基于PT100热电阻的具有无线传输功能的温度变送器硬件设计毕业设计.doc

西安工程大学本科毕业设计（论文） 基于PT100热电阻的具有无线传输功能的温度变送器硬件设计 摘 要 本课题是基于PT100热电阻的具有无线传输功能的温度变送器硬件设计。 以ADC0809，80C52单片机系统和NRF905无线通讯为核心，采用模拟温度传感器PT100对温度进行检测；采用串行型模数转换器ADC0809进行A/D转换，把信号调解转换为电压信号，80C52单片机接口设置LED八段数码管实时显示温度值，将变换后的代表测量温度的电流值以无线方式进行传输。当检测到的温度值超高最大值或者小于最小值时，声光报警器报警。 本设计包括温度传感器，A/D转换模块，数据传输模块，温度显示模块以及无线发送接受模块五个部分。通过对各个模块的功能分析，得出了该系统的设计方案，从软硬件两方面对系统进行了详细描述，最后通过对系统的反复调试与分析，验证了系统的功能。关键词 单片机，PT100热电阻，ADC0809，NRF905，温度检测I ABSTRACT This topic is based on the PT100 resistance temperature transmitter with wireless transmission functions of hardware design . ADC0809 80C52 microcontroller system with NRF905 wireless communication as the core.Simulated PT100 temperature sensor to test the only; Type serial adc ADC0809 for A/D conversion, the signals mediation is converted into A voltage signal ， 80C52 microcontroller interface set eight digital tube LED real-time display temperature and will transform the representatives of the measuring temperature of current value transmitted wirelessly. High temperature value detected by the maximum value or smaller than the minimum value，Sound and light alarm alarm. This design including temperature sensor, A/D conversion module, data transmission modules, temperature display module and wireless transmission module of five parts. Through analysis of the function of each module，Results of the system design,from both hardware and software aspects of the system are described in detail,Finally, through repeated testing and analysis system to verify the functionality of the system.Keywords microcontroller， PT100 resistance，ADC0808，NRF905，Temperature detectionII目 录前言 1第1章 绪 论 2 1.1课题背景2 第2章 硬件设计3 2.1单片机转换器选型3 2.1.1单片机选型3 2.1.2模数转换器选型4 2.1.3显示方案确定4 2.2. 温度信号的获取与放大5 2.2.1元件介绍5 2.3放大电路设计7 2.4模数转换单元电路的设计7 2.5键盘电路的设计10 2.6 LED显示电路的设计11 2.6.1 LED数码管介绍11 2.6.2 LED数码管性能检测11 2.6.3 LED的几种八段编码14 2.6.4 LED数码管的显示14 2.6.5 LED显示原理电路图15 2.7 声光报警器设计16 2.8 80c52单片机介绍及其接口电路16 2.8.1 80c52单片机结构 16 2.8.2 单片机的时钟电路17 2.8.2.1 内部时钟电路17 2.8.2.2 外部时钟电路18 2.8.3 单片机的复位电路18 2.9 NRF905无线收发模块设计22 2.9.1 NRF905简介22 2.9.2NRF的工作模式24 2.9.3 器件配置26 2.9.4 应用电路28 第 3章 软件设计29 3.1主程序流程29 3.2.1模拟量的采集与处理 30 3.2.2 A/D转换31 3.2.3键盘管理31 3.2.4 声光报警模块32第 4 章 系统调试34 4.1硬件调试34 4.2软件调试34 4.3 系统调试35 4.4 仿真结果与数据35第 5 章 结论与展望36 5.1 结论36 5.2展望37参考文献38致 谢39附录 1总体电路图40附录2 源程序41 前 言 随着科学技术的突飞猛进，温度检测技术也得到了显著的进步，其应用领域越来越广泛，对其要求越来越高，需求也越来越迫切。温度检测以及收发控制技术已成为衡量一个国家科学技术发展水平的重要标志之一。因此，了解并掌握各类检测技术的基本结构、工作原理及特性是非常重要的。由于检测的对象包括各种物理量、化学量和生物量等信号转变为电信号，使得人们可以利用计算机实现自动测量、信息处理和自动控制，但是它们都不同程度地存在温漂和非线性等干扰因素。温度采集与处理技术主要用于测量和控制系统，它的性能好坏直接影响系统的性能。因此，不仅必须掌握各类传感器的结构、原理及其性能指标，还必须懂得温度变送器经过适当的接口电路调整才能满足信号的处理、显示和控制的要求。为了提高对温度变送器/传感器的认识和了解，尤其是对温度变送器的深入研究以及其用法与用途，基于实用、广泛和典型的原则而设计了本系统。本文利用单片机结合传感器技术而开发设计了这一温度监控及无线收发系统。文中用于温度信号采集及放大模块，A/D转换，数据传输，LED显示，NRF905无线收发模块，都与实际应用密切结合，本文详细地讲述了利用热敏电阻作为热敏传感器探测环境温度的过程，以及实现无线发送的原理过程。课题主要任务是完成环境温度检测，利用单片机实现温度调节并通过LED显示并且无线传输，实施温度监控，并且有报警功能。设计后的系统具有操作方便，控制灵活等优点。本设计系统包括温度传感器，A/D转换模块，数据传输模块，温度显示模块和无线收发模块五个部分。文中对每个部分功能、实现过程作了详细介绍。整个系统的核心是进行温度监控，完成了课题的要求。第 1 章 绪 论本章主要介绍了该设计基本原理，整体方案的设计，然后细化到每个模块的方案选择，最后根据设计方案进行了整个论文的章节安排。1.1课题背景在人类的生活环境中，温度扮演着极其重要的角色。无论你是生活在哪里，或者从事什么工作，无时无刻不在与温度打交道。自18世纪工业革命以来，工业发展对是否能掌握温度有着绝对的联系。在冶金，钢铁，石化，水泥，玻璃，医药等等行业，可以说几乎80的工业部门都不得不考虑着温度的因素。在工业以及各种民用领域，测温装置广泛使用。过去，它们常常独立工作。现在，随着网络化技术的发展，人们越来越需要从远程获取温度信号，以提高系统整体上的监控能力以及全局管理水平。温度信号所需传输的距离越来越长，数据的实时性，可靠性，安全性都要有所保证。现场总线技术作为一种专为工作在恶劣环境的现场装置进行数据交换的数字通信技术，已被广泛应用于具有温度变送器/传感器的网络。 在当今的传感器领域，温度传感器正朝着多功能，总线标准化，高可靠性及安全性，高精度，发展。 目前主要有单点和多点两种温度测量仪器表。对于单点温测仪表，主要采用传统的模拟集成温度传感器，其中又以热电阻，热电偶等传感器的测量精度高，测量范围广，而得到了普遍的应用。此种产品测温范围大都在200800摄氏度之间，分辨率12位，最小分辨温度在0.0010.01之间。自带LED显示模块，有的还有存储功能，可存储几百到几千组数据。该类仪表可很好的满足单个用户单点测量的需要。多点温度测量仪表，相对与单点的测温精度有一定的差距，虽然实现了多路温度的测温，但价格昂贵。本课题以PT100热电阻为温度检测元件，设计一个具有无线传输功能的温度变送器。第 2 章 硬件设计 2.1 单片机转换器选型 根据题目要求系统可以分为以下几个模块：温度获取与放大模块，A/D转换模块，温度显示模块，键盘控制模块，声光报警模块和无线传输模块。系统的基本框图如图2-1所示 图21系统的总结构框图 温度传感器将采集的信号放大再通过A/D转换后传输给核心控制器也就是单片机。单片机运算后通过LED显示温度值，再通过键盘电路更改显示温度的上下限值，当温度低于下限或高于上限温度值时启用声光报警系统，将正常范围内的温度值通过NRF905进行无线传输2.1.1单片机选型 MCS-51单片机系列简介：在HOMS技术大发展的背景下,INTEL公司在MCS-48系列的基础上于1980年推出了8位MCS-51系列单片机。它与以前的机型相比，功能增强了许多，就其指令和运行速度而言，超过了INTEL8085的CPU和Z80的CPU，成为工业控制系统中较为理想的机种。较早的MCS-51典型时钟为12MHz，而目前与MCS-51单片机兼容的一些单片机的时钟频率达到40MHz甚至更高，现在已有400MHz的单片机问世。 51系列是基本型，包括8051、8751、8031、8951.这四个机种区别，仅在于片内程序存储器。8051为4KBrom，8751为4KBEEPROM，8031片内无程序存储器，8951为4KBEEPROM。其他性能结构一样，有片内128B RAM，2个16位定时器/计数器，5个中断源。其中，8031性价比较高，又易于开发，目前应用面广泛。80C52是INTEL公司MCS-51系列单片机中基本的产品 ，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，它基于标准的MCS-51单片机体系结构和指令系统，属于80C51增强型单片机版本，集成了时钟输出和向上或向下计数器等更多的功能，适合于类似马达控制等应用场合。又考虑到单片机的存储空间与价格，以及我对单片机的熟悉程度，课本学习的是80C5x系列单片机，因此，此次设计我选用了80c52单片机来完成此次设计。2.1.2 模数转换器选型A/D转换的好与坏直接关系到整个系统的精确度。由于本系统测量的是温度信号，响应时间长，滞后大，不要求快速转换，因此选用8位串行A/D转换器ADC0809.ADC0809是采样分辨率为8位的、以逐次逼近原理进行模/数转换的器件。其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换。ADC0808是ADC0809的简化版本，功能基本相同。一般在硬件仿真时采用ADC0808进行A/D转换，实际使用时采用ADC0809进行A/D转换。2.1.3 显示方案确定当前常用的有液晶显示和数码管显示两种方法。液晶显示功能强大，不但可以显示数字字符，德文，发文，点阵显示，还可以显示全部国标汉字，但是也存在与单片机连接时接口电路驱动复杂；显示亮度低，不利于观察；编程困难；成本高等缺陷。该设计的温度测量只要求显示数字，而且需要考虑到能耗尽量少等问题，数码管内部元件比较简单，耗能相对较低，所以选择了数码管显示。不但硬件电路简单，造价低廉，而且数码管亮度高，利于我们的观察读数。2.2 温度信号的获取与放大本系统以PT100为温度传感器获取温度信号，以放大器LM741为信号放大器。2.2.1. 元件介绍pt100是铂热电阻，它的阻值会随着温度的变化而改变。PT后的100即表示它在0时阻值为100欧姆，在100时它的阻值约为138.5欧姆。它的工作原理：当PT100在0摄氏度的时候他的阻值为100欧姆，它的阻值会随着温度上升而成近似匀速的增长。但他们之间的关系并不是简单的正比的关系，而更应该趋近于一条抛物线。铂电阻的阻值随温度的变化而变化的计算公式：-200t0 Rt=R01+At+Bt*t+C(t-100)t*t*t （21） 0t850 Rt=R0（1+At+Bt2） （22）Rt为t时的电阻值，R0为0时的阻值。公式中的A,B,系数为实验测定。这里给出标准的DIN IEC751系数：A=3.9083E-3、 B=-5.775E-7、 C=-4.183E-12根据韦达公式求得阻值大于等于100欧姆的Rt -t的换算公式：0t850 t=(sqrt(A*R0)2-4*B*R0*(R0-Rt)-A*R0)/2/B/R0 （23）PT100温度感测器是一种以白金(Pt)作成的电阻式温度检测器,属于正电阻系数,其电阻和温度变化的关系式如下：R=Ro(1+T)其中=0.00392,Ro为100(在0的电阻值),T为摄氏温度因此白金作成的电阻式温度检测器,又称为PT100。1：Vo=2.55mA 100(1+0.00392T)=0.255+T/1000 。 （24）2：量测Vo时,不可分出任何电流,否则测量值会不准。电路分析由于一般电源供应较多零件之后,电源是带杂讯的,因此我们使用齐纳二极体作为稳压零件,由于7.2V齐纳二极体的作用,使得1K电阻和5K可变电阻之电压和为6.5V,靠5K可变电阻的调整可决定电晶体的射(集极)极电流,而我们须将集极电流调为2.55mA,使得量测电压V如箭头所示为0.255+T/1000。其后的非反向放大器,输入电阻几乎无限大,同时又放大10倍,使得运算放大器输出为2.55+T/100。6V齐纳二极体的作用如7.2V齐纳二极体的作用,我们利用它调出2.55V,因此电压追随器的输出电压V1亦为2.55V。其后差动放大器之输出为Vo=10(V2-V1)=10(2.55+T/100-2.55)=T/10,如果现在室温为25,则输出电压为2.5V。 表2-2 Pt100热电阻分度 温度 0123456789电阻值（）-40-30-20-10084.2788.2292.1696.09100.0083.8787.8391.7795.6999.6183.4887.4391.3795.3099.2283.0887.0490.9894.9198.8382.6986.6490.5994.5298.4482.2986.2590.1994.1298.0481.8985.8589.8093.7397.6581.5085.4689.4093.3497.2681.1085.0689.0192.9596.8780.7084.6788.6292.5596.48010203040100.00103.90107.79111.67115.54100.39104.29108.18112.06115.93100.78104.68108.57112.45116.31101.17105.07108.96112.83116.70101.56105.46109.35113.22117.08101.95105.85109.73113.61117.47102.34106.24110.12114.00117.86102.73106.63110.51114.38118.24103.12107.02110.90114.77118.63103.51107.40111.29115.15119.015060708090119.40123.24127.08130.90134.71119.78123.63127.46131.28135.09120.17124.01127.84131.66135.47120.55124.39128.22132.04135.85120.94124.78128.61132.42136.23121.32125.16128.99132.80136.61121.71125.54129.37133.18136.99122.09125.93129.75133.57137.37122.47126.31130.13133.95137.75122.86126.69130.52134.33138.13100110120130140138.51142.29146.07149.83153.58138.88142.67146.44150.21153.96139.26143.05146.82150.58154.33139.64143.43147.20150.96154.71140.02143.80147.57151.33155.08140.40144.18147.95151.71155.46140.78144.56148.33152.08155.83141.16144.94148.70152.46156.20141.54145.31149.08152.83156.58141.91145.69149.46153.21156.95150160170180190157.33161.05164.77168.48172.17157.70161.43165.14168.85172.54158.07161.80165.51169.22172.91158.45162.17165.89169.59173.28158.82162.54166.26169.96173.65159.19162.91166.63170.33174.02159.56163.29167.00170.70174.38159.94163.66167.37171.07174.75160.31164.03167.74171.43175.12160.68164.40168.11171.80175.49200210220230240175.86179.53183.19186.84190.47176.22179.89183.55187.20190.84176.59180.26183.92187.56191.20176.96180.63184.28187.93191.56177.33180.99184.65188.29191.92177.69181.36185.01188.66192.29178.06181.72185.38189.02192.65178.43182.09185.74189.38193.01178.79182.46186.11189.75193.37179.16182.82186.47190.11193.7472.3放大电路设计热电阻测温是基于金属导体的电阻随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。通常将其放在电桥的桥臂上，温度变化时，热电阻两端的电压信号被送到仪器放大器LM741的输入端，经过仪器放大器放大后的电压输出送给A/D转换芯片，从而把热电阻的阻值转换成数字量。电路原理图 图23信号的采集与放大电路对信号放大，我们使用了低价格，高精度的仪器放大器LM741，它运用方便，可以通过外接电阻方便的进行各种增益（11000）的调整。2.4 模数转换电路设计 ADC0808是CMOS单片型逐次逼近式A/D转换器，它有8路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8位开关树型A/D转换器。ADC0808芯片有28条引脚，采用双列直插式封装。24 ADC0808管脚图各引脚功能如下：15和2628（IN0IN7）：8路模拟量输入端。8、14、15和1721：8位数字量输出端。22（ALE）：地址锁存允许信号，输入，高电平有效。6（START）： A/D转换启动脉冲输入端，输入一个正脉冲（至少100ns宽）使其启动（脉冲上升沿使0809复位，下降沿启动A/D转换）。7（EOC）： A/D转换结束信号，输出，当A/D转换结束时，此端输出一个高电平（转换期间一直为低电平）。9（OE）：数据输出允许信号，输入，高电平有效。当A/D转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。10（CLK）：时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于640KHZ。通常使用50KHZ12（VREF（+）和16（VREF（-）：参考电压输入端11（Vcc）：主电源输入端。13（GND）：地。2325（ADDA、ADDB、ADDC）：3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路表25通道选择CBA选择通道000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN7ADC0808应注意事项：1，ADC0808内部带有输出锁存器，可以与AT89S51单片机直接相连；2，初始化时，使ST和OE信号全为低电平；3，送要转换的哪一通道的地址到ABC端口上；4，在ST端给出一个至少有100ns宽的正脉冲信号；5，是否转换完毕，我们根据EOC信号来判断；6，当EOC变为高电平时，这时给OE为高电平，转换的数据就输出给单片机了。极限参数电源电压（Vcc）：6.5V控制端输入电压：-0.3V15V其它输入和输出端电压：-0.3VVcc+0.3V贮存温度：-65+150功耗（T=+25）：875mW引线焊接温度：气相焊接（60s）：215；红外焊接(15s)：220抗静电强度：400V输出端out8为最低位out1为最高位，out8-out1分别接单片机的P0.0到P0.7端。模数转换单元电路原理图。图26 A/D转换电路 2.5 键盘电路的设计本设计采用13独立按键。 图27键盘电路2.6 LED显示电路设计2.6.1 LED数码管介绍 LED数码管是由发光二极管构成的,亦称半导体数码管. 将条状发光二极管按照共阴极(负极)或共阳极(正极)的方法连接,组成8字,再把发光二极管另一电极作笔段电极,就构成了LED数码管.若按规定使某些笔段上的发光二极管就能显示从09的系列数字。同荧光数码管、辉光数码管(NRT)相比它具有：体积小、功耗低、耐震动、寿命长、亮度高、单色性好、发光响应的时间短，能与TTL,CMOS电路兼容等的数显器件。常见LED数码管的外形及内部结构如图1所示。图1(b)属于共阳极结构，图1(c)采用共阴极结构。+、一分别表示公共阳极和公共阴极。ag是7个笔段电极，DP为小数点。另有一种字高为76mm的超小型LED数码管，管脚从左右两排引出，小数点则是独立的。 图28a数码管实物图 图28b数码管管脚2.6.2L印数码管的性能检测LED数码管外观要求颜色均匀、无局部变色及无气泡等，在业余条件下可用干电池进一步检测。如图2所示。以共阴极数码管为例介绍检测方法。;将3;V干电池负极引出线固定接触在LED数码管的公共阴极上，电池正极引出线依次移动接触笔画的正极端。这一根引出线接触到某一笔画的正极端时，那笔画就应显示出来。用这种简单的方法就可检测出数码管是否有断笔(某笔画不能显示)，连笔(某些笔画连在一起)，并且可相对比较出不同的笔画发光的强弱性能。若检测共阳极数码管，只需将电池正负极引出线对调一下，方法同上。LED数码管每笔画工作电流I在510;mA之间，若电流过大会损坏数码管，因此必须加限流电阻，其阻值可按下式汁算：;其中Uo为加在LED两端电压，U为LED数码管每笔画压降(约2;v)。利用数字万用表的hFE插口能够方便地检查LED数码管的发光情况。选择NPN档时，C孔带正电，E孔带负电。例如检测LTS547R型共刚极LED数码管时，从E孔插入一根单股细导线，导线引出端接一极(第脚与第脚在内部连通，可任选一个作为-)；再从c孔引出一根导线依次接触各笔段。若按图3所示电路，将第、脚短路后再与c孔引出线接通，则显示数宇2”。把ag段全部接c引线，就显示令亮笔段，构成数字“8”。(1)检测时若发光暗淡，说明器件已老化，发光效率太低。如果显示的笔段残缺不全，说明数码管已局部损坏。(2)对丁型号不明、又无管脚排列图的LED数码管，用数字万用表的hFE档可完成下述测试工作：判定数码管的结构形式(共阴或共阳)；识别管脚：检测全亮笔段。预先可假定某个电极为公共极，然后根据笔段发光或不发光加以验证。当笔段电极接反或公共极判断错误时，该笔段就不能发光。LED数码管的性能特点、简易检测及使用注意事项1性能特点LED数码管的主要特点如下：(1)能在低电压、小电流条件下驱动发光，能与CMOS、ITL电路兼容。(2)发光响应时间极短(01s)，高频特性好，单色性好，亮度高。(3)体积小，重量轻，抗冲击性能好。(4)寿命长，使用寿命在10万小时以上，甚至可达100万小时。成本低。因此它被广泛用作数字仪器仪表、数控装置、计算机的数显器件。2性能简易检测LED数码管外观要求颜色均匀、无局部变色及无气泡等，在业余条件下可用干电池作进一步检查。现以共阴数码管为例介绍检查方法。将3伏干电池负极引出线固定接触在LED数码管的公共负极端上，电池正极引出线依次移动接触笔画的正极端。这一根引出线接触到某一笔画的正极端时，那一笔画就应显示出来。用这种简单的方法就可检查出数码管是否有断笔(某笔画不能显示)，连笔(某些笔画连在一起)，并且可相对比较出不同笔划发光的强弱性能。若检查共阳极数码管，只需将电池正负极引出线对调一下，方法同上。LED数码管每笔画工作电流ILED约在510mA之间，若电流过大会损坏数码管，因此必须加限流电阻，其阻值可按下式计算：R限 =(U。ULED)ILED其中U。为加在LED两端电压，ULED为LED数码管每笔画压降(约2伏)。利用数字万用表的hFE插口能够方便地检查LED数码管的发光情况。选择NPN挡时，C孔带正电，月孔带负电。例如检查LTS547R型共阴极LED数码管时，从E孔插入一根单股细导线，导线引出端接9极(第脚与第脚在内部连通，可任选一个作为)；再从C孔引出一根导线依次接触各笔段电极，可分别显示所对应的笔段。3使用注意事项(1)检查时若发光暗淡，说明器件已老化，发光效率太低。如果显示的笔段残缺不全，说明数码管已局部损坏。(2)对于型号不明、又无管脚排列图的LED数码管，用数字万用表的h距挡可完成下述测试工作：判定数码管的结构形式(共阴或共阳)；识别管脚；检查全亮笔段。预先可假定某个电极为公共极，然后根据笔段发光或不发光加以验证。当笔段电极接反或公共极判断错误时，该笔段就不能发光。外形结构 图29 共阴极结构 图210 共阳极结构2.6.3 LED的几种八段编码 表211共阴极共阳极八段编码2.6.4 LED数码管的显示LED数码管的静态显示驱动与动态显示驱动LED数码管要正常显示，就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码，从而显示出我们要的数位，因此根据LED数码管的驱动方式的不同，可以分为静态式和动态式两类。A、静态显示驱动：静态驱动也称直流驱动。静态驱动是指每个数码管的每一个段码都由一个单片机的I/O埠进行驱动，或者使用如BCD码二-十进位*器*进行驱动。静态驱动的优点是编程简单，显示亮度高，缺点是占用I/O埠多，如驱动5个数码管静态显示则需要5840根I/O埠来驱动，要知道一个89S51单片机可用的I/O埠才32个呢。故实际应用时必须增加*驱动器进行驱动，增加了硬体电路的复杂性。B、动态显示驱动：数码管动态显示介面是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划a,b,c,d,e,f,g,dp 的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM增加位元选通控制电路，位元选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位元选通COM端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位元就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。2.6.5 LED显示原理电路 图212 LED数码管显示原理图2.7声光报警器设计图213报警电路原理 2.8 80C52单片机介绍及接口电路2.8.1 80c52单片机介绍 32个双向I/O口 256x8bit内部RAM(可扩充64kB外部存储器) 3个16位可编程定时/计数器 时钟频率3.5-12/24/33MHz 向上或向下定时计数器 改进型快速编程脉冲算法 6个中断源 5.0V工作电压 全双工串行口通信口 布尔处理机帧错误侦测 4层优先级中断结构自动地址识别 兼容TTL和CMOS逻辑电平 空闲和掉电节省模式 PDIP(40)和PLCC(44)封装形式2.8.2单片机的时钟电路单片机时钟电路是用来配合外部晶体实现振荡的电路，这样可以为单片机提供运行时钟，如果运行时钟为0 的话，单片机就不工作，当然超出单片机的工作频率的时钟也会导致单片机不工作。单片机运行需要时钟支持就像计算机的CPU一样，如果没有时钟电路来产生时钟驱动单片机，那单片机就不能执行程序。 单片机可以看成是在时钟驱动下的时序逻辑电路。 以MCS一5l单片机为例随明：MCS一51单片机为l2个时钟周期执行条指令。也就是说单片机运行条指令，必须要用r2个时钟周期。没有这个时钟，单片机就跑不起来了，也没有办法定时和进行和时间有关的操作。 时钟电路是微型计算机的心脏，它控制着计算机的二：作节奏。CPU就是通过复杂的时序电路完成不同的指令功能的。MCS一51的时钟信号可以由两种方式，生：种是内部方式，利用芯片内部的振荡电路，产生时钟信号：另一种为外部方式，时钟信号由外部引入。 如果没有时钟电路来产生时钟驱动单片机，单片机是无法工作的。2.8.2.1内部时钟电路内部时钟，是用芯片内部振荡形成的时钟，精度不高，温飘也较大，不需要外部振荡器件。图215振荡周期：为单片机提供时钟信号的振荡源的周期。时钟周期：是振荡源信号经二分频后形成的时钟脉冲信号。机器周期：通常将完成一个基本操作所需的时间称为机器周期。指令周期：是指CPU执行一条指令所需要的时间。一个指令周期通常含有14个机器周期。2.8.2.2外部时钟电路分RC振荡和石英晶振，RC精度不高，成本低，石英晶振，精度高，稳定性好，根据使用场合选择，适合的时钟方式。 图2162.8.3 单片机的复位电路 复位电路简介：复位电路，就是 利用它把电路恢复到起始状态。就像计算器的清零按钮的作用一样，当你进行完了一个题目的计算后肯定是要清零的是吧！或者你输入错误，计算失误时都 要进行清零操作。以便回到原始状态，重新进行计算。和计算器清零按钮有所不同的是，复位电路启动的手段有所不同。一是在给电路通电时马上进行复位操作；二是在必要时可以由手动操作；三是根据程序或者电路运行的需要自动地进行。篡位电路都 是比较简单的大都是只有电阻和电容组合就可以办到了。再复杂点就有三极管等等配合程序来进行了。为确保微机系统中电路稳定可靠工作，复位电路是必不可少的一部分，复位电路的第一功能是上电复位。一般微机电路正常工作需要供电电源为5V5%，即4.755.25V。由于微机电路是时序数字电路，它需要稳定的时钟信号，因此在电源上电时，只有当VCC超过4.75V低于5.25V以及晶体振荡器稳定工作时，复位信号才被撤除，微机电路开始正常工作。单片机在启动时都需要复位，以使CPU及系统各部件处于确定的初始状态，并从初态开始工作。89系列单片机的复位信号是从RST引脚输入到芯片内的施密特触发器中的。当系统处于正常工作状态时，且振荡器稳定后，如果RST引脚上有一个高电平并维持2个机器周期(24个振荡周期)以上，则CPU就可以响应并将系统复位。单片机系统的复位方式有：手动按钮复位和上电复位。手动按钮复位：手动按钮复位需要人为在复位输入端RST上加入高电平，一般采用的办法是在RST端和正电源Vcc之间接一个按钮。当人为按下按钮时，则Vcc的+5V电平就会直接加到RST端。手动按钮复位的电路如所示。由于人的动作再快也会使按钮保持接通达数十毫秒，所以，完全能够满足复位的时间要求.图217上电复位：80c52的上电复位电路如下图所示，只要在RST复位输入引脚上接一电容至Vcc端，下接一个电阻到地即可。对于cmos型单片机，由于在RST端内部有一个下拉电阻，故可将外部电阻去掉，而将外接电容减至1uF。上电复位的工作过程是在加电时，复位电路通过电 容加给RST端一个短暂的高电平信号，此高电平信号随着Vcc对电容的充电过程而逐渐回落，即RST端的高电平持续时间取决于电容的充电时间。为了保证系统能够可靠地复位，RST端的高电平信号必须维持足够长的时间。上电时，Vcc的上升时间约为10ms，而振荡器的起振时间取决于振荡频率，如晶振频率为10MHz，起振时间为1ms；晶振频率为1MHz，起振时间则为10ms。在图2的复位电路中，当Vcc掉电时，必然会使RST端电压迅速下降到0V以下，但是，由于内部电路的限制作用，这个负电压将不会对器件产生损害。另外，在复位期间，端口引脚处于随机状态，复位后，系统将端口置为全“l”态。如果系统在上电时得不到有效的复位，则程序计数器PC将得不到一个合适的初值，因此，CPU可能会从一个未被定义的位置开始执行程序。图218 寄存器的复位状态：单片机复位后的状态：单片机的复位操作使单片机进入初始化状态，其中包括使程序计数器PC0000H， 序从0000H地址单元开始执行。单片机冷启动片内RAM为随机值，运行中的复位操作不改变片内RAM区中的内容，21个特殊功能寄存器复位后的状态为确定值，见下表。值得指出的是，记住一些特殊功能寄存器复位后的主要状态，对于了解单片机的初态，减少应用程序中的韧始化部分是十分必要的。说明：表中符号*为随机状态；A00H，表明累加器已被清零；表 219 复位后各初始状态特殊功能寄存器初始状态特殊功能寄存器初始状态A00HTMOD00HB00HTCON00HSP00HTH000HDPL07HTH100HDPH00HTL100HP0P3FFHSBUF不定IP00000BSCON00HIE000000BPCON0BPSW00HTL000HPSW00H表明选寄存器0组为工作寄存器组；SP07H，表明堆栈指针指向片内RAM 07H字节单元，根据堆栈操作的先加后压法则，第一个被压入的内容写入到08H单元中；Po-P3FFH，表明已向各端口线写入1，此时，各端口既可用于输入又可用于输出； IP00000B，表明各个中断源处于低优先级；IE000000B，表明各个中断均被关断；51单片机在系统复位时，将其内部的一些重要寄存器设置为特定的值，（在特殊寄存器介绍时再做详细说明）至于内部RAM内部的数据则不变。统复位是任何微机系统执行的第一步，使整个控制芯片回到默认的硬件状态下。51单片机的复位是由RESET引脚来控制的，此引脚与高电平相接超过24个振荡周期后，51单片机即进入芯片内部复位状态，而且一直在此状态下等待直到RESET引脚转为低电平后，才检查EA引脚是高电平或低电平，若为高电平则执行芯片内部的程序代码，若为低电平便会执行外部程序。单片机的工作完全在其pc指针控制下，即pc指向哪，单片机就执行那里的指令。复位后pc执行0000h地址，即你的程序的第一条指令。 2.9 NRF905无线收发模块设计2.9.1 Nrf905简介NRF905是挪威Nordic VLSI公司推出的单片射频收发器，工作电压为1.93.6V， 32引脚QFN封装(55mm)，工作于433/868/915MHz三个ISM(工业、科学和医学)频道，频道之间的转换时间小于650us。NRF905由频率合成器、接收解调器、功率放大器、晶体振荡器和调制器组成，不需外加声表滤波器， ShockBurstTM工作模式，自动处理字头和CRC(循环冗余码校验)，使用SPI接口与微控制器通信，配置非常方便。此外，其功耗非常低，以- 10dBm的输出功率发射时电流只有11mA，工作于接收模式时的电流为12.5mA，内建空闲模式与关机模式，易于实现节能。NRF905适用于无线数据通信、无线报警及安全系统、无线开锁、无线监测、家庭自动化和玩具等诸多领域。 图220 NRF905引脚图如下 图221各引脚功能如下表 表222 引脚功能表2.9.2 NRF905的工作模式 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。表223 工作模式表PWR-UPTRX-CETX-EN工作模式0XX关键模式10 X空闲模式11 0射频接收模式11 1射频发送模式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