基于单片机的智能遥控窗帘系统设计.doc

本科毕业设计 基于单片机的智能遥控窗帘系统设计 目目 录录 摘 要 1 ABSTRACT: .1 1 前言.1 1.1 国内外的发展现状.1 2 总体方案设计.2 2.1 方案论证与比较.2 2.1.1 直流电机驱动.2 2.1.2 液晶显示.3 2.1.3 无线遥控.5 2.2 80C51 单片机 6 3 系统设计.7 3.1 总体设计.7 4.系统各功能模块设计 9 4.1 无线发射接收功能模块.9 4.2 直流电机驱动模块11 4.3 液晶显示模块13 4.4 无线遥控模块18 4.4.1 ShockBurstTM 模式.19 4.4.2 发送流程19 4.4.3 接收流程19 4.4.4 节能模式20 4.4.5 SPI 接口配置20 4.5 风力传感器模块21 4.6 光传感器模块22 4.7 位置传感器模块23 5 软件设计23 6 系统调试28 6.1 自制光源调试28 6.2 风速测试 .28 本科毕业设计 I 6.3 光强度测试29 7 结论与展望29 参考文献 .30 致谢 .30 附录 131 附录 233 本科毕业设计 0 智能遥控窗帘系统设计 摘摘 要要：该系统为窗自动控制系统，可以根据各种条件手动或自动控制窗及窗帘的开 度。利用无线遥控实现窗的开关及窗帘的开度的控制及实现开度显示（顺序实现窗帘 的“全关位置 1位置 2全开位置 2位置 1全关” ，每两种开度操作之间间隔 一定时间，存储这个过程，可重复实现这个过程） ；利用光敏器件，根据不同的环境照 度实现窗帘的四种开度。另外可增加温度风力雨水传感器，自动实现窗的开关。 关键词：关键词：无线遥控 液晶显示 直流电机 TheThe DesignDesign ofof IntelligentIntelligent RemoteRemote ControlControl CurtainCurtain SystemSystem Abstract: The system for the automatic control window, according to various conditions can be manual or automatic control window and the curtains opening. The realization of the use of wireless remote control switch and the curtains of the window opening of the control and the achievement of opening show (the curtain order to achieve “full draw - Position 1 - Position 2 full draw back - Position 2 - Position 1 full draw,“ every two Opening a certain time interval between the operation and storage of this process can repeat this process to achieve) The use of photosensitive devices, according to the environment to achieve illumination of the four opening curtain. In addition to increase the temperature wind rain sensor, automatically switch the window. KeyKey words:words: wireless remote control LCD DC motor 本科毕业设计 0 1 前言 随着社会经济的发展和人们生活观念的改变，宽大窗户的办公和生活建筑越来越 多，这种建筑结构美观，采光良好。但是，窗户的高度或者宽度超过 4 米以后手拉窗 帘却比较困难而现在的房地产开发商几乎却都没有为用户考虑这个问题，使一些高 档住宅反而带来了生活上的不便解决这个问题的方法是使用窗帘机。 窗帘机是专门为高大的窗户设计的窗帘控制装置，根据功能不同可以分为电动、 遥控、自动和智能等多种规格。电动窗帘机是通过窗帘机上的控制按键操作窗帘开合 的一种最简单的窗帘机，仅仅解决了手拉窗帘的问题，可还需要人来近距离操作，电 动窗帘机使一些超高、超宽窗帘的操作变得比较容易。但因为这种窗帘机技术含量低， 基本上没有厂家作大规模工业化生产；遥控窗帘机可以远距离操作窗帘的开合，使用 更为方便，主要 品牌有福建龙岩的飞鸿牌，北京的龙华和广州的创明等，还有一些国外品牌的产 品。自动窗帘机具有自动控制功能，使窗帘天亮自动打开，天黑自动关闭，使用更为 方便。但笔者还没有在市场上见到产品。智能窗帘机同时具有手动、遥控和自动功能， 可以满足用户各种情况下的使用要求，是一种更为先进的窗帘控制装置。 各种窗帘机因为功能和价格的不同，用户可根据自己的要求选用。下面以兰州的 奥兰 AL-CK01 智能窗帘机为例作简略的介绍。 奥兰 AL-CK01 智能窗帘机和通用的槽型窗帘轨道配套，安装方便，体积小巧，工 作可靠，可在各种使用窗帘的场合实现开关窗帘的自动控制、手动控制和红外遥控。 1.1 国内外的发展现状 遥控电动窗帘在最近几年被广泛应用于高级智能公寓和私人别墅。随着高科技的 进步，近年又出现了直线电机新技术，直线电机技术作为一项高新技术自问世以来， 就受到社会各界广泛关注。并以它自身的技术特点迅速改变人们对传统事物的看法。 电动窗帘的技术革新磁驱直线电动窗帘机 直线电机与传统旋转式电机相比在很多领域显示了无可比拟的优势。如机场的物 流线、自动感应门、邮政分拣系统、上海的磁悬浮列车、计算机磁盘定位系统、离子 加速器等，而将它应用在电动帘机方面则使该行业进入了一个新阶段磁驱直线电 动窗帘机，简直就是电动窗帘行业的新革命。 磁驱直线电动窗帘机直接利用磁驱动的力量驱动电机进行往返动作，带动窗帘作 来回往返运动实现窗帘的开合。运行中电机与轨道运行无接触，减少了机械故障，降 低了噪音，确保了运行的可靠性，从而改变了人们对于传统电动窗帘机易发生故障， 易脱位、不安全，不可靠、使用寿命短的认识。 磁驱直线电动窗帘机与传统旋转式电机产品的区别在于它舍弃了大量复杂的机械 传动机构（不用滑轮及钢丝绳组件及相应的定位装置） ，减少了大量易损部件。使之设 计更紧凑、结构更合理、外观更精美、可靠性更好、安全性更高、使用寿命更长（达 到 50000 次以上） 。 本科毕业设计 1 磁驱电动窗帘机利用了磁浮（驱）原理制作的运行机构，所以在运行时电机无噪 音、轻便、快捷；这是传统产品所无法相比的，同时既可手控也可遥控，与手拉式窗 帘机及传统电动窗帘机的易掉线、易卡位、易损坏等相比较，它的优势是不言而喻的， 今后必将成为当今高档住宅、宾馆、智能大厦、多媒体中心、私家别墅等的首选自动 化窗饰1。 2 总体方案设计 2.1 方案论证与比较 2. .1. .1 直流电机驱动 永磁直流电动机是由一块或多块永磁体建立磁场的直流电动机，可以由改变电枢 电压来方便地调速。具有体积小、效率高、结构简单、用铜量少等优点。一般情况下， 永磁直流电动机不允许在额定电压下反接制动运行，否则会造成永磁体退磁；如确有 必要作这种方式运行时，要加限流电阻，以限制电流过大。 根据所用的永磁材料不同，永磁直流电动机分为铝镍钴永磁直流电动机、铁氧体 永磁直流电动机和稀土永磁直流电动机。铝镍钴永磁直流电动机需要消耗大量的贵重 金属、价格较高，但对高温的适应性好，用于环境温度较高或对电动机的温度稳定性 要求较高的场合。铁氧体永磁直流电动机以廉价见长，且性能良好，广泛用于家用电 器、汽车、玩具、电动工具等领域。用稀土永磁材料作磁极制的稀土永磁直流电动机， 体积小且性能更好，但价格昂贵，主要用于航天、计算机、井下仪器等。但近些年出 现了新一代稀土永磁直流电动机钕铁硼永磁直流电动机，由于我国拥有世界 80以 上蕴藏量的钕矿资源，因此在价格上具有得天独厚的优势，高性能钕铁硼永磁材料性 价比大幅提升，使质优、价廉的钕铁硼永磁直流电动机在产业化生产中得到了广泛的 应用，同时也促进永磁直流电动机的性能与结构迅速发展。 一、选用永磁直流电动机的一般原则： （1）类型的选择 宜优先选用效率高、价格便宜、温升低的铁氧体永磁直流电动机。只有当对性 能要求严格、体积小、环境温度较高时才考虑选用铝镍钴永磁直流电动机或稀土永磁 直流电动机。 （2）合理选择电动机的功率 电动机输出的最大功率是有限度的，如果电动机的功率选择过小，负载超过了 电动机的额定输出功率就会发生电动机过载，过载时会出现电动机发热、振动、转速 下降、声音异常等现象，严重过载时，将会烧毁电动机。而功率过大，则会造成经济 浪费。因此合理选择电动机的功率是很重要的。 （3）规格选择 往往由于实际生产的产品规格不多，给选用产品增加困难。在选择产品规格时 可考虑：在电源电压可调的场合，可按实际需要选择转矩、转速与产品相应的额定值 接近的规格，通过改变电压得到所需转速；在电源电压固定的场合，如果没有适当规 本科毕业设计 2 格的产品可供选用时，可先按转矩选择适当规格，而产品的电压与转速之间可作适当 调整。 二、永磁直流电动机在应用时应注意： （1）如果产品没有特别说明，一般情况下（例如铝镍钴永磁直流电动机或铁 氧体永磁直流电动机）永磁直流电动机都不允许在额定电压下反接制动运行，否则会 造成永磁体退磁；如确有必要作这种方式运行时，要加限流电阻，以限制电流过大。 （2）按以下步骤对电机好坏进行初步的检查： 首先检查电机的外观：应无划痕、碰伤和涂镀层脱落；然后转动转轴，应能灵 活转动，无明显的卡壳现象。检查电动机的接线是否牢固，并通电运行。电动机在旋 转的过程中应不存在着摩擦，其中最突出的是轴承摩擦。轴承磨损后会发出不正常声 音，出现局部过热温升现象。 （3）更换电刷时，要清理周围的电炭粉尘，并用酒精、汽油清洗换向器，换 用新电刷时，要注意先进行空载磨合。 （4）注意电动机因电流过大、温度变化及拆装时磁路开路而引起的永磁体退 磁，尤其对于铝镍钴永磁电动机，拆装时要对永磁磁路进行磁短路保护，否则退磁后 要另外充磁2。 2.1.22.1.2 液晶显示 这里介绍的字符型液晶模块是一种用 5x7 点阵图形来显示字符的液晶显示器，根 据显示的容量可以分为 1 行 16 个字、2 行 16 个字、2 行 20 个字等 1602 采用标准的 16 脚接口，其中:第 1 脚：VSS 为地电源,第 2 脚：VDD 接 5V 正电源第 3 脚：V0 为液晶显 示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高，对比度过高时 会产生“鬼影” ，使用时可以通过一个 10K 的电位器调整对比度。第 4 脚：RS 为寄存器 选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。第 5 脚：RW 为读写信号 线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当 RS 和 RW 共同为低电平时可以写 入指令或者显示地址，当 RS 为低电平 RW 为高电平时可以读忙信号，当 RS 为高电平 RW 为低电平时可以写入数据。第 6 脚：E 端为使能端，当 E 端由高电平跳变成低电平时， 液晶模块执行命令。第 714 脚：D0D7 为 8 位双向数据线。第 1516 脚：空脚。 1602 液晶模块内部的字符发生存储器（CGROM)已经存储了 160 个不同的点阵字 符图形，如图 1 所示，这些字符有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、 和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码。 本科毕业设计 3 图 1 中文字符代码与字符图形对应关系 Figure 1 Chinese character code and character graphics corresponding to the relationship 1602 液晶模块内部的控制器共有 11 条控制指令，如表 1 所示， 本科毕业设计 4 表 1 1602 液晶模块的 11 条控制指令 Table 1 1602 LCD module 11 control commands 指令 RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D0 清显示 0000000001 光标返回 000000001* 置输入模式 00000001I/Ds 显示开/关控制 0000001DCB 光标或数字移位 000001S/CR/L* 置功能 00001DLNF* 置字符发生吃存贮器地址 0001 字符发生存贮器地址(AGG) 置数据存贮器地址 001 显示数据存贮器地址（ADD） 读忙标志或地址 01BF 计数器地址（AC） 写数据到 CGRAM 或 DDRAM 10 要写的数 从 CGRAM 或 DDRAM 读数 11 读出的数据 DM-162 液晶显示模块可以和单片机 AT89C51 直接接口，电路如图 2 所示。 图 2 液晶模块与单片机 AT89C51 直接接口 Figure 2 Single-chip LCD module with a direct interface AT89C51 液晶显示模块是一个慢显示器件，所以在执行每条指令之前一定要确认模块的 忙标志为低电平，表示不忙，否则此指令失效。要显示字符时要先输入显示字符地址， 也就是告诉模块在哪里显示字符6。 2.1.32.1.3 无线遥控 无线遥控,采用 nRF905 无线模块 CRM905ANC，GFSK 调制收发合一的方式传送数据 多频道应用兼容 ETSI/FCC 频道切换时间小于 650us,接收灵敏度高达-100dBm，数据 传输时需外接 433MHz50 欧天线。数据传输速率可达 100kbps。工作电压必须控制在 本科毕业设计 5 1.9-3.6V. nRF905 单片无线收发器工作在 433/868/915MHz 的 ISM 频段由一个完全集成的频率 调制器一个带解调器的接收器一个功率放大器一个晶体振荡器和一个调节器组成 ShockBurst 工作模式的特点是自动产生前导码和 CRC 可以很容易通过 SPI 接口进行编 程配置。 nRF905 是挪威 Nordic 公司推出的单片射频发射器芯片，工作电压为 1.9- 3.6V，32 引脚 QFN 封装（5mm5mm） ，工作于 433/868/915MHz3 个 ISM 频道（可以免费 使用） 。nRF905 可以自动完成处理字头和 CRT（循环冗余码校验）的工作，可由片内硬 件自动完成曼彻斯特编码/解码，使用 SPI 接口与微控制器通信，配置非常方便，其功 耗非常低，以-10dBm 的输出功率发射时电流只有 11mA，在接收模式时电流为 12.5mA。nRF905 传输数据时为非实时方式，即发送端发出数据，接收端收到后先暂存 于芯片存储器内，外面的 MCU 可以在需要时再到芯片中去取。nRF905 一次的数据传输 量最多为 32B，由四种模式，通过单片机来配置，nRF905 的两种工作模式和两种节能 模式，分别为掉电模式、待机模式、ShockBurst TM 接收模式和 ShockBurst TM 发送模 式，这几种模式由外界 CPU 通过控制 nRF905 的 3 个引脚 PWR_UP、TRX_CE 和 TX_EN 的 高低电平来决定，外界 MCU 通过 SPI 总线配置 nRF905 的内部寄存器，读写数据时必须 把其置为待机或掉电模式，nRF905 在待机模式时功耗为 40A，在掉电模式时功耗为 2.5A3。 另一种无线数传模块是 JZ863，是一种短距离无线数据传输产品，它体积小，功耗 低，稳定性及可靠性极高，能方便为用户提供双向的数据信号传输、检测和控制。但 是内部没有空闲模式与关机模式，不利于实现节能，所以选择 nRF905。 nRF905 片内集成了电源管理、晶体振荡器、低噪声放大器、频率合成器功率放大 器等模块，曼彻斯特编码/解码由片内硬件完成，无需用户对数据进行曼彻斯特编码， 因此使用非常方便。 2.2 80c51 单片机 80C51 是 INTEL 公司 MCS-51 系列单片机中最基本的产品，它采用 INTEL 公司可靠 的 CHMOS 工艺技术制造的高性能 8 位单片机，属于标准的 MCS-51 的 HCMOS 产品。它结 合了 HMOS 的高速和高密度技术及 CHMOS 的低功耗特征，它继承和扩展了 MCS-48 单片 机的体系结构和指令系统。 80C51 内置中央处理单元、128 字节内部数据存储器 RAM、32 个双向输入/输出 (I/O)口、2 个 16 位定时/计数器和 5 个两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内 时钟振荡电路。 此外，80C51 还可工作于低功耗模式，可通过两种软件选择空闲和掉电模式。在 空闲模式下冻结 CPU 而 RAM 定时器、串行口和中断系统维持其功能。掉电模式下，保 存 RAM 数据，时钟振荡停止，同时停止芯片内其它功能。80C51 有 PDIP(40pin)和 PLCC(44pin)两种封装形式。 本科毕业设计 6 STC89C51 可以代替 AT89C51，功能更强，速度更快，寿命更长，价格更低。 外型： 40 个引脚，双列直插 DIP-40。STC89C51 可以完成 ISP 在线编程功能，而 AT89C51 则不 能。 将 AT89C51 中的程序直接烧录到 STC89C51 中后，STC89C51 就可以代替 AT89C51 直接工作（一般都不需要做任何改动即可正常工作） 。 STC 推出的系列 51 单片机芯片 是全面兼容其它 51 单片机的，而 51 单片机是主流大军，每一个高等院校、普通学校、 网站、业余单片机培训都是以 51 单片机为入门教材的。STC89C51 内部有 EEPROM，可 以在程序中修改，断电不丢失。还增加了两级中断优先级，等等5。 3 系统设计 3.1 总体设计 通过控制直流永磁电机的参数，可实现电机的正转或反转，即窗帘的拉起或放下。 由于本设计方案要求，系统可根据光照程度的不同（光源自制，由三个发光二极管组 成，由单片机设定不同的发光方式） ，设定窗帘的开度不同，共四种位置（全开位置 一位置二全关） ，且由于系统中含有存储单元，四种位置可重复实现。该系统并且 加入风力及雨水传感器，系统可根据传感器发回的数据，控制窗的开度。当风力达到 一定参数时，窗会自动关闭，或当雨量达到设定值时，窗也自动关闭。此外，该且此 系统外加无线遥控装置，可在一定范围内对窗及窗帘进行控制。 本科毕业设计 7 图 3.1 总体设计框图 Figure 3.1 Design diagram 单 片 机 窗帘电 机 窗户控 制 位置传感 器 雨水传感 器 光传感器 无线收发 风传感器 单 片 机 键盘 液晶显示 无线收发 本科毕业设计 8 4.系统各功能模块设计 4.1 无线发射接收功能模块 nRF905 在使用中，根据不同需要，其电路图不尽相同，图 4.1 所示为典型的应用 原理图，该电路天线部分使用的是 50 单端天线。在 nRF905 的电路板设计中，也可 以使用环形天线，把天线布在 PCB 板上，这可减小系统的体积。 nRF905 通过 SPI 接口和微控制器进行数据传送，通过 ShockBurstTM 收发模式进行 无线数据发送，收发可靠，使用方便，在工业控制、消费电子等各个领域都具有广阔 的应用前景4。 图 4.1 带有外部元件的 nRF905 Figure 4.1 with the external components nRF905 本科毕业设计 9 表 2 Nrf905 快速参考数据 Table 2 Quick reference data of Nrf905 参数数值单位 最低工作电压 1.9V 最大发射功率 10dBm 最大数据传输率 100kbps 输出功率为-10dBm 时工作电流 11mA 接收模式时工作电流 12.5mA 温度范围 -40to+80 典型灵敏度 -100dBm POWERDOWN 模式时工作电流 2.5uA 引脚介绍 表 3：nRF905 引脚 Table 3: the pin of nRF905 引脚名称引脚功能描述 1TRX_CE 数字输入使 nRF905 处于发送或接收状态 2PWR_UP 数字输入工作状态选择 3uPCLK 时钟输出输出时钟 4VDD 电源电源正端 5VSS 电源电源地 6CD 数字输出载波检测 7AM 数字输出地址匹配 8DR 数字输出数据准备好 9VSS 电源电源地 10MISO SPI 输出SPI 输出 11MOSI SPI 输入SPI 输入 12SCK SPI 时钟SPI 时钟 13CSN SPI 片选SPI 片选，低有效 14XC1 模拟输入晶振输入引脚 1 15XC2 模拟输出晶振输入引脚 2 16VSS 电源电源地 17VDD 电源电源正端 18VSS 电源电源地 19VDD_PA 输出电源给功率放大器提供 1.8 伏电压 20ANT1 射频天线接口 1 21ANT2 射频天线接口 2 22VSS 电源电源地 23IREF 模拟输入参考输入 24VSS 电源电源地 25VDD 电源电源正端 26VSS 电源电源 27VSS 电源电源地 本科毕业设计 10 28VSS 电源电源地 29VSS 电源电源地 30VSS 电源电源地 31DVDD_1V2 电源低电压正数字输出 32TX_EN 数字输入等于 1，发送模式；等于 0，接受模式 nRF905 有两种工作模式和两种节能模式。两种工作模式分别是 ShockBurstTM 接收 模式和 ShockBurstTM 发送模式，两种节能模式分别是关机模式和空闲模式。nRF905 的 工作模式由 TRX_CE、TX_EN 和 PWR_UP 三个引脚决定，详见表 4，应用电路图见图 4.2。 表 4：nRF905 工作模式 Table 4: nRF905 the mode of nRF905 PWR_UPTRX_CETX_EN 工作模式 0 关机模式 10 空闲模式 110 射频接收模式 111 射频发送模式 C10 3.9PF C13 33pf 22 VDD 16 23 R7 10K 21 VDD 13 3 2 DR REX_CE AM P-0.0 L3 12nH 12 VSS DVDD_1V2 RFLO VSS C9 22PF 17VDD 1 8 C19 4.7nf TX_EN 7 P-WIRELESS P-0.7 SW3 SW KEY-SPDT 15 VSS VSS ANT2 1 31 P-0.6 R8 10K ANT1 24 26 C20 20nf 16 10 nRF905 P-0.5 VDD VSS 32 C17 10nf Y3 16MH VDD VDD SPI CSN 911 15 25 12 CD 18 28 5 MOSI C8 22PF VSS 2 VSS 1012 IREF 29 C16 3.3pf 27 R6 10K 4 SCK VDD_C C12 3.9PF 7 19 VSS P-0.4 R10 22K C3 37PF 1 VSS MISO 11 VDD_C XC1 I2 P-0.3 VDD L2 12nH 1 2 14 L1 12nH 129 VDD_PA P-0.2 R9 1M C15 C 6 13 30 C18 33pf 6 2 XC2 PWR_UP 4 5 C11 3.9PF VSS 14 VSS C14 33pf 3 P-0.1 8 uPCLK C21 47uf 20 图 4.2 nRF905 无线收发电路 Figure 4.2 nRF905 wireless transceiver circuit 4.2 直流电机驱动模块 直流电机的驱动用的是 L293D 芯片，它是推拉 4 通道驱动带二极管，600mA 输出电 流每通道。2A 峰值输出电流每通道(不可重复，估计将会损坏) 。温度过高保护。 逻 辑“0“输入电压为 1.5V,可以免除 1.5V 以下的干扰。L293D 内置钳位二极管。L293D 是 本科毕业设计 11 单块集成电路，高电压，高电流，四通道驱动，设计用来接受 DTL 或者 TTL 逻辑电平， 驱动感性负载(比如 继电器，直流和步近马达)，和开关电源晶体管。简单的使用是作 为 2 个桥，一对通道连接起来有一个使能输入。 分离的输入引脚提供某种逻辑，允许 用低电压操作，并且 还包括内置的钳位二极管9。 这个设备适用于高达 5KHz 的开关 应用。L293D 是 16 引脚塑料封装，中间的 4 个引脚是短路的（为了散热） U1 80C51 29 30 40 31 19 18 9 39 38 37 36 35 34 33 32 1 2 3 4 5 6 7 8 21 22 23 24 25 26 27 28 10 11 12 13 14 15 16 17 PSEN ALE VCC EA X1 X2 RST P0.0/AD0 P0.1/AD1 P0.2/AD2 P0.3/AD3 P0.4/AD4 P0.5/AD5 P0.6/AD6 P0.7/AD7 P1.0/T2 P1.1/T2EX P1.2/ECI P1.3/CEX0 P1.4/CEX1 P1.5/CEX2 P1.6/CEX3 P1.7/CEX4 P2.0/A8 P2.1/A9 P2.2/A10 P2.3/A11 P2.4/A12 P2.5/A13 P2.6/A14 P2.7/A15 P3.0/RXD P3.1/TXD P3.2/INT0 P3.3/INT1 P3.4/T0 P3.5/T1 P3.6/WR P3.7/RD P0.7 Y2 11.0592 P0.0 R1 10K P0.1 Q1 C1 30pF P0.2 C4 10uF + M1 5v R2 47k SW1 -P0.3 M C2 30pF 7.2v U2 L293D 2 7 10 15 1 9 3 6 11 14 16 8 IN1 IN2 IN3 IN4 EN1 EN2 OUT1 OUT2 OUT3 OUT4 VSS VS R4 1k P0.4 P0.5 1KR-PACK 116 215 314 413 512 611 710 89 P0.6 VCC 图 4.3 80C51 与 L293D 连接电路 Figure 4.3 80C51 with circuitry to connect L293D 本科毕业设计 12 图 4.4 L293D 与直流电动机连接电路 Figure4.4 L293D connection with the DC motor circuit 4.3 液晶显示模块 我们知道文本文件中每一个字符都是用一个字节的代码记录的。一个汉字是用两 个字节的代码记录。在 PC 上我们只要打开文本文件就能在屏幕上看到对应的字符是因 为在操作系统里和 BIOS 里都固化有字符字模。什么是字模？就代表了是在点阵屏幕上 点亮和熄灭的信息数据。例如“A”字的字模： 01110 10001 10001 10001 11111 10001 10001 上图左边的数据就是字模数据，右边就是将左边数据用“”代表 0，用“”代 表 1。看出是个“A”字了吗？在文本文件中“A”字的代码是 41H，PC 收到 41H 的代码 后就去字模文件中将代表 A 字的这一组数据送到显卡去点亮屏幕上相应的点，你就看 到“A”这个字了。 刚才我说了想要在 LCD1602 屏幕的第一行第一列显示一个“A“字,就要向 DDRAM 的 00H 地址写入“A”字的代码 41H 就行了，可 41H 这一个字节的代码如何才能让 LCD 模 块在屏幕的阵点上显示“A”字呢？同样，在 LCD 模块上也固化了字模存储器，这就是 CGROM 和 CGRAM。HD44780 内置了 192 个常用字符的字模，存于字符产生器 本科毕业设计 13 CGROM(Character Generator ROM)中，另外还有 8 个允许用户自定义的字符产生 RAM， 称为 CGRAM(Character Generator RAM)。 那么如何对 DDRAM 的内容和地址进行具体操作呢，下面先说说 HD44780 的指令集 及其设置说明，请浏览该指令集，并找出对 DDRAM 的内容和地址进行操作的指令。 共 11 条指令： 1. 清屏指令如图 4.5 所示 图 4.5 清屏指令 Figure 4.5 clean screen instructions 功能： 清除液晶显示器，即将 DDRAM 的内容全部填入“空白“的 ASCII 码 20H; 光标归位，即将光标撤回液晶显示屏的左上方; 将地址计数器(AC)的值设为 0。 2.光标归位指令如图 4.6 所示 图 4.6 光标归位指令 Figure 4.6 places the cursor to the command 功能： 把光标撤回到显示器的左上方; 把地址计数器(AC)的值设置为 0; 保持 DDRAM 的内容不变。 3.进入模式设置指令，如图 4.7 所示 图 4.7 模式设置指令 Figure 4.7 Set command mode 功能：设定每次定入 1 位数据后光标的移位方向，并且设定每次写入的一个字符是否 移动。参数设定的 情况如下所示： 位名 设置 I/D 0=写入新数据后光标左移 本科毕业设计 14 1=写入新数据后光标右移 S 0=写入新数据后显示屏不移动 1=写入新数据后显示屏整体右移 1 个字符 4.显示开关控制指令如图 4.8 所示 图 4.8 显示开关控制指令 Figure 4.8 shows switch control commands 功能：控制显示器开/关、光标显示/关闭以及光标是否闪烁。参数设定的情况如下： 位名 设置 D 0=显示功能关 1=显示功能开 C 0=无光标 1=有光标 B 0=光标闪烁 1=光标不闪烁 5.设定显示屏或光标移动方向指令如图 4.9 所示 图 4.9 设定显示屏或光标移动方向指令 Figure 4.9 Set the direction of the screen or move the cursor commands 功能：使光标移位或使整个显示屏幕移位。参数设定的情况如下： S/C R/L 设定情况 0 0 光标左移 1 格，且 AC 值 减 1 0 1 光标右移 1 格，且 AC 值 加 1 1 0 显示器上字符全部左移一 格，但光标不动 1 1 显示器上字符全部右移一 格，但光标不动 6.功能设定指令如图所示 本科毕业设计 15 图 4.10 功能设定指令 Figure 4.10 Setup instructions 功能：设定数据总线位数、显示的行数及字型。参数设定的情况如下： 位名 设置 DL 0=数据总线为 4 位 1=数据 总线为 8 位 N 0=显示 1 行 1=显示 2 行 F 0=57 点阵/每字符 1=510 点阵/每字符 7.设定 CGRAM 地址指令如图所示 图 4.11 设定 CGRAM 地址指令 Figure 4.11 Instruction Set CGRAM Address 功能：设定下一个要存入数据的 CGRAM 的地址。 8.设定 DDRAM 地址指令 图 4.12 设定 DDRAM 地址指令 Figure 4.12 Instruction Set DDRAM Address 功能：设定下一个要存入数据的 CGRAM 的地址。 9.读取忙信号或 AC 地址指令如图所示 本科毕业设计 16 图 4.13 读取忙信号或 AC 地址指令 Figure 4.13 to read busy signal or AC address command 功能： 读取忙碌信号 BF 的内容，BF=1 表示液晶显示器忙，暂时无法接收单片机送 来的数据或指令; 当 BF=0 时，液晶显示器可以接收单片机送来的数据或指令; 读取地址计数器(AC)的内容。 10.数据写入 DDRAM 或 CGRAM 指令一览如图 图 4.14 数据写入 DDRAM 或 CGRAM 指令 Figure 4.14 DDRAM or CGRAM data write command 功能： 将字符码写入 DDRAM，以使液晶显示屏显示出相对应的字符; 将使用者自己设计的图形存入 CGRAM。 11.从 CGRAM 或 DDRAM 读出数据的指令一览如图 图 4.15 从 CGRAM 或 DDRAM 读出数据的指令 Figure 4.15from CGRAM or DDRAM read instructions 功能：读取 DDRAM 或 CGRAM 中的内容。 基本操作时序： 读状态 输入：RS=L，RW=H，E=H 输出：DB0DB7=状态字 写指令 输入：RS=L，RW=L，E=下降沿脉冲，DB0DB7=指令码 输出：无 读数据 输入：RS=H，RW=H，E=H 本科毕业设计 17 输出：DB0DB7=数据 写数据 输入：RS=H，RW=L，E=下降沿脉冲，DB0DB7=数据 输出：无 5 P2.3 SW1 P2.0 6 P2.1 VCC C2 30pF 7 P2.5 P1.1 8 P2.6 P0.3 1KR-PACK 116 215 314 413 512 611 710 89 9 P2.7 P0.4 VCC P2.4 Y2 11.0592 P0.5 P2.2 P0.6 R1 10K P1.2 P0.7 10 C4 10uF P0.0 11 P0.1 12 P0.2 13 U1 80C51 29 30 40 31 19 18 9 39 38 37 36 35 34 33 32 1 2 3 4 5 6 7 8 21 22 23 24 25 26 27 28 10 11 12 13 14 15 16 17 PSEN ALE VCC EA X1 X2 RST P0.0/AD0 P0.1/AD1 P0.2/AD2 P0.3/AD3 P0.4/AD4 P0.5/AD5 P0.6/AD6 P0.7/AD7 P1.0/T2 P1.1/T2EX P1.2/ECI P1.3/CEX0 P1.4/CEX1 P1.5/CEX2 P1.6/CEX3 P1.7/CEX4 P2.0/A8 P2.1/A9 P2.2/A10 P2.3/A11 P2.4/A12 P2.5/A13 P2.6/A14 P2.7/A15 P3.0/RXD P3.1/TXD P3.2/INT0 P3.3/INT1 P3.4/T0 P3.5/T1 P3.6/WR P3.7/RD 2 14 1602 15 R3 510 3 1 P1.0 C1 30pF 4 16 图 4.16 80C51 与 1602 连接电路 Figure 4.16 80C51 connection with the 1602 circuit 4.4 无线遥控模块 11 out 3.3v csn 13 3 sck 15 miso 2 1 mosi 4 R6 pwr-up 6 2 txen 8 C6 10uf trx-ce 10 12 D114 1 16 C7 22uf 3 AM 5 up-clk7 cd R5 82 9 dr 图 4.17 无线控制电路 Figure 4.17 Wireless Control circuit nRF905 有两种工作模式和两种节能模式。两种工作模式分别是 ShockBurstTM 接收 本科毕业设计 18 模式和 ShockBurstTM 发送模式，两种节能模式分别是关机模式和空闲模式。nRF905 的 工作模式由 TRX_CE、TX_EN 和 PWR_UP 三个引脚决定。 4.4.1 ShockBurstTM 模式 与射频数据包有关的高速信号处理都在 nRF905 片内进行，数据速率由微控制器配 置的 SPI 接口决定，数据在微控制器中低速处理，但在 nRF905 中高速发送，因此中间 有很长时间的空闲，这很有利于节能。由于 nRF905 工作于 ShockBurstTM 模式，因此 使用低速的微控制器也能得到很高的射频数据发射速率。在 ShockBurstTM 接收模式下， 当一个包含正确地址和数据的数据包被接收到后，地址匹配(AM)和数据准备好(DR)两 引脚通知微控制器。在 ShockBurstTM 发送模式，nRF905 自动产生字头和 CRC 校验码， 当发送过程完成后，数据准备好引脚通知微处理器数据发射完毕。由以上分析可知， nRF905 的 ShockBurstTM 收发模式有利于节约存储器和微控制器资源，同时也减小了编 写程序的时间。下面具体详细分析 nRF905 的发送流程和接收流程7。 4.4.2 发送流程 典型的 nRF905 发送流程分以下几步： A. 当微控制器有数据要发送时通过 SPI 接口，按时序把接收机的地址和要发送的数据 送传给 nRF905，SPI 接口的速率在通信协议和器件配置时确定； B. 微控制器置高 TRX_CE 和 TX_EN，激发 nRF905 的 ShockBurstTM 发送模式； C. nRF905 的 ShockBurstTM 发送： l 射频寄存器自动开启； 2 数据打包(加字头和 CRC 校验码)； 3 发送数据包； 4 当数据发送完成，数据准备好引脚被置高； D. AUTO_RETRAN 被置高，nRF905 不断重发，直到 TRX_CE 被置低； E. 当 TRX_CE 被置低，nRF905 发送过程完成，自动进入空闲模式。 ShockBurstTM 工作模式保证，一旦发送数据的过程开始，无论 TRX_EN 和 TX_EN 引脚是 高或低，发送过程都会被处理完。只有在前一个数据包被发送完毕，nRF905 才能接受 下一个发送数据包。 4.4.34.4.3 接收流程 A. 当 TRX_CE 为高、TX_EN 为低时，nRF905 进入 ShockBurstTM 接收模式； B. 650us 后，nRF905 不断监测，等待接收数据； C. 当 nRF905 检测到同一频段的载波时，载波检测引脚被置高； D. 当接收到一个相匹配的地址，地址匹配引脚被置高； E. 当一个正确的数据包接收完毕，nRF905 自动移去字头、地址和 CRC 校验位，然后把 数据准备好引脚置高 F. 微控制器把 TRX_CE 置低，nRF905 进入空闲模式； G. 微控制器通过 SPI 口，以一定的速率把数据移到微控制器内； 本科毕业设计 19 H. 当所有的数据接收完毕，nRF905 把数据准备好引脚和地址匹配引脚置低； I. nRF905 此时可以进入 ShockBurstTM 接收模式、ShockBurstTM 发送模式或关机模式。 当正在接收一个数据包时，TRX_CE 或 TX_EN 引脚的状态发生改变，nRF905 立即把 其工作模式改变，数据包则丢失。当微处理器接到地址匹配引脚的信号之后，其就知 道 nRF905 正在接收数据包，其可以决定是让 nRF905 继续接收该数据包还是进入另一 个工作模式。 4.4.4 节能模式 nRF905 的节能模式包括关机模式和节能模式。在关机模式，nRF905 的工作电流最 小，一般为 2.5uA。进入关机模式后，nRF905 保持配置字中的内容，但不会接收或发 送任何数据。 空闲模式有利于减小工作电流，其从空闲模式到发送模式或接收模式的 启动时间也比较短。在空闲模式下，nRF905 内部的部分晶体振荡器处于工作状态。 nRF905 在空闲模式下的工作电流跟外部晶体振荡器的频率有关。 器件配置 所有配置字都是通过 SPI 接口送给 nRF905。SIP 接口的工作方式可通过 SPI 指令 进行设置。当 nRF905 处于空闲模式或关机模式时，SPI 接口可以保持在工作状态。 4.4.5 SPI 接口配置 SPI 接口由状态寄存器、射频配置寄存器、发送地址寄存器、发送数据寄存器和接 收数据寄存器 5 个寄存器组成。状态寄存器包含数据准备好引脚状态信息和地址匹配 引脚状态信息；射频配置寄存器包含收发器配置信息，如频率和输出功能等；发送地 址寄存器包含接收机的地址和数据的字节数；发送数据寄存器包含待发送的数据包的 信息，如字节数等；接收数据寄存器包含要接收的数据的字节数等信息8。 射频配置 射频配置寄存器和内容如表 5 所示： 本科毕业设计 20 表 5：射频配置寄存器 Table 5: RF configuration register 名称位宽描述 CH_NO9 和 HFREQ_PLL 一起进行频率设置（默认值为 001101100=108） HFREQ_PLL1 使 PLL 工作于 433 或 868/915MHz(默认值为 0) 0-工作于 433MHz 频段； 1-工作于 868/915MHz 频段 PA_PWR2输出功率（默认值为 00）， 00-10dBm; 01-2dBm; 00+6dBm RX_RED_PWR1接收方式节能端，该位为高时，接收工作电流为 1.6mA， 但同时灵敏度也降低 AUTO_RETRAN1 自动重发位，只有当 TRX_CE 和 TXEN 为高时才有效 RX_AFW3接收地址宽度（默认值为 100）， 001-1btyeRX 地址；100-4btyeRX 地址； TR_AFW3发送地址宽度（默认值为 100）， 001-1btyeRX 地址；100-4btyeRX 地址； RX_PW6 发送数据宽度（默认值为 10000） 000001-1btye 发送数据宽度 000010-2btye 发送数据宽度 100000-32btye 发送数据宽度 TX_PW6 接收数据宽度（默认值为 10000） 000001-1btye 发送数据宽度 000010-2btye 发送数据宽度 100000-32b