基于單片機(jī)及無(wú)線通信技術(shù)的盲人交通提示系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、濰 坊 學(xué) 院專(zhuān)業(yè)課綜合課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)基于單片機(jī)及無(wú)線通信技術(shù)的盲人交通提示系統(tǒng)設(shè)計(jì) 系 部： 信息與控制工程學(xué)院 專(zhuān) 業(yè)： 電子信息工程 班 級(jí)： 2008級(jí)（1）班 學(xué)生姓名: 崔 昭 學(xué) 號(hào): 指導(dǎo)教師： 崔連森 2011年 11 月 30 日目錄摘要1引言11 單片機(jī)概述21.1MSC-51芯片簡(jiǎn)介21.2 8255芯片簡(jiǎn)介61.3 74LS373簡(jiǎn)介72 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)92.1交通管理的方案論證92.2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)92.2.1 系統(tǒng)總框圖如下：102.2.2 交通燈硬件線路部分圖103 語(yǔ)音電路123.1 語(yǔ)音電路的設(shè)計(jì)123.2 NRF401電路設(shè)計(jì)144控制器的軟件設(shè)計(jì)184.1

2、每秒鐘的設(shè)定184.2 計(jì)數(shù)器硬件延時(shí)184.2.1 計(jì)數(shù)器初值計(jì)算184.2.2 計(jì)算公式184.2.3 秒的方法184.2.4 相應(yīng)程序代碼194.3 軟件延時(shí)194.4 時(shí)間及信號(hào)燈的顯示204.4.1 8051并行口的擴(kuò)展204.4.2 顯示原理：204.4.3 8255PA口輸出信號(hào)接信號(hào)燈：214.4.4 8255輸出信號(hào)與數(shù)碼管的連接：214.4.5 8255與8051的連接：224.5 程序設(shè)計(jì)225 結(jié)論24參考文獻(xiàn)25摘要系統(tǒng)以單片機(jī)89C51為核心,結(jié)合ISD1420芯片、NRF401芯片實(shí)現(xiàn)盲人交通燈系統(tǒng)設(shè)計(jì). 本系統(tǒng)利用單片機(jī)中斷實(shí)現(xiàn)對(duì)緊急情況的控制,整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單

3、,功能全面,達(dá)到了人機(jī)交互控制交通燈的指標(biāo).關(guān)鍵詞:單片機(jī); 82C51芯片;人機(jī)交互;交通燈引言隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,日常交通越來(lái)越繁忙,在交通控制中,交通燈扮演著不可缺少的角色,在十字路口中,交通燈就更加重要了. 本文著重介紹盲人十字路口(東西南北方向)交通燈的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn).1 單片機(jī)概述單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)是微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要分支，也是頗具生命力的機(jī)種。單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)稱單片機(jī)，特別適用于控制領(lǐng)域，故又稱為微控制器。 通常，單片機(jī)由單塊集成電路芯片構(gòu)成，內(nèi)部包含有計(jì)算機(jī)的基本功能部件：中央處理器、存儲(chǔ)器和I/O接口電路等。因此，單片機(jī)只需要和適當(dāng)?shù)能浖巴獠吭O(shè)備相結(jié)合，便可成為一個(gè)單片機(jī)控制系統(tǒng)

4、。 單片機(jī)經(jīng)過(guò)1、2、3、3代的發(fā)展，目前單片機(jī)正朝著高性能和多品種方向發(fā)展，它們的CPU功能在增強(qiáng)，內(nèi)部資源在增多，引角的多功能化，以及低電壓底功耗。芯片簡(jiǎn)介1.1MSC-51芯片簡(jiǎn)介MCS-51單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu) 8051是MCS-51系列單片機(jī)的典型產(chǎn)品，我們以這一代表性的機(jī)型進(jìn)行系統(tǒng)的講解。 8051單片機(jī)包含中央處理器、程序存儲(chǔ)器(ROM)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)等幾大單元及數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線等三大總線，現(xiàn)在我們分別加以說(shuō)明：中央處理器：中央處理器(CPU)是整個(gè)單片機(jī)的核心部件，是8位數(shù)據(jù)寬度的處理器，能處理8位二進(jìn)制數(shù)據(jù)或代碼，CP

5、U負(fù)責(zé)控制、指揮和調(diào)度整個(gè)單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運(yùn)算和控制輸入輸出功能等操作。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)8051內(nèi)部有128個(gè)8位用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元和128個(gè)專(zhuān)用寄存器單元，它們是統(tǒng)一編址的，專(zhuān)用寄存器只能用于存放控制指令數(shù)據(jù)，用戶只能訪問(wèn)，而不能用于存放用戶數(shù)據(jù)，所以，用戶能使用的RAM只有128個(gè)，可存放讀寫(xiě)的數(shù)據(jù)，運(yùn)算的中間結(jié)果或用戶定義的字型表。程序存儲(chǔ)器(ROM)：8051共有4096個(gè)8位掩膜ROM，用于存放用戶程序，原始數(shù)據(jù)或表格。定時(shí)/計(jì)數(shù)器(ROM)：8051有兩個(gè)16位的可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器，以實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)產(chǎn)生中斷用于控制程序轉(zhuǎn)向。并行輸入輸出(I/O)口：8051共有4組8位I

6、/O口(P0、 P1、P2或P3)，用于對(duì)外部數(shù)據(jù)的傳輸。全雙工串行口：8051內(nèi)置一個(gè)全雙工串行通信口，用于與其它設(shè)備間的串行數(shù)據(jù)傳送，該串行口既可以用作異步通信收發(fā)器，也可以當(dāng)同步移位器使用。中斷系統(tǒng)8051具備較完善的中斷功能，有兩個(gè)外中斷、兩個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷和一個(gè)串行中斷，可滿足不同的控制要求，并具有2級(jí)的優(yōu)先級(jí)別選擇。時(shí)鐘電路8051內(nèi)置最高頻率達(dá)12MHz的時(shí)鐘電路，用于產(chǎn)生整個(gè)單片機(jī)運(yùn)行的脈沖時(shí)序，但8051單片機(jī)需外置振蕩電容。單片機(jī)的結(jié)構(gòu)有兩種類(lèi)型，一種是程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分開(kāi)的形式，即哈佛(Harvard)結(jié)構(gòu)，另一種是采用通用計(jì)算機(jī)廣泛使用的程序存儲(chǔ)器與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器合

7、二為一的結(jié)構(gòu)，即普林斯頓(Princeton)結(jié)構(gòu)。INTEL的MCS-51系列單片機(jī)采用的是哈佛結(jié)構(gòu)的形式，而后續(xù)產(chǎn)品16位的MCS-96系列單片機(jī)則采用普林斯頓結(jié)構(gòu)。下圖是MCS-51系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖2。圖2MCS-51的引腳說(shuō)明：MCS-51系列單片機(jī)中的8031、8051及8751均采用40Pin封裝的雙列直接DIP結(jié)構(gòu)，右圖是它們的引腳配置，40個(gè)引腳中，正電源和地線兩根，外置石英振蕩器的時(shí)鐘線兩根，4組8位共32個(gè)I/O口，中斷口線與P3口線復(fù)用。現(xiàn)在我們對(duì)這些引腳的功能加以說(shuō)明：MCS-51的引腳說(shuō)明：MCS-51系列單片機(jī)中的8031、8051及8751均采用40Pi

8、n封裝的雙列直接DIP結(jié)構(gòu)，右圖是它們的引腳配置，40個(gè)引腳中，正電源和地線兩根，外置石英振蕩器的時(shí)鐘線兩根，4組8位共32個(gè)I/O口，中斷口線與P3口線復(fù)用?，F(xiàn)在我們對(duì)這些引腳的功能加以說(shuō)明：如圖3 圖3Pin9:RESET/Vpd復(fù)位信號(hào)復(fù)用腳，當(dāng)8051通電，時(shí)鐘電路開(kāi)始工作，在RESET引腳上出現(xiàn)24個(gè)時(shí)鐘周期以上的高電平，系統(tǒng)即初始復(fù)位。初始化后，程序計(jì)數(shù)器PC指向0000H，P0-P3輸出口全部為高電平，堆棧指針寫(xiě)入07H，其它專(zhuān)用寄存器被清“0”。RESET由高電平下降為低電平后，系統(tǒng)即從0000H地址開(kāi)始執(zhí)行程序。然而，初始復(fù)位不改變RAM（包括工作寄存器R0-R7）的狀態(tài)，8

9、051的初始態(tài)。 8051的復(fù)位方式可以是自動(dòng)復(fù)位，也可以是手動(dòng)復(fù)位，見(jiàn)下圖4。此外，RESET/Vpd還是一復(fù)用腳，Vcc掉電其間，此腳可接上備用電源，以保證單片機(jī)內(nèi)部RAM的數(shù)據(jù)不丟失。 圖4 Pin30:ALE/當(dāng)訪問(wèn)外部程序器時(shí)，ALE(地址鎖存)的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)。而訪問(wèn)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器時(shí)，ALE端將有一個(gè)1/6時(shí)鐘頻率的正脈沖信號(hào)，這個(gè)信號(hào)可以用于識(shí)別單片機(jī)是否工作，也可以當(dāng)作一個(gè)時(shí)鐘向外輸出。更有一個(gè)特點(diǎn)，當(dāng)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器，ALE會(huì)跳過(guò)一個(gè)脈沖。如果單片機(jī)是EPROM，在編程其間，將用于輸入編程脈沖。Pin29:當(dāng)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，此腳輸出負(fù)脈沖選通信號(hào)，PC的1

10、6位地址數(shù)據(jù)將出現(xiàn)在P0和P2口上，外部程序存儲(chǔ)器則把指令數(shù)據(jù)放到P0口上，由CPU讀入并執(zhí)行。Pin31:EA/Vpp程序存儲(chǔ)器的內(nèi)外部選通線，8051和8751單片機(jī)，內(nèi)置有4kB的程序存儲(chǔ)器，當(dāng)EA為高電平并且程序地址小于4kB時(shí)，讀取內(nèi)部程序存儲(chǔ)器指令數(shù)據(jù)，而超過(guò)4kB地址則讀取外部指令數(shù)據(jù)。如EA為低電平，則不管地址大小，一律讀取外部程序存儲(chǔ)器指令。顯然，對(duì)內(nèi)部無(wú)程序存儲(chǔ)器的8031,EA端必須接地。在編程時(shí)，EA/Vpp腳還需加上21V的編程電壓。1.2 8255芯片簡(jiǎn)介8255可編程并行接口芯片簡(jiǎn)介: 8255可編程并行接口芯片有三個(gè)輸入輸出端口，即A口、B口和C口，對(duì)應(yīng)于引腳P

11、A7PA0、PB7PB0和PC7PC0。其內(nèi)部還有一個(gè)控制寄存器，即控制口。通常A口、B口作為輸入輸出的數(shù)據(jù)端口。C口作為控制或狀態(tài)信息的端口，它在方式字的控制下，可以分成4位的端口，每個(gè)端口包含一個(gè)4位鎖存器。它們分別與端口A配合使用，可以用作控制信號(hào)輸出或作為狀態(tài)信號(hào)輸入。8255可編程并行接口芯片方式控制字格式說(shuō)明:8255有兩種控制命令字；一個(gè)是方式選擇控制字；另一個(gè)是C口按位置位復(fù)位控制字。其中C口按位置位復(fù)位控制字方式使用較為繁難，說(shuō)明也較冗長(zhǎng)，故在此不作敘述。方式控制字格式說(shuō)明如表1： 表1D7D6D5D4D3D2D1D0 D7：設(shè)定工作方式標(biāo)志，1有效。 D6、D5：A口方式選

12、擇 0 0 方式0 0 1 方式1 1 方式2 D4：A口功能 （1=輸入，0=輸出） D3：C口高4位功能 （1=輸入，0=輸出） D2：B口方式選擇 （0=方式0，1=方式1） D1：B口功能 （1=輸入，0=輸出）D0：C口低4位功能 （1=輸入，0=輸出） 8255可編程并行接口芯片工作方式說(shuō)明:方式0：基本輸入輸出方式。適用于三個(gè)端口中的任何一個(gè)。每一個(gè)端口都可以用作輸入或輸出。輸出可被鎖存，輸入不能鎖存。 方式1：選通輸入輸出方式。這時(shí)A口或B口的8位外設(shè)線用作輸入或輸出，C口的4條線中三條用作數(shù)據(jù)傳輸?shù)穆?lián)絡(luò)信號(hào)和中斷請(qǐng)求信號(hào)。 方式2 ：雙向總線方式。只有A口具備雙向總線方式，8

13、位外設(shè)線用作輸入或輸出，此時(shí)C口的5條線用作通訊聯(lián)絡(luò)信號(hào)和中斷請(qǐng)求信號(hào)。1.3 74LS373簡(jiǎn)介74LS373 是一種帶三態(tài)門(mén)的8D鎖存器，其管腳示意圖如下示：其中：1D-8D為8個(gè)輸入端。 1Q-8Q為8個(gè)輸出端。 LE為數(shù)據(jù)打入端：當(dāng)LE為“1”時(shí)，鎖存器輸出 狀態(tài)同輸入狀態(tài)；當(dāng)LE由“1”變“0”時(shí)，數(shù)據(jù) 打入鎖存器 OE為輸出允許端：當(dāng)OE=0時(shí)，三態(tài)門(mén)打開(kāi)； 當(dāng)OE=1時(shí)，三態(tài)門(mén)關(guān)閉，輸出高阻。2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)2.1交通管理的方案論證東西、南北兩干道交于一個(gè)十字路口，各干道有一組紅、黃、綠三色的指示燈，指揮車(chē)輛和行人安全通行。紅燈亮禁止通行，綠燈亮允許通行。黃燈亮提示人們注意紅、綠

14、燈的狀態(tài)即將切換，且黃燈燃亮?xí)r間為東西、南北兩干道的公共停車(chē)時(shí)間。設(shè)東西道比南北道的車(chē)流量大，指示燈燃亮的方案如表2。東西道紅燈亮黃燈亮綠燈亮黃燈亮南北道綠燈亮黃燈亮紅燈亮黃燈亮60S5S80S5S表2表2說(shuō)明： （1）當(dāng)東西方向?yàn)榧t燈，此道車(chē)輛禁止通行，東西道行人可通過(guò)；南北道為綠燈，此道車(chē)輛通過(guò)，行人禁止通行。時(shí)間為60秒。（2）黃燈閃爍5秒，警示車(chē)輛和行人紅、綠燈的狀態(tài)即將切換。 （3）當(dāng)東西方向?yàn)榫G燈，此道車(chē)輛通行；南北方向?yàn)榧t燈，南北道車(chē)輛禁止通過(guò)，行人通行。時(shí)間為80秒。 東西方向車(chē)流大 通行時(shí)間長(zhǎng)。（4）這樣如上表的時(shí)間和紅、綠、黃出現(xiàn)的順序依次出現(xiàn)這樣行人和車(chē)輛就能安全暢通的通

15、行。2.2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)選用設(shè)備8031（AT89S52）單片機(jī)一片選用設(shè)備：8031單片機(jī)一片，8255并行通用接口芯片一片，74LS07兩片，MAX692看門(mén)狗一片，共陰極的七段數(shù)碼管兩個(gè)雙向晶閘管若干，7805三端穩(wěn)壓電源一個(gè)，紅、黃、綠交通燈各兩個(gè)，開(kāi)關(guān)鍵盤(pán)、連線若干。2.2.1 系統(tǒng)總框圖如下：圖6 2.2.2 交通燈硬件線路部分圖 3 語(yǔ)音電路3.1 語(yǔ)音電路的設(shè)計(jì)ISD1420芯片介紹ISD1400系列語(yǔ)音芯片是ISD（Information Storage Device）公司生產(chǎn)的。它包括時(shí)鐘振蕩器、128K可編程電擦除只讀存儲(chǔ)（EEPROM）、低噪前置放大器、自動(dòng)增益控制電路、

16、抗干擾濾波器、差分功率放大器等電路。ISD1400系列語(yǔ)音芯片采用直接存儲(chǔ)模擬信號(hào)，自動(dòng)待機(jī)省電，可編程電擦除只讀存儲(chǔ)和總線技術(shù)，高保真、錄音數(shù)據(jù)永久保存、省電、適用于同單片機(jī)接口。ISD1420是ISD1400系列中語(yǔ)音時(shí)長(zhǎng)為20S的語(yǔ)音芯片。ISD1400系列語(yǔ)音芯片具有下列特點(diǎn)：（1）.采用直接模擬量存儲(chǔ)技術(shù)（DAST），重顯優(yōu)質(zhì)原音。（2）零功率信息存儲(chǔ)，無(wú)需備用電池，存儲(chǔ)的信息可保留10年以上。（3）易于使用，無(wú)需編程，可隨意改變錄音內(nèi)容，錄放次數(shù)達(dá)10萬(wàn)次以上。（4）具有自動(dòng)省電功能，錄音和回放后即刻進(jìn)入等待模式，僅需0.5A維持電流。（5）可分段存儲(chǔ)多段信息。（6）自帶時(shí)鐘源。（

17、7）高抗干擾性能。（8）單+5V標(biāo)準(zhǔn)電源供電。（9）可直接驅(qū)動(dòng)816喇叭工作，輸出不失真功率大于50 Mw.也可作激勵(lì)信號(hào)單端輸出，外接功率放大器，輸出功率為額定輸出功率的1/4，約為12mW左右。（10）采用總線技術(shù)，適于同單片機(jī)接口。ISD1420錄音時(shí)間為20S，它最多可錄音160個(gè)語(yǔ)音段，語(yǔ)音段最短時(shí)間可達(dá)到0.125S12。其管腳排列如圖7所示：圖7 ISD1420管腳圖主要管腳介紹如下：A0A7地址或操作模式控制端，當(dāng)A6和A7不全為高電平時(shí)，A0A7為分段錄音信息地址線，不同的地址對(duì)應(yīng)不同的錄音片段，A6和A7全為高電平時(shí)，A0A5用于選擇操作模式。MIC話筒輸入端，話筒輸入信號(hào)

18、通過(guò)電容交流耦合至此引腳并傳給片上預(yù)放大器，片上自動(dòng)增益控制（AGC）電路控制預(yù)放大器的增益在1524dB之間。耦合電容值和該端內(nèi)阻（10k）決定語(yǔ)音信號(hào)通頻帶下限頻率。ANA IN模擬信號(hào)輸入端，對(duì)于話筒輸入，ANA IN引腳應(yīng)通過(guò)外部電容與ANA OUT引腳連接，若為外部輸入信號(hào)，則要直接通過(guò)電容耦合到此端。耦合電容決定片上控制預(yù)放大器通頻帶的下限頻率。 SP+、SP喇叭輸出端，該端可直接驅(qū)動(dòng)16喇叭。可采用雙端輸出驅(qū)動(dòng)喇叭，也可采用單端輸出驅(qū)動(dòng)喇叭，不過(guò)雙端輸出信號(hào)的功率是單端的四倍，單端輸出需要該腳與喇叭之間串接100F的交流耦合電容，錄音期間該輸出端保持高阻狀態(tài)。RECLED工作狀態(tài)

19、指示端，在錄音或放音時(shí)該端輸出低電平，可驅(qū)動(dòng)一個(gè)LED來(lái)指示狀態(tài)。PLAYL電平觸發(fā)放音控制端，該端電平變?yōu)榈碗娖讲⒈３?，芯片進(jìn)入放音狀態(tài)。REC錄音觸發(fā)端，REC一旦變?yōu)榈碗娖?，芯片就進(jìn)入錄音狀態(tài)。語(yǔ)音電路設(shè)計(jì)部分電路中包含了為語(yǔ)音系統(tǒng)供電的電源部分電路設(shè)計(jì)。電源部分采用二極管整流電路，接在電源變壓器的次級(jí)輸出端，用四個(gè)二極管組成橋式整流電路。它們的后級(jí)為濾波電容，交流電整流后，要求將交流成分濾的越干凈越好，所以濾波電容選用大容量的電解電容13。電路如圖8所示圖8 ISD1420與單片機(jī)接口電路并且設(shè)有兩種語(yǔ)音工作模式：自動(dòng)和人工兩種播報(bào)方式。在通常情況下，語(yǔ)音處于自動(dòng)播報(bào)狀態(tài)，只要來(lái)車(chē)系統(tǒng)

20、自動(dòng)產(chǎn)生語(yǔ)音通知道口值守人員和來(lái)往行人；遇有特出情況，值守人員可以自行將開(kāi)啟人工播報(bào)方式，用與語(yǔ)音板相連接的麥克風(fēng)對(duì)發(fā)布通知。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的ISD1420芯片使用應(yīng)該注意的幾個(gè)問(wèn)題：（1）該芯片所有控制端、地址端必須可靠的接地或接高電平，不能懸空，否則會(huì)出現(xiàn)停播的現(xiàn)象。（2）為了充分發(fā)揮其優(yōu)質(zhì)高保真的特點(diǎn)，應(yīng)注意：AGC阻容盡量靠近芯片，且連線要盡量的短;電源地線寬度應(yīng)在0.88mm以上。（3）芯片的SP+,SP-端一定不能直接接地，只能接喇叭或是懸空。3.2 NRF401電路設(shè)計(jì)NRF401 無(wú)線收發(fā)芯片采用FSK 調(diào)制解調(diào)技術(shù),最高工作速率可以達(dá)到20 KbitPs ;發(fā)射功率可以調(diào)整,

21、最大發(fā)射功率是+ 10 dBm。NRF401 的天線接口設(shè)計(jì)為差分天線,以便于使用低成本的PCB 天線。它要求非常少的外圍元件,無(wú)需聲表濾波器、變?nèi)莨艿劝嘿F的元件, 只需要便宜且易于獲得的4 MHz晶體,收發(fā)天線合一。無(wú)需進(jìn)行初始化和配置,不需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行曼徹斯特編碼,有2 個(gè)工作頻寬(433.92P434.33 MHz) ,工作電壓為2.75 V ,還具有待機(jī)模式,可以更省電和高效。NRF401 無(wú)線收發(fā)芯片的結(jié)構(gòu)框圖如圖9所示。圖9 NRF401 結(jié)構(gòu)框圖NRF401 有3 種工作模式: 收模式(RX) 、發(fā)模式( TX) 和等待模式(Std1by) 。 工作模式可由3 個(gè)引腳設(shè)定,分別是

22、TXEN、CS 和PWR-UP。因此通過(guò)單片機(jī)控制NRF401 的工作模式,使其處于接收、發(fā)射、等待任一種狀態(tài),實(shí)現(xiàn)半雙工通信。 若PWR = 0 ,TXEN 和CS 任意,系統(tǒng)為待機(jī)狀態(tài)。若TXEN = 1 ,為發(fā)送狀態(tài); TXEN = 0 ,為接收狀態(tài)。CS 為信道的選通端,CS = 0 選通信道為433.92 MHz ;CS = l 選通信道為434.33 MHz。其主要特性如下:1) 工作頻率為國(guó)際通用的數(shù)傳頻段;2) 工作速率最高可達(dá)20 KbitPs ;3) FSK調(diào)制,抗干擾能力強(qiáng);4) 采用PLL 頻率合成技術(shù),頻率穩(wěn)定性極好;5) 靈敏度高達(dá)- 105 dBm ;6) 功耗小

23、, 接收狀態(tài)250 A , 待機(jī)狀態(tài)僅為8A ;7) 最大發(fā)射功率達(dá)+ 10 dBm ;8) 低工作電壓(217 V) ,可滿足低功耗設(shè)備的要求;9) 具有多個(gè)頻道,可方便地切換工作頻率;10) 因采用了低發(fā)射功率、高接收靈敏度的設(shè)計(jì),使用無(wú)需申請(qǐng)?jiān)S可證,開(kāi)闊地的使用距離最遠(yuǎn)可達(dá)1 000 m ;NRF401 接收機(jī)使用頻移鍵控( FSK) 調(diào)制方式,改善了噪聲環(huán)境下的系統(tǒng)性能。NRF401 另一個(gè)非常重要的特性是接收機(jī)的頻帶外阻抗很高(out -of - band blocking) ,這意味著它不需要外部聲表面波(SAW) 濾波器。此外NRF401 的解調(diào)器是DC 平衡的,因此可以使用任何

24、一種協(xié)議,也可以使用各種0、1序列,因而無(wú)需浪費(fèi)單片機(jī)寶貴的處理資源來(lái)進(jìn)行曼徹斯特編碼。Nrf401的具體電路圖如圖7所示，1腳和20腳之間連接的是振蕩電路，采用4MHz的高穩(wěn)定性晶振;9腳是數(shù)據(jù)的輸入引腳，10腳是數(shù)據(jù)的輸出引腳，與主控板ARM的UARI輸入輸出接口相連;連接在奸-PWR端和vss之間的電阻R4可設(shè)置輸出功率，可以通過(guò)選擇不同的R4值來(lái)調(diào)整發(fā)射功率，發(fā)射功率越大，傳輸距離越遠(yuǎn)，但芯片消耗電流也越大，所以在滿足距離要求的前提下，通過(guò)設(shè)置R4來(lái)選擇合適的發(fā)射功率，本文系統(tǒng)使用的R4=22ko，最大發(fā)射功率為 +1odBm(具體內(nèi)容參考 3.2.3.2節(jié))。PLL回路濾波器是外接的

25、單端2階濾波器，由CS，CS和R3構(gòu)成。VCOI引腳端和VCOZ引腳端之間外接高質(zhì)量片式電感，提高頻率的穩(wěn)定性。18腳和19腳用于控制發(fā)射和接收模式，均與主控板的GPIO相連。巧腳和16腳是環(huán)形天線的連接引腳;天線以差分方式連接到丘RF401，單端天線也可以通過(guò)一個(gè)差分轉(zhuǎn)換匹配網(wǎng)絡(luò)連接到nRF401。本文設(shè)計(jì)的電路采用PCB環(huán)形天線(如圖12所示)，整個(gè)環(huán)形天線做在PCB上，對(duì)于便攜設(shè)備接近效應(yīng)小，比傳統(tǒng)的鞭狀天線或單端天線節(jié)省了空間和生產(chǎn)成本，機(jī)構(gòu)上也更穩(wěn)固可靠。圖12 NRF401射頻模塊電路原理圖4控制器的軟件設(shè)計(jì)4.1 每秒鐘的設(shè)定 延時(shí)方法可以有兩種一中是利用MCS-51內(nèi)部定時(shí)器才

26、生溢出中斷來(lái)確定1秒的時(shí)間，另一種是采用軟延時(shí)的方法。4.2 計(jì)數(shù)器硬件延時(shí)4.2.1 計(jì)數(shù)器初值計(jì)算 定時(shí)器工作時(shí)必須給計(jì)數(shù)器送計(jì)數(shù)器初值，這個(gè)值是送到TH和TL中的。他是以加法記數(shù)的，并能從全1到全0時(shí)自動(dòng)產(chǎn)生溢出中斷請(qǐng)求。因此，我們可以把計(jì)數(shù)器記滿為零所需的計(jì)數(shù)值設(shè)定為C和計(jì)數(shù)初值設(shè)定為T(mén)C 可得到如下計(jì)算通式： TC=M-C式中，M為計(jì)數(shù)器摸值，該值和計(jì)數(shù)器工作方式有關(guān)。在方式0時(shí)M為213 ；在方式1時(shí)M的值為216；在方式2和3為284.2.2 計(jì)算公式 T=（MTC）T計(jì)數(shù) 或TCM-TT計(jì)數(shù)T計(jì)數(shù)是單片機(jī)時(shí)鐘周期的12倍；TC為定時(shí)初值如單片機(jī)的主脈沖頻率為12MHZ，經(jīng)過(guò)12

27、分頻方式0TMAX213微秒8.192毫秒方式TMAX216微秒65.536毫秒顯然秒鐘已經(jīng)超過(guò)了計(jì)數(shù)器的最大定時(shí)間，所以我們只有采用定時(shí)器和軟件相結(jié)合的辦法才能解決這個(gè)問(wèn)題4.2.3 秒的方法 我們采用在主程序中設(shè)定一個(gè)初值為20的軟件計(jì)數(shù)器和使T0定時(shí)50毫秒這樣每當(dāng)T0到50毫秒時(shí)CPU就響應(yīng)它的溢出中斷請(qǐng)求，進(jìn)入他的中斷服務(wù)子程序。在中斷服務(wù)子程序中，CPU先使軟件計(jì)數(shù)器減，然后判斷它是否為零。為零表示秒已到可以返回到輸出時(shí)間顯示程序。4.2.4 相應(yīng)程序代碼（）主程序定時(shí)器需定時(shí)50毫秒，故T0工作于方式。初值：TCM-T T計(jì)數(shù)250ms/1us=15536=3CBOH ORG 1

28、000H START: MOV TMOD, #01H ; 令T0為定時(shí)器方式 MOV TH0, #3CH ;裝入定時(shí)器初值 MOV TL0, #BOH; MOV IE,#82H ;開(kāi)T0中斷 SEBT TR0；啟動(dòng)T0計(jì)數(shù)器 MOV RO,#14H;軟件計(jì)數(shù)器賦初值LOOP:SJMP $；等待中斷（）中斷服務(wù)子程序 ORG 000BH AJMP BRTO ORG 00BH BRTO:DJNZ R0，NEXTAJMP TIME ; 跳轉(zhuǎn)到時(shí)間及信號(hào)燈顯示子程序 DJNZ：MOVR0，14H；恢復(fù)R0值 MOV TH0, #3CH ;重裝入定時(shí)器初值 MOV TL0, #BOH; MOV IE,#

29、82H RET1 END4.3 軟件延時(shí) MCS-51的工作頻率為2-12MHZ，我們選用的8031單片機(jī)的工作頻率為6MHZ。機(jī)器周期與主頻有關(guān)，機(jī)器周期是主頻的12倍，所以一個(gè)機(jī)器周期的時(shí)間為12*（1/6M）=2us。我們可以知道具體每條指令的周期數(shù)，這樣我們就可以通過(guò)指令的執(zhí)行條數(shù)來(lái)確定1秒的時(shí)間。 具體的延時(shí)程序分析： DELAY:MOV R4,#08H 延時(shí)1秒子程序 DE2:LCALL DELAY1 DJNZ R4,DE2 RET DELAY1:MOV R6,#0 延時(shí)125ms 子程序 MOV R5,#0DE1: DJNZ R5,$ DJNZ R6,DE1 RET MOV RN

30、，#DATA 字節(jié)數(shù)數(shù)為2 機(jī)器周期數(shù)為1所以此指令的執(zhí)行時(shí)間為2ms DELAY1 為一個(gè)雙重循壞 循環(huán)次數(shù)為256*256=65536 所以延時(shí)時(shí)間=65536*2=us 約為125us DELAY R4設(shè)置的初值為8 主延時(shí)程序循環(huán)8次，所以125us*8= 1秒 由于單片機(jī)的運(yùn)行速度很快其他的指令執(zhí)行時(shí)間可以忽略不計(jì)。4.4 時(shí)間及信號(hào)燈的顯示4.4.1 8051并行口的擴(kuò)展 8051雖然有4個(gè)8位I/O端口,但真正能提供借用的只有P1口,因?yàn)镻2和P0口通常用于傳送外部傳送地址和數(shù)據(jù),P3口也有它的第二功能。因此，8031通常需要擴(kuò)展。由于我們用外部輸入設(shè)定紅綠燈倒計(jì)時(shí)初值、數(shù)碼管的

31、輸出顯示、紅綠黃信號(hào)燈的顯示都要用到一個(gè)I/O端口，顯然8031的端口是不夠，需要擴(kuò)展。 擴(kuò)展的方法有兩種：（1）借用外部RAM地址來(lái)擴(kuò)展I/O端口；（2）采用I/O接口新片來(lái)擴(kuò)充。我們用8255并行接口信片來(lái)擴(kuò)展I/O端口。4.4.2 顯示原理：當(dāng)定時(shí)器定時(shí)為1秒，時(shí)程序跳轉(zhuǎn)到時(shí)間顯示及信號(hào)燈顯示子程序，它將依次顯示信號(hào)燈時(shí)間 ，同時(shí)一直顯示信號(hào)燈的顏色，這時(shí)在返回定時(shí)子程序定時(shí)一秒，在顯示黃燈的下一個(gè)時(shí)間，這樣依次把所有的燈色的時(shí)間顯示完后在重新給時(shí)間計(jì)數(shù)器賦初值 ，重新進(jìn)入循環(huán)。 4.4.3 8255PA口輸出信號(hào)接信號(hào)燈： 由于發(fā)光二極管為共陽(yáng)極接法，輸出端口為低電平，對(duì)應(yīng)的二極管發(fā)光

32、，所以可以用置位方法點(diǎn)亮紅，綠，黃發(fā)光二極管。 4.4.4 8255輸出信號(hào)與數(shù)碼管的連接： LED 燈的顯示原理:通過(guò)同名管腳上所加電平的高低來(lái)控制發(fā)光二極管是否點(diǎn)量而顯示不同的字形如 SP，g,f,e,d,c,b,a 管角上加上所以上為伏，不亮其余為高電平，全亮則顯示為采用共陰級(jí)連接:其中 PC0PB0-a,PC1PB1-b, PC2PB2-c,PC3PB3-d,PC4PB4-e, PC5PB5-f,PC6PB6-gPC7PB7 -SP接地顯示數(shù)值dop g f e d c b a 驅(qū)動(dòng)代碼（16進(jìn)制）00 0 1 1 1 1 1 1 3FH1 0 0 0 0 0 1 1 006H2 0

33、1 0 1 1 0 1 15BH3 0 1 0 0 1 1 1 14FH4 0 1 1 0 0 1 1 066H5 0 1 1 0 1 1 0 06DH6 0 1 1 1 1 1 0 07DH7 0 0 0 0 0 1 1 107H8 0 1 1 1 1 1 1 17FH 表 3 驅(qū)動(dòng)代碼表4.4.5 8255與8051的連接：用8051的P0 口的 p0.7 連接8255的片選信號(hào)cs 我們用8031的地址采用全譯碼方式，當(dāng)p0.7 =0 時(shí)片選有效， 其他無(wú)效， p0.1 p0.1 用于選擇8255端口 P0.7 p0.6 p0.5 p0.4 p0.3 p0.2 P0.1 P0.0A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 X X X X X 0 0 00H為825