畢業(yè)設(shè)計基于DF無線收發(fā)模塊的無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

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1、基于 DF 無線收發(fā)模塊的無線數(shù)據(jù)傳輸 系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn) -I- 畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書 -II- 畢業(yè)設(shè)計（論文）題目： 基于 DF 無線收發(fā)模塊的無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn) 設(shè)計(論文) 的基本內(nèi)容： (1)了解目前無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)設(shè)計的進展，以及串行通信的相關(guān)知識；了 解項目開發(fā)背景，分析系統(tǒng)實現(xiàn)的核心知識，研究其設(shè)計及實現(xiàn)技術(shù)。 (2)設(shè)計基于單片機控制 DF 無線模塊的無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，熟悉 Proteus 7.1 與第三方集成開發(fā)環(huán)境(Keil C)的聯(lián)合仿真，熟練應(yīng)用 Visual basic 6.0 編寫 PC 機串口調(diào)試工具，熟練掌握 AT89S52 單片機的實際應(yīng)用。對被

2、傳輸?shù)淖址?進行自定義編碼，利用單片機之間的串口進行數(shù)據(jù)傳輸，研究信號進行編碼后 通過串口的傳輸方法，并用 Visual basic 設(shè)計人機互動界面，輸出和顯示字符 串。 畢業(yè)設(shè)計（論文）專題部分： 題目： 設(shè)計或論文專題的基本內(nèi)容： 學生接受畢業(yè)設(shè)計（論文）題目日期 第 2 周 指導教師簽字： 2010 年 3 月 13 日 -III- 基于 DF 無線收發(fā)模塊的無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng) 的設(shè)計與實現(xiàn) 摘 要 單片機自問世以來，就以其體積小、功能強、功耗低等優(yōu)點在電子技術(shù)等 相關(guān)領(lǐng)域得到了廣泛的發(fā)展。在一般的通信系統(tǒng)中，傳輸數(shù)據(jù)采用的是有線方 式，成本高、維護不方便，且在某些特殊的場合，布線困難甚

3、至無法布線。隨 著無線通信技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)傳輸可通過無線的方式實現(xiàn)，從而克服了上述的 缺點。本文介紹了一個基于DF射頻芯片的短距離無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，通過 AT89S52單片機控制射頻芯片DF(無線收發(fā)模塊內(nèi)部集成ASK調(diào)制/解調(diào),包括通信 協(xié)議及糾錯處理功能)，實現(xiàn)了兩個射頻芯片之間在異步傳輸模式下進行數(shù)據(jù)的 發(fā)射和接收，同時接收方通過AT89S52單片機的串口將收到的數(shù)據(jù)經(jīng)RS232接口 電平轉(zhuǎn)換后傳給主機，主機調(diào)用Visual Basic 編寫的串口調(diào)試窗口把收到的字 符串以字符的形式顯示在屏幕上。 在系統(tǒng)的上位機部分，利用Visual Basic 6.0的MSComm控件作為開發(fā)工具，

4、設(shè)計了一組人機交換界面，此調(diào)試界面不僅可以將從單片機傳送來的信號數(shù)據(jù) 送入計算機，按十六進制或兩格十進制數(shù)據(jù)進行實時顯示，而且能夠收到的十 進制數(shù)據(jù)儲存為文本形式，以備之后再次的調(diào)用分析。 在文章的結(jié)尾部分，通過對系統(tǒng)的反復測試并分析其結(jié)果，確定了此無線 數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)正常工作時的最遠距離。經(jīng)軟硬件調(diào)試，該系統(tǒng)在PC與外設(shè)的數(shù) 據(jù)交換中有一定的使用價值。 關(guān)鍵詞：無線通信，AT89S52, DF無線模塊，Visual Basic 程序設(shè)計 東北大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） Abstract -IV- 東北大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 目 錄 -V- 目 錄 畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書 .I 摘 要 .II

5、第 1 章 緒 論 .1 1.1 無線通信技術(shù)概述 .1 1.2 短距離無線通信的特征 .2 1.3 課題背景及主要工作 .3 第 2 章 系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)介紹 .5 2.1 通信相關(guān)知識介紹 .5 2.2 并行通信和串行通信 .6 2.2.1 并行通信。 .6 2.2.2 串行通信。 .7 2.3 異步傳輸和同步傳輸 .7 2.4 DF 無線傳輸模塊介紹 .8 2.5 AT89S52 單片機的簡單介紹 .10 2.5.1 內(nèi)部結(jié)構(gòu) .10 2.5.2 AT89S52 單片機的引腳功能描述 .11 2.6 串口通信控件 .13 2.6.1 MSComm 控件處理通信方式 .14 2.6.2 MSC

6、omm 控件的常用屬性 .15 2.5 本章小結(jié) .15 第 3 章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計和軟件實現(xiàn) .16 3.1 單片機串口結(jié)構(gòu)以及串口設(shè)置 .16 3.1.1 單片機的串口結(jié)構(gòu) .16 3.1.2 串行通信過程 .17 (1) 串行口簡介 .17 (2) 串行口的控制 .17 3.1.3 單片機與 PC 機電平轉(zhuǎn)換接口簡介 .20 3.2 系統(tǒng)整體設(shè)計 .21 3.2.1 主機設(shè)計 .22 3.2.2 從機設(shè)計 .23 3.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計 .24 3.4 本章小結(jié) .26 第 4 章 系統(tǒng)測試與分析 .27 東北大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 目 錄 -VI- 4.1 系統(tǒng)整體調(diào)試結(jié)果顯示 .27

7、 4.1.1 建立基于對話框的程序工程 .27 4.1.2 MSComm 控件的事件及串行通信控件的使用 .28 4.2 程序運行實測 .28 4.3 本章小結(jié) .30 第 5 章 總結(jié)及展望 .31 5.1 系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)過程中遇到的困難 .31 5.2 不足之處和需要改進的方向 .33 5.3 工作展望 .33 參考文獻 .34 致 謝 .36 東北大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 1 章 緒 論 -1- 第 1 章 緒 論 1.1 無線通信技術(shù)概述 無線通信系統(tǒng)(Wireless Communication System) 也稱為無線電通信系統(tǒng)， 是由發(fā)送設(shè)備、接收設(shè)備、無線信道三部分組成，

8、是利用電磁波信號可以在自 由空間中傳播的特性進行信息交換的一種通信方式，在移動中實現(xiàn)的無線通信 又被稱移動通信，該技術(shù)的發(fā)展始于上世紀 20 年代，經(jīng)歷了五個發(fā)展階段 1。 第一階段從上世紀 20 年代到 40 年代，為早期發(fā)展階段。在這期間，首先 在短波幾個頻段上開發(fā)出專用移動通信系統(tǒng)，起代表是美國底特律市警察使用 的車載無線電系統(tǒng)。該系統(tǒng)工作頻率為 2MHz，到 40 年代提高到 3040MHz?？?以認為這個階段是現(xiàn)代移動通信的起步階段，特點是專用系統(tǒng)開發(fā)，工作頻率 較低。 第二階段從 40 年代中期至 60 年代初期。在此期間內(nèi)，公用移動通信業(yè)務(wù) 開始問世。這一階段的特點是從專用移動向

9、公用移動網(wǎng)過度，接續(xù)方式為人工， 網(wǎng)容量較小。 第三階段從 60 年代中期至 70 年代中期，使用 150MHz 和 450MHz 頻段，實 現(xiàn)了無線頻道自動選擇并能夠自動接續(xù)到公用電話網(wǎng)。這一階段是移動通信系 統(tǒng)改進和完善的階段，其特點是采用大區(qū)制，中小容量，使用 450MHz 頻段，實 現(xiàn)了自動選頻和自動接續(xù)。 第四階段從 70 年代中期至 80 年代中期，這是移動通信蓬勃發(fā)展時期。 1978 年底，美國貝爾實驗室研制成功先進移動電話系統(tǒng)（AMPS）,建成了蜂窩 狀移動通信網(wǎng)，大大提高了系統(tǒng)容量。 第五階段從 80 年代中期開始，這是數(shù)字移動通信系統(tǒng)發(fā)展和成熟時期， 開發(fā)了新一代數(shù)字蜂窩移

10、動通信系統(tǒng)。數(shù)字無線傳輸?shù)念l譜利用率高，可大大 提高系統(tǒng)容量。另外，數(shù)字網(wǎng)能提供語音、數(shù)據(jù)多種業(yè)務(wù)服務(wù)，并與 ISDN 等兼 容。實際上，早在 70 年代末期，當模擬蜂窩系統(tǒng)還處于開發(fā)階段時，一些發(fā)達 國家就著手數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)的研究。到 80 年代中期，歐洲首先推出了泛 歐數(shù)字移動通信網(wǎng)（GSM）的體系。 目前，正處在第五階段的第三代數(shù)字移動通信系統(tǒng)時代。這一時代的特點 東北大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 1 章 緒 論 -2- 是通信頻帶進一步加寬，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)所占的比重大幅度增加，全面走向移動多媒 體通信。當今無線移動通信的發(fā)展主要體現(xiàn)在五大技術(shù)的發(fā)展中：一是舉世矚 目的 3G 技術(shù)，二是

11、 3.5Gghz 寬帶固定無線接入的推廣應(yīng)用，三是 WLAN 標準的 選用，四是寬帶無線技術(shù)新寵 WIMAX，五是超寬帶無線接入技術(shù) UWB2。這些技 術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用促使無線移動通信的總體走勢是接入多元、網(wǎng)絡(luò)一體和綜合布 局。 1.2 短距離無線通信的特征 低成本、低功耗和對等通信，是短距離無線通信技術(shù)的三大重要特征和優(yōu) 勢 3。首先，低成本是短距離無線通信的客觀要求，因為各種通信終端的產(chǎn)銷 量都很大，要提供終端間的直通能力，沒有足夠低的成本是很難推廣的。 其次，低功耗是相對其他無線通信技術(shù)而言的一個特點，這與其通信距離 短這個先天特點密切相關(guān)，由于傳播距離近，遇到障礙物的幾率也小，發(fā)射功 率

12、普遍都很低，通常在 1 毫瓦量級。 短距離無線通信技術(shù)的范圍很廣，在一般意義上，只要通信收發(fā)雙方通過 無線電波傳輸信息，并且傳輸距離限制在較短的范圍內(nèi)，通常是幾十米內(nèi)，就 可以稱為短距離無線通信。 目前幾種主流的短距離無線通信技術(shù)包括：高速 WPAN 技術(shù)；UWB 高速 無線通信技術(shù)，包括 MB-OFDM、DS-UWB；WirelessUSB 是一個全新無線傳 輸標準，可提供簡單、可靠的低成本無線解決方案，幫助用戶實現(xiàn)無線功能。 因此低速 WPAN 技術(shù)和 IEEE802.154Zigbee，Zigbee 是一種低速短距離無線通 信技術(shù)。它的出發(fā)點是希望發(fā)展一種拓展性強、易建的低成本無線網(wǎng)絡(luò)，

13、強調(diào) 低耗電、 雙向傳輸和感應(yīng)功能等特色。ZigbeePHY 和 MAC 層由 IEEE802.15.4 標準定義。IEEE802.15.4a 是作為 IEEE802.15.4 的一個補充，其物理層的標準可 能采用低速 UWB 技術(shù)。藍牙底層 PHY 層和 MAC 層協(xié)議的標準版本為 IEEE802.15.1，大多數(shù)標準的制訂工作還由藍牙開發(fā)小組 SIG 負責 4。RFID 是 一種非接觸的自動識別技術(shù)，其基本原理是利用射頻信號和空間耦合（電感或 電磁耦合）傳輸性來實現(xiàn)對被識別物體的自動識別。RFID 技術(shù)的發(fā)展得益于多 項技術(shù)的綜合發(fā)展，包括芯片技術(shù)、天線技術(shù)、無線技術(shù)、電磁傳播技術(shù)、數(shù) 據(jù)

14、交換與編碼技術(shù)等。一套典型的 RFID 系統(tǒng)有電子標簽、讀寫器和信息處理 東北大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 1 章 緒 論 -3- 系統(tǒng)組成。電子標簽與讀寫器配合完成對被識別對象的信息采集功能；信息處 理系統(tǒng)則根據(jù)需求承擔相應(yīng)的信息控制和處理工作。 高速 WPAN，目前主要應(yīng)用于連接下一代便攜式消費和通信設(shè)備。它支持 各種高速率的多媒體應(yīng)用、高質(zhì)量聲像配送、多兆字節(jié)音樂和圖像文檔傳送等。 低速 WPAN，主要用于家庭、工廠與倉庫的自動控制，安全監(jiān)視、保健監(jiān) 視、環(huán)境監(jiān)視，軍事行動、消防隊員操作指揮，貨單自動更新、庫存實時跟蹤 以及游戲和互動玩具等方面的低俗應(yīng)用。 1.3 課題背景及主要工作 目

15、前，市場上的近距離無線通信技術(shù)主要有無線局域網(wǎng)Wi-Fi、藍牙和一些 專用標準 (如 Adhoc網(wǎng)等) 的產(chǎn)品。一些大公司為開拓市場和應(yīng)用領(lǐng)域，也在積 極研究和制定一些新的無線組網(wǎng)通信技術(shù)標準，如無線USB、超寬帶通信UWB 和WiMAX等。無線數(shù)據(jù)傳輸廣泛運用在車輛監(jiān)控、遙控、遙測、小型無線網(wǎng)絡(luò)、 無線抄表、門禁系統(tǒng)、小區(qū)傳呼、工業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(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、數(shù)字音頻、數(shù)字圖像傳輸?shù)阮I(lǐng)域中。 本文將重點研究短距離無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)

16、的實現(xiàn)，主要包括以下幾個方面。 (1) 在調(diào)研無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的實際應(yīng)用基礎(chǔ)上，本文完成了基于單片機 的無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，并通過串口通信的方式把數(shù)據(jù)發(fā)送到 PC 機上，再調(diào)用 串口調(diào)試工具將數(shù)據(jù)顯示出來。自己動手焊了本無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的硬件電路， 包括主機電路板和從機電路板；并編寫了主機發(fā)送程序，從機接收程序，上位 機顯示程序。為實現(xiàn)此系統(tǒng)功能，對硬件設(shè)備進行如下選型，采用 AT89S52 單 片機作為 DF 無線收發(fā)模塊的編解碼控制芯片，主機和從機分別焊接一個串口， 單片機和串口之間通過 RS232 芯片進行電壓轉(zhuǎn)換。 (2) 硬件電路焊接完成后，開始設(shè)計系統(tǒng)軟件，在 Keil C 開發(fā)環(huán)境

17、下，用 C 語言編寫單片機的內(nèi)核程序；涉及到系統(tǒng)的上位機程序，在 Visual Basic 6.0 環(huán)境下調(diào)用 MSComm 串口通信控件，編寫一個串口調(diào)試工具，用此軟件將收到的 東北大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 1 章 緒 論 -4- 下位機字符串以文本的形式顯示出來。 (3) 在 proteus 7.0 上進行系統(tǒng)功能仿真，以保證所用程序正確、有效地執(zhí)行， 仿真完成后進行系統(tǒng)的實物調(diào)試?；緦崿F(xiàn)了預期的功能后，對該系統(tǒng)進行可 靠性和有效性評估，主要是對其有效傳輸距離的測量，以及誤碼率的測試。 (4) 最后，針對系統(tǒng)調(diào)試時反應(yīng)出來的缺陷和不足，提出了優(yōu)化方法，使 其在操作上更簡單，功能上更加

18、復雜，對系統(tǒng)的軟件也相應(yīng)的作了升級處理， 使整個系統(tǒng)具有一定的使用價值，而不僅僅停留在實驗?zāi)M的基礎(chǔ)上。例如運 用此系統(tǒng)控制 PC 機的自動開機與關(guān)機，控制外設(shè)與 PC 機的數(shù)據(jù)傳輸以及 PC 機與外設(shè)的自動連接，本系統(tǒng)稍加改進就可以實現(xiàn)遙控器的功能，用于家用電 器的自動化控制，高級玩具的智能控制等。 東北大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 2 章 系統(tǒng)的理論知識介紹 -5- 第 2 章 系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)介紹 本章首先介紹了無線數(shù)據(jù)通信方面涉及的基本概念、通信方式、通信系統(tǒng) 組成結(jié)構(gòu)；接著詳細介紹本系統(tǒng)所用到的 DF 無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊；詳細描述了 整個系統(tǒng)的控制芯片 AT89S52，以及上位機顯示窗口核

19、心控件 MSComm 串口 控件。 2.1 通信相關(guān)知識介紹 通信系統(tǒng)的作用是將信息從信源發(fā)送到一個或多個目的地。通信系統(tǒng)有以 下幾種分類方式： (1) 根據(jù)通信業(yè)務(wù)的種類不同，通信系統(tǒng)可以分為電話、電報、傳真通信 系統(tǒng)， 廣播電視通信系統(tǒng)，數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)等。 (2) 根據(jù)信道中傳輸?shù)男盘柺欠窠?jīng)過調(diào)試，可將通信系統(tǒng)分為基帶傳輸系 統(tǒng)和帶通傳輸系統(tǒng)。 (3) 按傳輸媒介，通信系統(tǒng)可分為有線通信系統(tǒng)和無線通信系統(tǒng)兩大類。 所謂有線通信使用導線 (如架空明線、同軸電纜、光導纖維、波導等)作為傳輸 媒質(zhì)完成通信的，如室內(nèi)電話、有線電視、海底電纜通信等。所謂無線通信是 依靠電磁波在空間傳播達到傳遞消息的目

20、的，如短波電離層傳播、微波視距傳 播、衛(wèi)星中繼等。 在無線模擬通信系統(tǒng)中，信道可以是自由空間；在有線信道中，可以是明 線、電纜和光纖。在自由空間中，波長與頻率存在以下關(guān)系： 式中: cfc 為光速， 和 分別為無線電波的頻率和波長，因此，無線電波也可以認為是f 一種頻率相對較低的電磁波。 對頻率或波長進行分段，分別稱為頻段或波段。 不同頻段信號的產(chǎn)生、放大和接收的方法不同, 傳播的能力和方式也不同, 因而 它們的分析方法和應(yīng)用范圍也不同。無線電波只是一種波長比較長的電磁波, 占據(jù)的頻率范圍很廣。 電磁波從發(fā)射機天線輻射后，不僅電波的能量會擴散，接收機只能收到其 中極小的一部分，而且在傳播過程中

21、，電波的能量會被地面、建筑物或高空的 電離層吸收或反射；或在大氣層中產(chǎn)生折射或散射，從而造成強度的衰減。根 據(jù)無線電波在傳播過程所發(fā)生的現(xiàn)象 , 電波的傳播方式主要有繞射(地波)，反 東北大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 2 章 系統(tǒng)的理論知識介紹 -6- 射和折射(天波) ，直射(空間波) 。決定傳播方式的關(guān)鍵因素是無線電信號的頻率。 沿大地與空氣的分界面?zhèn)鞑サ碾姴ń械乇砻娌?，簡稱地波。繞射傳播。傳 播途徑主要取決于地面的電特性。地波在傳播過程中，由于能量逐漸被大地吸 收，很快減弱（波長越短，減弱越快） ，因而傳播距離不遠。但地波不受氣候影 響，可靠性高。超長波、長波、中波無線電信號，都是利用地

22、波傳播的。短波 近距離通信也利用地波傳播。天波是利用天空的電離層折射和反射而傳播的電 波，也叫天空波。電離層只對短波波段的電磁波產(chǎn)生反射作用，因此天波傳播 主要用于短波遠距離通信。兩個突出特點：一是傳播距離遠，同時產(chǎn)生中間靜 區(qū)地帶，二是傳播不穩(wěn)定，隨晝夜和季節(jié)的變化而變化 5。因此，短波通信要 經(jīng)黨更換波段，以保證質(zhì)量。 空間波又稱為直射波，是由發(fā)射點從空間直線傳播到接收點的無線電波。 直射波傳播距離一般限于視距范圍。在傳播過程中，它的強度衰減較慢，超短 波和微波通信就是利用直射波傳播的。在地面進行直射波通信，其接收點的場 強由兩路組成：一路由發(fā)射天線直達接收天線，另一路由地面反射后到達接收

23、 天線，如果天線高度和方向架設(shè)不當，容易造成相互干擾（例如電視的重影） 。 限制直射波通信距離的因素主要是地球表面弧度和山地、樓房等障礙物，因此 超短波和微波天線要求盡量高架。 2.2 并行通信和串行通信 計算機與外界通信的基本方式一般可以分為兩種，分別是并行通信方式和 串行通信方式。 2.2.1 并行通信。 在計算機和終端之間的數(shù)據(jù)傳輸通常是靠電纜或者信道上的電流或電壓變 化實現(xiàn)的。如果一組數(shù)據(jù)位在多條線上同時被傳送，這種傳輸被稱為并行傳輸。 并行傳送的數(shù)據(jù)寬度可以是 1 位128 位，甚至更寬，但是有多少數(shù)據(jù)位就需要 多少根數(shù)據(jù)線，因此傳送成本高。在集成電路芯片的內(nèi)部，同一插件板上各部 件

24、之間，同一機箱內(nèi)各插件板之間的數(shù)據(jù)傳送都是并行的，如圖 2.1 所示。 東北大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 2 章 系統(tǒng)的理論知識介紹 -7- 1 1 0 0 1 1 0 1 圖 2.1 并行通信 并行數(shù)據(jù)傳送的特點是：各數(shù)據(jù)位同時傳送，傳送速度快、效率高。多用 在實時、快速的場合。并行數(shù)據(jù)傳送只適合用于近距離的通信，通常小于 30m。 2.2.2 串行通信。 串行通信是指通信的發(fā)送方和接收方之間數(shù)據(jù)信息的傳輸是在單根數(shù)據(jù)線 上，以每次一個二進制的 0、1 為最小單位進行傳輸。串行數(shù)據(jù)傳送的特點是： 數(shù)據(jù)傳輸位按位順序進行，最少只需要一根傳輸線即可完成，節(jié)約傳輸線。與 并行通信相比，串行通信還有

25、較為顯著的優(yōu)點，傳輸距離長，可以從幾米到幾 千米。在長距離內(nèi)串行數(shù)據(jù)傳送速率會比并行數(shù)據(jù)傳送快，串行通信的通信時 鐘頻率容易提高，串行通信有較強地抗干擾能力，其信號的互相干擾完全可以 忽略。如圖 2.2 所示。 11001010 圖 2.2 串行通信 1 1 發(fā) 0 送 1 端 0 1 0 1 1 0 0 接 1 收 0 端 1 0 發(fā) 送 端 接 收 端 東北大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 2 章 系統(tǒng)的理論知識介紹 -8- 2.3 異步傳輸和同步傳輸 (1) 異步傳輸方式的特點就是通信的雙方以一個字符（包括特定的附加位） 作為數(shù)據(jù)傳輸單位，并且發(fā)送方傳送字符的間隔是不定的，在傳輸一個字符的

26、時候總是以起始位開始，以停止位結(jié)束。異步傳輸方式的通信格式如圖 2.3 所 示。 圖 2.3 異步傳輸 從圖 2.3 可以看出，一個字符單位除了表示該字符所傳遞的信息的數(shù)據(jù)位 (位長度 5-8 位可自行定義)外，還有若干個附加位，圖中的起始位(一位，恒為 0)，奇偶校驗位(可選擇有無)，停止位(長度可以是 1-2 位，可選，值恒為 1)。 這樣，傳送一個字符必須以起始位為開始，以停止位為結(jié)束，整串比特流稱之 為數(shù)據(jù)幀。 (2) 同步傳輸方式中，比特塊以穩(wěn)定的比特流形式傳輸，數(shù)據(jù)被封裝成更 大的傳輸單位，稱為數(shù)據(jù)幀。每個幀中含有多個字符代碼，而且字符代碼與字 符代碼之間沒有空隙以及起始位和停止位

27、。和異步傳輸相比，數(shù)據(jù)傳輸單位的 加長容易引起時鐘漂移。為了保證接收端能夠正確區(qū)分數(shù)據(jù)流中的每個數(shù)據(jù)位， 收發(fā)雙方必須通過某種方法建立起同步時鐘。 2.4 DF 無線傳輸模塊介紹 DF 數(shù)據(jù)發(fā)射模塊的工作頻率為 315MHz，采用聲表諧振器 SAW 穩(wěn)頻，頻 率穩(wěn)定性極高，當環(huán)境溫度在-25+85之間變化時，頻率飄移僅為 3ppm/。特別適合多發(fā)一收無線遙控及數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。一般的 LC 振蕩器頻率 東北大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 2 章 系統(tǒng)的理論知識介紹 -9- 穩(wěn)定度及一致性較差，即使采用高品質(zhì)微調(diào)電容，溫差變化及振動也很難保證 已調(diào)好的頻點不會發(fā)生偏移。 DF 發(fā)射模塊未設(shè)置編碼集成電

28、路，而增加了一只數(shù)據(jù)調(diào)制三極管 Q1，這 種結(jié)構(gòu)使得它可以方便地和其他固定編碼電路、滾動碼電路及單片機接口，而 不必考慮編碼的工作電壓和輸出幅度信號值的大小。DF 數(shù)據(jù)模塊具有較寬的工 作電壓 312V，當電壓變化時發(fā)射頻率基本不變，和發(fā)射模塊配套的接收模塊 無需任何調(diào)整就能穩(wěn)定地接收。DF 數(shù)據(jù)模塊采用 ASK 方式調(diào)試，以降低功耗， 當數(shù)據(jù)信號停止時發(fā)射電流降為零，數(shù)據(jù)信號與 DF 發(fā)射模塊輸入端可以用電 阻或者直接連接而不能用電容耦合，否則 DF 發(fā)射模塊將不能正常工作。數(shù)據(jù) 電平應(yīng)接近 DF 數(shù)據(jù)模塊的實際工作電壓，以獲得較高的調(diào)制效果。DF 發(fā)射模 塊最好垂直安裝在主板的邊緣應(yīng)離開周

29、圍器件 5mm 以上，以免分布參數(shù)影響。 DF 模塊的傳輸距離與調(diào)制信號頻率及幅度，發(fā)射電壓及電池容量，發(fā)射天線， 接收機的靈敏度，收發(fā)環(huán)境有關(guān)。圖 2.4 為 DF 發(fā)射模塊的電路原理圖。 圖 2.4 DF 發(fā)射模塊電路原理圖 DF 超外差接收模塊的工作電壓為 5V，它為超再生接收電路，接收靈敏度為 105dbm，接收天線最好為 2530cm 的導線，最好能豎立起來。接收模塊本身 不帶解碼集成電路，因此接收電路僅是一種組件，只有應(yīng)用在具體電路中進行 +5V GND DATA 東北大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 2 章 系統(tǒng)的理論知識介紹 -10- 二次開發(fā)才能發(fā)揮應(yīng)有的作用，它可以和各種解碼電

30、路或者單片機配合，DF 模 塊自身輻射極小，加上電路模塊背面網(wǎng)狀接地銅箔的屏蔽作用，可以減少自身 振蕩的泄露和外界干擾信號的侵入。圖 2.5 為超外差接收模塊的電路原理圖。 圖 2.5 超外差接收模塊電路原理圖 2.5 AT89S52 單片機的簡單介紹 2.5.1 內(nèi)部結(jié)構(gòu) AT89 系列單片機是以 Intel 公司的 MCS-51 單片機為核心的部件結(jié)構(gòu)，它 與 8051 其他型號的單片機是兼容的。單片機是把微型計算機的主要部分集成在 一個芯片上的單芯片微型計算機。它的結(jié)構(gòu)和指令都是按照工業(yè)要求設(shè)計的， 也稱為微控制器。AT89 系列單片機的精簡結(jié)構(gòu)如 2.6 所示。 頻率基準源 計數(shù)器 T

31、0/T1 內(nèi)部總線 振蕩 器及定時 電路 8KB 程序存儲 器 ROM 數(shù)據(jù) 存儲器 RAM 2 個 16 位定時 器 CPU 64KB 總線擴 展控制 可編程 I/O 口 48 位 可編程 串行口 東北大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 2 章 系統(tǒng)的理論知識介紹 -11- 控制 并行 I/O 口 串行輸入/輸出 圖 2.6 AT89 單片機簡單結(jié)構(gòu)方框圖 AT89S52 是一種低功耗、高性能 CMOS 8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可 編程 Flash 存儲器。使用 Atmel 公司高密度非易失性存儲技術(shù)制造。片上 Flash 允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，也適合于常規(guī)編程。在單芯片上，擁有靈

32、巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得 AT89S52 為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提 供高靈活、超有效的解決方案。AT89S52 具有以下標準功能： 8K 字節(jié) Flash， 256 字節(jié) RAM，32 位 I/O 口線，看門狗定時器，2 個數(shù)據(jù)指針，三個 16 位定時器/計數(shù)器，一個 6 向量 2 級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘 電路。另外，AT89S52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持 2 種軟件可選擇節(jié)電模 式?？臻e模式下，CPU 停止工作，允許 RAM、定時器 /計數(shù)器、串口、中斷繼 續(xù)工作。掉電保護方式下，RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作

33、停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。AT89S52 型號單片機幾乎涵蓋了所有 結(jié)構(gòu)功能，它的主要功能特點是： (1) 8 位字長 CPU，指令、引腳、與 MCS51 全兼容。 (2) 8KB 系統(tǒng)內(nèi)可編程 Flash 存儲器。 (3) 1000 次擦寫周期。 (4) 4 個 I/O 口共 32 線。 (5) 4.0V5.0V 的工作電源電壓。 (6) 振蕩器和時鐘電路，全靜態(tài)操作，033MHz 。 (7) 3 級程序存儲器鎖存。 (8) 2568B 片內(nèi) RAM。 (9) 3 個可編程定時器：T0、T1 和 T2。 (10) 8 個中斷源。 (11) 全雙工串行口通道。 (12) 低功耗休閑和

34、降壓模式。 (13) ISP 端口，即在線編程。 (14) 定時監(jiān)視器，又稱看門狗。 (15) 雙數(shù)據(jù)指針。 (16) 電源下降標志。 東北大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 2 章 系統(tǒng)的理論知識介紹 -12- 2.5.2 AT89S52 單片機的引腳功能描述 AT89S52 單片機是 MSC-51 系列產(chǎn)品的升級版，由世界著名半導體公司 ATMEL 在購買 MSC-51 設(shè)計結(jié)構(gòu)后，利用自身優(yōu)勢技術(shù)對舊技術(shù)進行改進和 擴展，同時使用新的半導體生產(chǎn)工藝，最終得到成型產(chǎn)品。圖 2.7 是該單片機 引腳排列封裝圖，使用雙列直插 DIP-40 的封裝。 圖 2.7 AT89S52 單片機引腳圖 在單片機

35、的 40 條引腳中有 2 條專用于主電源的引腳，2 條外接晶振的引腳， 4 條控制或與其他電源復用的引腳，32 條 I/O 引腳。部分引腳功能是： (1)主電源引腳 VSS和 VCC Vss或 GND：接地腳。 VCC:電源供電，正常為+5V 電壓。 (2)外接晶振引腳 XTAL1 和 XTAL2 當外接晶體振蕩器時，XTAL1 和 XTAL2 分別接在外接晶體振蕩器的兩端。 片內(nèi)振蕩器由一個單級反相器組成，XTAL1 為反相器的輸入，XTAL2 為輸出。當 采用外部振蕩器提供的時鐘信號時，XTAL1 端作為輸入，而 XTAL2 腳懸浮。 (3)控制引腳 RST、ALE/PROGPSEN、EA

36、/V pp RST：當振蕩器正常工作時，在此引腳上出現(xiàn)兩個機器周期以上的高電平 是單片機復位。而在定時監(jiān)視器定時輸出后，引腳置成高電平并持續(xù) 96 個振蕩 周期。在 VCC掉電期間，此引腳還外接外加的備用電源，以保持內(nèi)部的 RAM 的數(shù) 據(jù)。當 VCC下降到低于規(guī)定的水平，該引腳在規(guī)定的電壓范圍內(nèi)，向內(nèi)部 RAM 提 供備用電源。 ALE：地址鎖存使能端。 東北大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 2 章 系統(tǒng)的理論知識介紹 -13- PSEN：程序存儲器讀選通信號，低電平有效。在外接擴展程序存儲器和數(shù) 據(jù)存儲器時，它們的地址是可以重合的，AT89 系列單片機就是通過相應(yīng)的控制 信號來區(qū)別 P2 口和

37、 P0 口送出的到底是程序存儲器的地址還是數(shù)據(jù)存儲器的地 址。在訪問外部存儲器讀取指令或者常數(shù)時，每個機器周期產(chǎn)生兩個有效信號， 即輸出兩個 PSEN 有效信號，此時地址總線上送出的就是程序存儲器的地址。而 如果訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，不產(chǎn)生兩個 PSEN 信號。同時，在單片機執(zhí)行訪問 內(nèi)部程序存儲器時也不產(chǎn)生兩個這樣的信號。 EA/Vpp：EA 是訪問內(nèi)部或外部程序存儲器的選擇信號。當 EA 保持高電平 時，訪問內(nèi)部程序存儲器。而這時如果還有外部擴展程序存儲器時，CPU 在執(zhí) 行完成內(nèi)部存儲的程序后自動跳轉(zhuǎn)到執(zhí)行外部存儲的程序。而當 EA 保持低電平 時，不管內(nèi)部有無存儲器都只從起始地址開始訪

38、問外部程序存儲器。V PP為 Flash 編程電壓，就是編程者在對片內(nèi)的 Flash 編程時，此引腳施加 Flash 編 程允許的電壓，此電壓一般為 12V。 (4)輸入輸出引腳 P0.0P0.7：P0 口是一個 8 位漏極并行準雙向 I/O 口。在訪問外部擴展存 儲器時，它被定義的是低 8 位的地址/數(shù)據(jù)線，地址和數(shù)據(jù)總線分時復用，此時 需要外接上拉電阻，置“1”激活上拉電阻成高阻抗輸入口。在編程者對片內(nèi) Flash 編程時，P0 接收指令字節(jié)，在驗證程序時則輸出指令字節(jié)，而驗證期間 也要外接上拉電阻。 P1.0P1.7：P1 口自己內(nèi)部已有上拉電阻，也是 8 位準雙向 I/O 口。在進 行

39、 Flash 編程和驗證時，它接收低 8 位地址。 P2.0P2.7：P2 口內(nèi)部也有上拉電阻，是一個 8 位準雙向 I/O 口。在訪問 外部程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器時送出高 8 位地址。用 MOVXDPTR 類指令訪問外 部數(shù)據(jù)存儲器時，P2 口為高 8 位地址；但用 MOVR0 和 MOVR1 類指令訪問外部 數(shù)據(jù)存儲器時，P2 口上的內(nèi)容是 SFR P2 的內(nèi)容。 2.6 串口通信控件 串口通信控件（Microsoft Communications Control，MSComm）是 Microsoft 公司提供的簡化 Windows 下串行通信編程的 ActiveX 控件 6，為應(yīng)用 程序

40、提供了通過串行接口收發(fā)數(shù)據(jù)的簡便方法。MSComm 控件通過串行端口傳 東北大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 2 章 系統(tǒng)的理論知識介紹 -14- 輸和接收數(shù)據(jù)，為應(yīng)用程序提供串行通信功能，而且在串口編程時相對比較方 便，在 VC+ 6.0、VB 、 Delphi 等語言中都可以使用。 MSComm 控件通過串口 端口傳輸和接收數(shù)據(jù)，為應(yīng)用程序提供串行通信功能。它提供下列兩種處理通 信的方式。 2.6.1 MSComm 控件處理通信方式 (1) 事件驅(qū)動方式 事件驅(qū)動通信是處理串行端口交互作用的一種非常有效的方法。在許多情 況下，事件發(fā)生時程序得到通知，例如，在串口接收緩沖區(qū)中有一個字符到達 或一

41、個變化發(fā)生時，程序都可以利用 MSComm 控件的 OnComm 事件捕獲并處 理這些通信事件，OnComm 事件還可以檢查和處理通信錯誤。在程序設(shè)計中， 可以在 OnComm 事件處理函數(shù)中加入自己的處理代碼，一旦事件發(fā)生即可自動 執(zhí)行該程序。這種方法的優(yōu)點是程序響應(yīng)及時，可靠性高。 (2) 查詢方式 在程序的每個關(guān)鍵功能完成后，可以通過檢查 CommEvent 屬性的值來查詢 事件和錯誤。如果應(yīng)用程序較小，并且是自保持的，這種方法可能是更可取。 例如，如果只寫一個簡單的電話撥號程序，則沒有必要對每接收一個字符都產(chǎn) 生事件，因為惟一等待接收的字符是調(diào)制解調(diào)器的“OK”響應(yīng)。查詢方式的編 程可

42、用計時器或 D0Loop 程序?qū)崿F(xiàn) 7。 在軟件中使用的每個 MSComm 控件都與一個串口對應(yīng)。如果在應(yīng)用程序 中需要訪問多個串口，必須使用多個 MSComm 控件?？梢栽?Windows 控制面 板中修改串口地址的中斷地址。 下面一段程序是一個使用數(shù)據(jù)查詢方式接收數(shù)據(jù)的例子。 Private Sub test( ) Dim Instring As String MSComm1.CommPort=1 MSComm1.Settings=”2400,N,8,1” MSComm1.InputLen=0 MSComm1.PortOpen=True MSComm1.Output=”AT”+Chr$(1

43、3) Do 東北大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 2 章 系統(tǒng)的理論知識介紹 -15- DoEvents Loop Until MSComm1.InBufferCount=2 Instring=MSComm1.Input MSComm1.PortOpen=False End Sub 2.6.2 MSComm 控件的常用屬性 (1) CommPort 屬性 語法表達式：MSComm.CommPort=Value，設(shè)置或返回通信端口號，必 須在打開端口之前設(shè)置 CommPort 屬性。 (2) Inpot 屬性 語法表達式 MSComm1.Input，返回并接收緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)。 (3) Inputmo

44、de 屬性 語法表達式：MSComm1.InputMode=Value，設(shè)置或返回接收數(shù)據(jù)的數(shù) 據(jù)類型。 (4) OutPut 屬性 語法：MSComm1.OutPut=Value，向傳輸緩沖區(qū)寫數(shù)據(jù)流。 (5) Settings 屬性 語法表達式：MSComm1.Settings=Value，設(shè)置并返回通信參數(shù)。 (6) PortOpen 屬性 語法表達式：MSComm1.PortOpen=Value，設(shè)置或返回通信端口的狀態(tài)。 2.5 本章小結(jié) 本章首先對通信系統(tǒng)的相關(guān)概念做了簡單的敘述，接著對系統(tǒng)傳輸?shù)拇a型 及相關(guān)編碼方式進行了介紹，給出了同步傳輸方式和異步傳輸方式的概念及各 自優(yōu)缺點。

45、然后對DF收發(fā)模塊的工作原理以圖形界面的方式解釋出來，另外介 紹了單片機，闡明了基于單片機的無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的概念和優(yōu)點。最后對上 位機 Visual Basic 6.0 中最重要的 MSComm控件的相關(guān)屬性給出相關(guān)的解釋。 東北大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 3 章系統(tǒng)的硬件設(shè)計和軟件實 現(xiàn) -16- 第 3 章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計和軟件實現(xiàn) 單片機開發(fā)部分是整個系統(tǒng)開發(fā)流程中重要的一個環(huán)節(jié)，主要任務(wù)是根據(jù) 用戶的需求，準確定義要完成的系統(tǒng)目標，編寫開發(fā)程序并將其寫入單片機中， 從而使單片機的運行符合開發(fā)人員的要求。 3.1 單片機串口結(jié)構(gòu)以及串口設(shè)置 3.1.1 單片機的串口結(jié)構(gòu) AT89 系

46、列單片機本身都具有一個全雙工的 UART 異步串口接口，可以用 于串行異步通信進行數(shù)據(jù)的接受和發(fā)送，還可以作為同步移位寄存器使用。這 個接口電路不是單獨的芯片，而是集成在單片機內(nèi)部作為單片機一個組成部分 的接口電路，它也可以用于網(wǎng)絡(luò)通信。 AT89 單片機的串口主要由發(fā)送緩沖器、發(fā)送控制器、輸出控制門、接收控 制器、輸入移位寄存器、接收數(shù)據(jù)緩存器等組成 8。兩個獨立的接收、發(fā)送緩 沖器(SBUF)屬于特殊功能寄存器。發(fā)送緩沖器只能寫入不能讀出，接收緩存器 只能讀出不能寫入，二者共用一個字節(jié)地址(99H) 。串行口結(jié)構(gòu)示意圖如圖 3.1 所示。 發(fā)送 SBUF(99H) 接收 SBUF(99H)

47、 輸出移位寄存器 TXD 串行 輸出 系統(tǒng) 總線 RXD 串行 輸入 TI（發(fā)送中斷） RI（接收中斷） 移位 時鐘 圖 3.1 串行口結(jié)構(gòu)圖 東北大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 3 章系統(tǒng)的硬件設(shè)計和軟件實 現(xiàn) -17- 串行口有接收和發(fā)送兩個緩沖寄存器。在物理結(jié)構(gòu)上它們是完全獨立的， 都屬于字節(jié)尋址寄存器，但是共用一個相同的字節(jié)地址(99H)。兩個重疊的地址 靠讀和寫指令來進行區(qū)分。串行發(fā)送時 CPU 向緩沖寄存器寫入數(shù)據(jù)，此時地址 自然就表示發(fā)送 SBUF，而在串行數(shù)據(jù)接收時，則為 CPU 從緩沖寄存器讀出數(shù) 據(jù)，此時的 99H 地址就表示接收 SBUF。 3.1.2 串行通信過程 (1)

48、 串行口簡介 串行數(shù)據(jù)接收時，信息從引腳 RXD(P3.1)進入。首先傳送到一個移位寄存 器，這樣的結(jié)構(gòu)避免了在數(shù)據(jù)接收的過程中出現(xiàn)字符幀重疊錯誤，就是前一幀 的數(shù)據(jù)還沒有讀到 CPU 中，后一幀的數(shù)據(jù)已經(jīng)進來，覆蓋前一幀。 使用串行接收以后，串行收、發(fā)的工作主要由串行接口來完成。在發(fā)送時， 由 CPU 執(zhí)行一條寫指令把數(shù)據(jù)寫入發(fā)送緩存器，則啟動串行口一位一位地向外 發(fā)送。與此同時接收端也可以一位一位地接收數(shù)據(jù)，直到把一組數(shù)據(jù)接收完， 送入接收緩存器，然后通知 CPU，CPU 執(zhí)行一條讀指令把接收緩存器的內(nèi)容讀 入。可見，在整個串行收、發(fā)過程中，CPU 操作的時間很少，使得 CPU 還可 以從

49、事其他各種操作，從而大大提高 CPU 的效率 9。 (2) 串行口的控制 串行口的數(shù)據(jù)通信工作主要受 4 個控制寄存器的控制 9，主要的有串行口 控制寄存器(SCON)和電源控制寄存器(PCON),另外中斷允許控制寄存器(IE)控制 了串行口的中斷禁止/允許，中斷優(yōu)先級控制寄存器 (IP)控制串行口中斷的優(yōu)先 級。 SCON 用以設(shè)定串行口的工作模式、接收/發(fā)送控制及設(shè)置狀態(tài)標志，字節(jié)地址 為 98H，可位尋址，位地址為 9FH98H，單片機復位時，所有位全為 0。寄存 器的各位內(nèi)容如表 3.1 所示。 表 3.1 SCON 的內(nèi)容和位地址 位序 7 6 5 4 3 2 1 0 位地址 9FH

50、 9EH 9DH 9CH 9BH 9BH 99H 98H 東北大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 3 章系統(tǒng)的硬件設(shè)計和軟件實 現(xiàn) -18- 位符號 SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI RI SM0 和 SM1:串行方式選擇位。其狀態(tài)組合所對應(yīng)工作方式如 3.2 所列。 表 3.2 串行口工作方式選擇表 SM0 SM1 工作方式 功能 波特率 0 0 方式 0 8 位同步移位寄存器 Fosc/12 0 1 方式 1 10 位 UART 可變(定時器控制) 1 0 方式 2 11 位 UART Fosc/64 或 Fosc/32 1 1 方式 3 11 位 UART 可變(定時器控制

51、) REN:允許/禁止串行接收位。由軟件置位或清“0” 。REN=1 時，允許接收， REN=0 時，禁止接收。例如當從機用于接收數(shù)據(jù)時，使用位操作指令 SETB REN，允許從機接收。 TI:發(fā)送中斷標志。在方式 0 中，發(fā)送完 8 位數(shù)據(jù)后，由硬件置位；在其他 方式中，在發(fā)送完停止位之初由硬件置位。因此 TI 發(fā)送完一幀數(shù)據(jù)的標志，可 以用“JBC TI,rel”指令來查詢是否發(fā)送結(jié)束。TI=1 時，也可以向 CPU 申請中斷， 響應(yīng)中斷后都必須由軟件清除 TI。 RI:接收中斷標志。在方式 0 中，接收完 8 位數(shù)據(jù)后，由硬件置位；在其他 方式中，在接收停止位的中間由硬件置位。同 TI

52、一樣，也可以通過“JBC RI rel”指令來查詢是否接收完一幀數(shù)據(jù)。RI=1 時，也可申請中斷，響應(yīng)中斷后都 必須由軟件清除 RI。 PCON 主要為 CHMOS 型單片機的電源控制而設(shè)置的專用寄存器，不可以 位尋址，字節(jié)地址為 87H。在 HMOS 的 8051 單片機中， PCON 除了最高位以 外其他位都是虛設(shè)的。其中 SMON 是串行口波特率的倍增位。其各位內(nèi)容如 表 3.3 所列。 表 3.3 PCON 的內(nèi)容和位地址 位序 7 6 5 4 3 2 1 0 位地址 87H 86H 85H 84H 83H 82H 81H 80H 位符號 SMOD GF1 GF0 PD IDL 東北大

53、學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 3 章系統(tǒng)的硬件設(shè)計和軟件實 現(xiàn) -19- SMOD 為波特率選擇位。在工作方式 1、工作方式 2 和工作方式 3 時，串 行通信的波特率與 SMOD 有關(guān)。當 SMOD=1 時，通信波特率乘 2，當 SMOD=0 時，波特率不變。另外，串行通道內(nèi)設(shè)有數(shù)據(jù)寄存器，在所有的串行 通信方式中，在寫入緩沖器 SBUF 指令的控制下，將數(shù)據(jù)裝入相同的 9 位移位 寄存器，前面 8 位為數(shù)據(jù)字節(jié)，最后一位是移位寄存器的輸出位，根據(jù)不同的 工作方式自動將“1”或“TB8”的值裝入到移位寄存器的第 9 位，并進行移位 發(fā)送。 (3)波特率的選擇與計算 AT89S52 單片機通過對

54、 SCON 中的 SM0 和 SM1 位進行設(shè)置，可以使串行 通信工作在 4 種方式下。在串行通信中，收發(fā)數(shù)據(jù)的雙方發(fā)送和接收信息的速 率是要有一定約定的，即波特率的約定。其中，方式 0 和方式 2 的波特率是固 定的，而工作方式 1 和工作方式 3 的波特率是可變的 10，由定時器 T1 或 T2 的 溢出率決定。AT89 單片機串行口的 4 種工作方式對應(yīng)了 3 種波特率，由于輸入 的移位時鐘來源不同，各種工作方式的波特率計算公式也是不一樣的。 (a)工作方式 0 和工作方式 2 在工作方式 0 中，波特率為時鐘頻率的 1/12，即 波特率 = fosc/12 (3-1) 這一值是固定不變

55、。 在工作方式 2 中，波特率取決于 PCON 中的 SMOD 值，當 SMOD = 0 時， 波特率為 fosc/64；當 SMOD = 1 時，波特率為 fosc/32。即 波特率 = (3-2)osc64 SMOD (b)工作方式 1 和工作方式 3 在工作方式 1 和工作方式 3 下，波特率由定時器 TI 的溢出率和 SMOD 共 同決定。即 工作方式 1 和工作方式 3 的波特率 = 溢出率 (3-3)TI SMOD32 其中 TI 的溢出率取決于單片機定時器 T1 的計數(shù)速率和定時器的預置位。 當定時器 T1 作波特率發(fā)生器使用時，通常是工作在模式 2，即自動重裝載的 8 位定時器

56、，此時 TL1 做計數(shù)用，自動重裝載的值在 TH1 內(nèi)。設(shè)計數(shù)的預置值為 X，那么每過(256-X)個機器周期，定時器溢出一次。為了避免溢出而產(chǎn)生不必 東北大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 3 章系統(tǒng)的硬件設(shè)計和軟件實 現(xiàn) -20- 要的中斷，此時應(yīng)禁止 T1 中斷。溢出周期為 T = (3-4)256(1Xfosc 所以，波特率為 波特率 = (3-5)256(13Xfosc SMOD 而在實際的應(yīng)用系統(tǒng)中常常要設(shè)定 fosc，且要給出在此波特率的情況下定時 器的初值 X 。則根據(jù)上式，可得出定時器的初始值為 X = (3-6)波 特 率384)1(256SODfosc 下面的一個例子，設(shè)置的波

57、特率為 2400b/s，其用匯編的編程如下： MOV TMOD ,#20H MOV TL1 , #0F4H MOV TH1 , #0F4H SETB TR1 3.1.3 單片機與 PC 機電平轉(zhuǎn)換接口簡介 異步工作模式 USART 是進行產(chǎn)品開發(fā)和系統(tǒng)設(shè)計中最常用的模式，這種 模式就是常說的 RS232C11。其數(shù)據(jù)格式為 1 個起始位、8 或 9 個數(shù)據(jù)位、一個 停止位。在本設(shè)計中我們利用 USART 實現(xiàn)單片機與計算機之間的串行通信。 RS232C 是由美國電子工業(yè)協(xié)會（EIA ）正式公布的，是在異步串行通信中 應(yīng)用最為廣泛的標準總線，它包括了按位穿行傳輸?shù)碾娖骱蜋C械方面的規(guī)定， 適用于數(shù)

58、據(jù)終端設(shè)備（DTE）和數(shù)據(jù)通信設(shè)備（DCE ）之間的接口。RS-232C 標準中所提到的“發(fā)送”和“接收” ，都是站在 DTE 立場上，而不是站在 DCE 的立場上來定義的。由于在計算機系統(tǒng)中，往往是 CPU 和 I/O 設(shè)備之間傳送信 息，兩者都是 DTE，因此雙方都能發(fā)送和接收。 EIA-RS-232C 對電器特性、邏輯電平和各種信號線功能都做了規(guī)定。 在 TXD 和 RXD 上：邏輯 1 為-3-15V、邏輯 0 為 +3+15V； 在 RTS、CTS、DSR、DTR、和 DCD 等控制線上； 信號有效(接通，ON 狀態(tài)，正電壓)為+3+15V； 信號無效(斷開，OFF 狀態(tài)，負電壓)為

59、-3-15V。 RS-232C 是用正負電壓來表示邏輯狀態(tài)，與 TTL 以高低電平表示邏輯狀態(tài) 東北大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 3 章系統(tǒng)的硬件設(shè)計和軟件實 現(xiàn) -21- 的規(guī)定不同，因此，為了能夠同計算機接口或終端的 TTL 器件連接，必須在 RS-232C 與 TTL 電路之間進行電平和邏輯關(guān)系的變換，實現(xiàn)這種變換的方法可 用分立元件，也可用集成電路芯片。目前較為廣泛地應(yīng)用集成電路轉(zhuǎn)換器件， 如 MC1488、 SN75150 芯片可完成 TTL 電平到 EIA 電平的轉(zhuǎn)換，而 MC1489、SN75154 可實現(xiàn) EIA 電平到 TTL 電平的轉(zhuǎn)換，MAX232 芯片可完成 TTL 到

60、 EIA 雙向電平轉(zhuǎn)換。 作為多功能 I/O 卡或主板上提供的 COM1 和 COM2 兩個串行接口的 DB9 連接 器，它只提供異步通信的 9 個信號針腳，各針腳的信號功能描述見圖 3.2。 圖 3.2 DB9 串口引腳 3.2 系統(tǒng)整體設(shè)計 一般單片機的開發(fā)流程是先進行項目評估，為了實現(xiàn)預期的功能，討論初 步技術(shù)開發(fā)方案，據(jù)此出預算，包括可能的開發(fā)成本、樣機成本、開發(fā)耗時等 等。本人最初想實現(xiàn)的是無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，按照系統(tǒng)的要求必須用到無線模 塊，在此之前對于無線模塊了解的不多，所以第一步著手無線模塊的選擇，網(wǎng) 上有許多這方面的內(nèi)容，里面用到的核心芯片是 nRF2401，這款芯片是挪威 N

61、ordic 公司推出的單片 2.4GHz 無線收發(fā)一體芯片。它將射頻、 8051MCU、9 通道 12 位 ADC、外圍元件、電感和濾波器全部集成到單芯片中。Nrf2401 工作 在 2.42.5GHz 的 ISM 自由頻段，能夠在全球無線市場暢通無阻，但是這樣高 的工作頻率并不適用于本文中提及的系統(tǒng)，而且也不具備調(diào)試高頻率所要求的 東北大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 3 章系統(tǒng)的硬件設(shè)計和軟件實 現(xiàn) -22- 實驗器材，所以改用結(jié)構(gòu)簡單、工作在低頻的 DF 無線模塊。 信號的調(diào)制與解調(diào)在通信系統(tǒng)中具有重要的作用，調(diào)制過程是一個頻譜搬 移的過程，它是將低頻信號的頻譜搬移到載頻位置。解調(diào)是調(diào)制的逆

62、過程，既 是將已調(diào)制的信號還原成原始基帶信號的過程。調(diào)制和解調(diào)都是頻譜交換的過 程，必須用非線性元件才能完成。 通信系統(tǒng)可用圖 3.6 所示的框圖來描述，是用來傳輸攜帶信息的波形給接 受者，一般可以分為模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)。數(shù)字通信系統(tǒng)是指將信息 從數(shù)字信源傳輸?shù)浇邮照叩耐ㄐ畔到y(tǒng)。 n(t) m(t) s(t) r(t) m(t) 圖 3.3 通信系統(tǒng)框圖 對數(shù)字通信系統(tǒng)來說，理想的系統(tǒng)應(yīng)該是在一定的發(fā)送能量及信號帶寬的 條件下，輸出端有最小的比特錯誤概率。因此，比特錯誤概率及信號帶寬是重 要的指標。 在原理上，數(shù)字信息可以直接用數(shù)字代碼序列表示和傳輸，并且選用一組 取值有限的離散波形來

63、表示。這些取值離散的波形可以是未經(jīng)調(diào)制的電信號， 也可以是調(diào)制后的信號。未經(jīng)調(diào)制的數(shù)字信號所占據(jù)的頻譜是從 零 頻 或 者很 低頻率開始，稱為數(shù)字基帶信號。數(shù)字基帶信號包括二進制線路碼和多進制信 號，本文用到的是二進制的 ASCII 碼。ASCII(American Standard Code for Information Interchange，美國信息互換標準代碼) 是基于拉丁字母的一套電腦編 程系統(tǒng)。ASCII 碼使用 7 位或 8 位二進制數(shù)字組合來表示 128 或 256 種可能的 字符。標準 ASCII 碼使用 7 位二進制數(shù)來表示所有的大寫和小寫字母，數(shù)字 0 到 9、標點符號

64、，以及在美式英語中使用的特殊控制字符。 3.2.1 主機設(shè)計 在進行無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)設(shè)計之前，必須進行充分的調(diào)研，確定系統(tǒng)開發(fā) 設(shè)計的目的和目標。確定了系統(tǒng)預期的功能后，就應(yīng)該對系統(tǒng)的具體實現(xiàn)進行 分析，分析設(shè)計的關(guān)鍵在于系統(tǒng)功能的認識和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計、系統(tǒng)單片 機及關(guān)鍵芯片的選型、系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)的確定和軟硬件功能的劃分，使所選器件 信號 處理 載波 電路 傳輸媒介 (信道) 道) 載波 電路 信號 處理 東北大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 3 章系統(tǒng)的硬件設(shè)計和軟件實 現(xiàn) -23- 能實現(xiàn)系統(tǒng)的預期功能。本文中用到 proteus 7.1 作為系統(tǒng)仿真與開發(fā)平臺，在 ISIS 環(huán)境下繪制原理

65、圖，并進行仿真處理。 主機部分的功能是在外部按鍵觸發(fā)下，單片機通過發(fā)射模塊向外部發(fā)送數(shù) 據(jù)，proteus 7.1 元件庫中缺少發(fā)送模塊，在繪圖的過程中自己制作一對發(fā)射模 塊并添加到元件庫里，原理圖如 3.4 所示。 圖 3.4 主機原理圖 3.2.2 從機設(shè)計 從機部分實現(xiàn)的功能是：單片機通過無線接收模塊接收主機發(fā)送來的信息， 每接收到一次信息，發(fā)送字符串“receiving from AT89S52,charming Chinese，splendid expo”到 PC 機上，然后 PC 機上調(diào)用 Visual Basic 編寫的串 口調(diào)試工具顯示收到的數(shù)據(jù)，從機部分的電路原理圖如 3.5

66、 所示： 東北大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 3 章系統(tǒng)的硬件設(shè)計和軟件實 現(xiàn) -24- 圖 3.5 從機部分電路圖 3.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計 短距離無線數(shù)據(jù)通信的總體設(shè)計，如圖 3.6 所示。 315MHz 圖 3.6 系統(tǒng)總體設(shè)計 無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)某绦蛑饕ㄖ鳈C的發(fā)射程序和從機部分接收程序以及計 算機上的顯示程序，主機發(fā)送的主要是按鍵判斷程序和數(shù)據(jù)發(fā)送程序，主機程 序流程圖如 3.7 所示。 測試數(shù)據(jù) 控制芯片 AT89S52 DF 無線發(fā)線 數(shù)據(jù)發(fā)模塊 計算窗口 數(shù)據(jù)顯示顯示 控制芯片 AT89S52 DF 無線接收 數(shù)據(jù)模塊 東北大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 3 章系統(tǒng)的硬件設(shè)計和軟件實 現(xiàn) -25- 初始化單片機 開外部中斷 外部按鍵是否按下 發(fā)送結(jié)束 ？ 讀取緩沖區(qū)數(shù)據(jù) Y N Y 圖 3.7 主機部分流程圖 從機作為接收機，通過無線模塊傳送過來的字符數(shù)據(jù)，然后進行核對如果 接收數(shù)據(jù)正確，就發(fā)送字符串到 PC 機，從機程序流程圖如 3.8 所示。 初始化單片機 開接收中斷 接收主機信號 發(fā)送結(jié)束 ？ 讀取字符串 Y N Y 圖 3.8 從機部分流程圖 東北大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文）