 )進行圖形顯示操作，完全兼容一般的點陣圖形液晶顯示模塊 的功能。 模塊本身已自帶 智能 程式 ，上電后，即可自動復(fù)位并進行初始化設(shè)置，2020 屆電子信息工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 方便用戶使用。同時在接口提供一復(fù)位引腳，可進行軟件復(fù)位操作或硬件復(fù)位控制。簡單的 23 個用戶接口命令代碼，非常容易記憶。 標(biāo)準(zhǔn)的用戶硬件接口采用 REQ/BUSY握手通訊協(xié)議，簡單可靠。 模塊 主要特色 和功能描述 HB12864M2 中文液晶顯示模塊主要特色如下： (1) 電源電壓范圍： ~ ； (2) 提供 8 位并行或者串行的數(shù)據(jù)操作； (3) 自動電源啟動復(fù)位功能； (4) 內(nèi)建震蕩器由外部電阻調(diào)整； (5) 繪圖及文字 畫面混合顯示功能； (6) 軟件控制背光開啟及閉合； (7) 低功率省電設(shè)計 (微安級 )； (8) 提供多功能指令及各種中西文字庫 ； (9) LED 背光 ； HB12864M2 中文液晶顯示模塊功能如下： (1) GB2312 16*16 點陣國標(biāo)一、二級簡體漢字，共計 8192 個漢字； (2) 8*8， 8*16， 5*7 點陣標(biāo)準(zhǔn) ASCII 字符； (3) 3*5 點陣數(shù)字及大寫字母， 6*12 和 9*16 粗體數(shù)字點陣。 (4) 漢字、 ASCII 碼、點陣圖形和變化曲線的同屏顯示。 通過字節(jié)點陣圖形方式造字； 上 /下 /左 /右整 屏移動顯示屏幕及整屏清除屏幕。 光標(biāo)顯示、反白、復(fù)位，對比度調(diào)節(jié)等功能。 本文設(shè)計中信息中心的顯示包括漢字、 ASCII 碼和數(shù)字，屬于復(fù)合顯示方式 ； 數(shù)據(jù) 操作方式上，采用并行傳輸與單片機連接，采用簡單的 REQ/BUSY 通訊方式 ；另外硬件電路中，也采用硬件復(fù)位方式。 模塊顯示方式的軟件編程 模塊提供了 23 個顯示方式的操作命令， 只需要操作命令之后的參數(shù)，就可以使模塊正確顯示數(shù)據(jù)。由于本文設(shè)計中采用的顯示方式只有 一 種情況，所以下面就簡單介紹這 一 種顯示方式和一些其他必要的操作顯示指令。 熊川：基于 A7102C 的短距離無線通信網(wǎng)設(shè)計 18 (1) 任意點畫線： 0xC5(表 ) 表 任意點畫線指令 第一字節(jié)為命令字節(jié)，所有的顯示模式操作都以命令字節(jié)開始，由于該液晶模塊是 64*128，所以起始點行坐標(biāo)的范圍為 0~63，起始點列坐標(biāo)范圍為 0~127，后面三個字節(jié)為所要進行的畫線類型和長度的選擇。 (2) 設(shè)置光標(biāo)位置： 0xE4(表 ) 表 光標(biāo)位置指令 該指令操作數(shù)比較少，一般用于光標(biāo)處的顯示 ， 同 樣在設(shè)置位置時，注意行列坐標(biāo)的范圍不能操作其最大值。 (3) 光標(biāo)處顯示中文和 8*16ASCII 混合字符串： 0xED(表 ) 表 混合字 符串顯示指令 該指令的長短由 顯示的內(nèi)容決定，但是如果顯示的內(nèi)容超過模塊當(dāng)中的一行，也既是列坐標(biāo)超過 127 之后，模塊會自動跳到下一個字符顯示的位置繼續(xù)顯示，這在實際當(dāng)中使用需注意與其他顯示的字符重疊 情況 ，導(dǎo)致顯示錯誤。 (4) 整屏清屏： 0xF4(表 ) 表 清屏指令 該指令沒有操作數(shù) ,但是在實際使用需要注意 ,模塊完成整屏清屏的時間大概為10ms,所以在對模塊進行后續(xù)操作時 ,需在該時間之后才能對其進行操作 ,不然會造成顯示的不正常。 本文設(shè)計中 ,液晶方式的顯示是用于信息中心 ,為了有一個好的 界面 ,使用了 0xC52020 屆電子信息工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 19 指令在液晶顯示屏上畫出了一個方框 ,顯示的內(nèi)容還是包括漢字、數(shù)字和 ASCII 碼，其中一個漢字的顯示是用兩個字節(jié)的漢字內(nèi)碼來表示，數(shù)字也是采用 ASCII 碼來表示的。在實際使用中，對每一次的顯示之前對其都進行清屏操作，以免引起與上一次的顯示內(nèi)容相重疊，造成錯誤。 模塊與 AT89C52的接口電路 由于 液晶 顯示模塊采用 REQ/BUSY 握手的通訊方式，所以 單 片機 只需要控制模塊的這兩個引腳，然后操作數(shù)據(jù)線完成對模塊的顯示操作，當(dāng) REQ 信號無效時，數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)不會影響其顯示的方式和內(nèi)容，這 樣可以利于其他需要使用該數(shù)據(jù)口的外部設(shè)備對其讀寫數(shù)據(jù)。 模塊與單片機的接口電路如圖 所示。 單片機 P0 口接顯示模塊的數(shù)據(jù)口 DB7~DB0，由單片機的 和 來控制其中操作。 圖 單片機與 HB12864M2 接口圖 微處理器 AT89C52 微處理器在系統(tǒng)中控制著各個部件，使個各部件協(xié)調(diào)、有序的工作?？梢哉f，微處理器是進行數(shù)據(jù)處理的中心，是控制流程的中心，是電路結(jié)構(gòu)的“心臟”。 在 本文設(shè)計中，主要是通信協(xié)議的設(shè)計，且協(xié)議控制過程完全是由單片機控制，考慮到設(shè)計中需要的全局變量較多，所以采 用 C52 系列的單片機，它具有 256 個字節(jié)RAM， 8K 的 ROM，較能滿足協(xié)議的運行環(huán)境。 AT89C52 是 Atmel 公司的一款 52 系列的單片機，完全兼容 51 指令集，三級加密程序存儲器， 3 個 16 位定時器， 8 個中斷源等 。 在實際使用中，單片機需要利用必要的外圍電路才能夠正常的工作，也就是單片機的最小系統(tǒng)，包括時鐘源電路，復(fù)位電路等。單片機簡單外圍電路如圖 所示。 熊川：基于 A7102C 的短距離無線通信網(wǎng)設(shè)計 20 圖 單片機最小系統(tǒng) 通過本章前面幾節(jié)的介紹，單片機不僅需要控制各個模塊的操作，還需要協(xié)調(diào)各模塊之間的操作，在實際設(shè)計中，由于各模塊的操作必須獨立，而一般的程序執(zhí)行方式為順序執(zhí)行，這在很大程度上不能同時滿足各模塊都處于運行中，其中還有某些模塊的執(zhí)行相對較少，有的則比較多，所以一般采用中斷的方式來實現(xiàn)。在本論文中提到的情況也是屬于這種情況，顯示模塊大多時間是不需要進行處理，而無線收發(fā)模塊大多都處在工作之中，但是由于協(xié)議的運行期間相對來說比較長，所以在設(shè)計中采用的使用標(biāo)志位的方式，來構(gòu)造一個前后臺系統(tǒng)，主循環(huán)中，通過判斷各種標(biāo)志位來 執(zhí)行相應(yīng)的外圍操作。 本章小 結(jié) 本章主要介紹了網(wǎng)絡(luò)終端節(jié)點的硬件環(huán)境，節(jié)點所使用的比較重要的除單片機之外的外圍設(shè)備，對于精簡設(shè)備節(jié)點，由無線模塊、單片機和其他外圍電路組成，通信的結(jié)果是通過該節(jié)點的 LED 燈來表達，也可以通過主信息中心的顯示模塊來判斷通信情況。其中較為詳細的介紹了各模塊的各項參數(shù)，編程中需要詳細了解的一些指令或者寄存器等。 接下來的一章將詳細介紹該網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的協(xié)議，并通過幀的流程來表達協(xié)議的工作過程、網(wǎng)絡(luò)的建立和數(shù)據(jù)傳送。 2020 屆電子信息工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 21 第 4 章 無線通信協(xié)議 方案 一個網(wǎng)絡(luò)的建立，硬件正確而穩(wěn)定的 工作離不開通信協(xié)議的支持，協(xié)議就是指一些規(guī)則，簡單的說是為了能相互理解，必須用同一種語言說話，在簡單的數(shù)據(jù)傳輸中，通信只朝一個方向進行，從發(fā)射端到接收端，通信可能在發(fā)射端和接收端之間受到外界的干擾而使數(shù)據(jù)發(fā)生錯誤，因此需要協(xié)議來保證接收端能正確接收到從發(fā)射端來的數(shù)據(jù)，并確定所接收數(shù)據(jù)是否是實際數(shù)據(jù)，以及整個通信過程。 協(xié)議層次結(jié)構(gòu) 和通信 方式 本文協(xié)議 采用了“分層”的思想，將整個組 網(wǎng)問題轉(zhuǎn)化為若干個較小的模塊來處理；按照網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)以及本文 主要針對的應(yīng)用環(huán)境 (數(shù)據(jù)采集 )，且基于給定的硬件設(shè)備情況 (A7102C),本 協(xié)議分為三層，物理層、鏈路層和應(yīng)用層，如圖 所示。 圖 協(xié)議層次結(jié)構(gòu) 最底層為物理層，由無線模塊 A7102C 實現(xiàn)，硬件完成電信號的轉(zhuǎn)換、編碼和調(diào)制解調(diào)等，軟件完成數(shù)據(jù)包的發(fā)送、接受和簡單的處理。 鏈路層為整個協(xié)議的中間層， 是本協(xié)議的重點內(nèi)容，主要完成數(shù)據(jù)包的處理；網(wǎng)絡(luò)的組建和上層數(shù)據(jù)的傳輸都是基于鏈路層來完成。在接收端，鏈路層負責(zé)接收物理層提交的數(shù)據(jù)，解包出來后進行相關(guān)的處理；在發(fā)送端，鏈路層接收應(yīng)用層的數(shù)據(jù)，封裝后送往物理層。網(wǎng)絡(luò)的組建主要由鏈路層完成，不經(jīng)過上層協(xié)議。 應(yīng)用層 為協(xié)議的最高層，主要是最后數(shù)據(jù) 應(yīng)用 處理； 實際數(shù)據(jù)送往鏈路層，經(jīng)過物理層傳送到網(wǎng)絡(luò)中。本層不是本協(xié)議的重點， 本文協(xié)議中利用簡單的數(shù)組來模擬實際的數(shù)據(jù)，之后就是對這個數(shù)組進行裝包