基于單片機(jī)無線電子點菜系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計論文（帶PCB圖）

1、本科生畢業(yè)論文（設(shè)計）本科生畢業(yè)論文（設(shè)計）題 目基于單片機(jī)無線電子點菜系統(tǒng)硬件設(shè)計及實現(xiàn)學(xué)生姓名指導(dǎo)教師學(xué) 院專業(yè)班級完成時間ii目 錄摘 要 .ivabstract .v第一章 緒論 .11.1研究背景和意義 .11.3論文的研究內(nèi)容 .41.4 內(nèi)容安排 .4第二章 zigbee 協(xié)議分析.62.1 zigbee協(xié)議框架 .62.2 zigbee協(xié)議優(yōu)缺點和應(yīng)用前景 .82.2.1 zigbee 協(xié)議的優(yōu)點 .92.2.2 zigbee 協(xié)議存在的問題及解決方案 .92.2.3 zigbee 協(xié)議應(yīng)用前景 .1023 基于 zigbee協(xié)議的芯片.10第三章 基于 zigbee 協(xié)議的硬

2、件系統(tǒng)的設(shè)計及實現(xiàn) .143.1 stc89c58rd+單片機(jī)概述.143.2 開發(fā)板的各個組成部分原理圖以及功能.153.2.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)組成電路.153.2.2 串行口電平轉(zhuǎn)換部分.163.2.3 led 部分 .173.2.4 開發(fā)板和無線數(shù)據(jù)傳輸模塊接口部分.173.2.5 鍵盤部分.183.3 無線數(shù)據(jù)傳輸模塊.193.4 無線數(shù)據(jù)傳輸模塊和開發(fā)板的 pcb 圖設(shè)計.203.4.1 開發(fā)板的 pcb 圖.203.4.2 無線數(shù)據(jù)傳輸模塊的 pcb 圖.22第四章 硬件驅(qū)動程序和串行口調(diào)試工具 .244.1 硬件驅(qū)動程序.244.1.1 主機(jī)端硬件驅(qū)動程序.244.1.2 移動端

3、驅(qū)動程序.284.2 串行口調(diào)試工具.28iii4.2.1 串行通信的基本原理 .284.2.2 程序設(shè)計原理 .30第五章 總結(jié)與展望 .375.1 全文總結(jié).375.2 研究展望.38致 謝 .39參考文獻(xiàn) .40附錄 .41iv摘 要隨著人民生活水平的提高和生活方式的轉(zhuǎn)變，餐飲業(yè)具有巨大的投資市場，被稱為中國的黃金產(chǎn)業(yè)。無線電子點菜系統(tǒng)是無線通信技術(shù)的典型應(yīng)用，把無線技術(shù)用于餐飲業(yè)將會極大提高餐館的工作效率和服務(wù)質(zhì)量。論文給出了無線電子點菜系統(tǒng)的完整的硬件平臺的設(shè)計和實現(xiàn)方案。整個系統(tǒng)有主機(jī)端和移動端兩部分組成，無線通信的雙方依托一定的硬件平臺，按照約定好的協(xié)議來實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。設(shè)計的硬件

4、平臺時，首先詳細(xì)介紹了平臺將要用到的一些芯片，然后使用 protel 99 se 設(shè)計出了系統(tǒng)的原理圖和 pcb(print circuit broad,印刷電路板)圖；在設(shè)計的硬件平臺的基礎(chǔ)上，依據(jù)所用芯片的編程原則，在 windows環(huán)境下，以 c51 語言為編程語言，開發(fā)出了無線通信系統(tǒng)的驅(qū)動程序來實現(xiàn)雙方約定的通信協(xié)議。文中還附帶簡要介紹了用到的軟件開發(fā)工具，以及系統(tǒng)的局限性，并提出了進(jìn)一步改進(jìn)的方案。為了使整個系統(tǒng)更加完善，用 visual c+ 6.0 開發(fā)了串口調(diào)試工具，實現(xiàn)了將遠(yuǎn)端數(shù)據(jù)發(fā)送到計算機(jī)并以窗口形式顯示和通過窗口形式將計算機(jī)上的數(shù)據(jù)發(fā)送到遠(yuǎn)端，基本達(dá)到了論文的設(shè)計目的

5、。關(guān)鍵詞 無線通信，zigbee，單片機(jī)，nrf2401vabstractalong with the enhancement of the level of the peoples lives and the transformation of the lifestyle, the dining industry which is called gold industry in china has the huge investment market. the wireless electronic ordering food system is the typical use of the

6、 technology of wireless communication. using the technology of wireless communication in the dining industry will largely improve the working efficiency and the grade of service. the present paper brings up the plan of the hardware design of the the wireless electronic ordering food system and how t

7、o realize. the overall system is made up of two parts, one is the main end and the other is the mobile end. both sides of wireless correspondence depend on certain hardware platforms. they exchange data according to the protocol which both sides have agreed on before, and the data is transformed in

8、specific frame form. when designing the hardware platform, first analyzes the cmos chips that will be used in the system. then, the paper uses protel 99 se to design the principle picture and the pcb picture of the system. in this foundation, according to the programming rules of the cmos chips used

9、 in the system, the paper exploits the driving program of the system using c51 programming language in the windows operating system. by the way, this paper also briefly introduces the software development kits which will be used next， analyzes the limitations of system, and also proposes how to impr

10、ove it.in order to make the entire system more comprehensive，the paper also exploits the serial debugging tool in visual c+ 6.0 to display the data from remote end in the window on computer and send data to remote end in the window form. this basically achieves the goal.key world wireless communicat

11、ion, zigbee，single-chip microcomputer, nrf2401基于單片機(jī)的無線點菜系統(tǒng)的硬件設(shè)計及實現(xiàn) 第一章 緒論0第一章 緒論1.1 研究背景和意義人類利用無線通信技術(shù)的歷史已經(jīng)有幾千年了，古時候用的烽火臺就是最原始的無線通信。但這時候的無線通信技術(shù)還只是處于萌芽階段，只有到 19 世紀(jì)末意大利人馬可尼發(fā)明無線電報開始，人類才真正開始大規(guī)模地利用無線通信技術(shù)1。近數(shù)十年來隨著計算機(jī)技術(shù)和電子技術(shù)的發(fā)展，無線通信技術(shù)更是以日新月異的速度向前發(fā)展，它也成為了通信領(lǐng)域的一個重點研究方向。現(xiàn)代的無線通信技術(shù)是建立在硬件電路的基礎(chǔ)上的，因此微電子技術(shù)2的發(fā)展直接制約著無

12、線通信技術(shù)的發(fā)展?；仡櫦呻娐返陌l(fā)展歷程，我們可以看到，自發(fā)明集成電路至今 40 多年以來，從電路集成到系統(tǒng)集成這句話是對 ic 產(chǎn)品從ssi（small scale integrated，小規(guī)模集成電路）到 vlsi（very large scale integrated 超大規(guī)模集成電路）今天特大規(guī)模集成電路發(fā)展過程的最好總結(jié)，即整個集成電路產(chǎn)品的發(fā)展經(jīng)歷了從傳統(tǒng)的板上系統(tǒng)（system-on-board）到片上系統(tǒng)（system-on-a-chip）的過程。隨著集程度的提高，芯片的體積能耗和成本在逐步降低。這也使電子產(chǎn)品向便攜式和低端市場發(fā)展。雖然微電子的發(fā)展歷史已經(jīng)有半個多世紀(jì)，但是射

13、頻芯片12的發(fā)展卻是近幾年的事。從分類上來看，射頻芯片屬于專用集成電路。目前國際上有很多專門生產(chǎn)射頻芯片的公司，例如 nordic 公司和 chipcon 公司。這些芯片一般工作在免費頻段，采用專門的調(diào)制解調(diào)技術(shù)，內(nèi)部集成了很多電路。像 nordic 公司的 nrf2401芯片，它是單片射頻收發(fā)芯片，工作于 2.42.5ghz ism（industry science medicine，工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)學(xué)）頻段，芯片內(nèi)置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器和調(diào)制器等功能模塊，輸出功率和通信頻道可通過程序進(jìn)行配置。芯片能耗非常低，以-5dbm 的功率發(fā)射時，工作電流只有 10.5ma，接收時工作電流

14、只有 18ma，多種低功率工作模式，節(jié)能設(shè)計更方便。其 duoceivertm 技術(shù)使 nrf2401 可以使用同一天線，同時接收兩個不同頻道的數(shù)據(jù)。無線電子點菜系統(tǒng)是無線通信技術(shù)的一個典型應(yīng)用。近些年來，隨著人民生活水平的提高和生活方式的轉(zhuǎn)變，餐飲業(yè)具有巨大的投資市場，被稱為中國的黃金產(chǎn)業(yè)。人們在消費過程中對服務(wù)質(zhì)量也有了更高的要求，同時餐館之間的激烈競爭也促進(jìn)了無線通信技術(shù)在餐飲業(yè)中的應(yīng)用。無線電子點菜系統(tǒng)的目的就是利用最先進(jìn)的 2.4grf 無線通信技術(shù)、嵌入式移動數(shù)據(jù)庫技術(shù)34、以及觸摸屏的掌上電腦技術(shù), 為餐飲業(yè)走向全面數(shù)字化提供了完整的解決方案。該系統(tǒng)能夠提高餐館檔次、提高效率、自

15、動結(jié)賬、避免人為錯誤、避免跑單、實時監(jiān)控餐館狀況、提供各種各基于單片機(jī)的無線點菜系統(tǒng)的硬件設(shè)計及實現(xiàn) 第一章 緒論1樣統(tǒng)計信息、精簡人手、管理庫存、提高服務(wù)品質(zhì)等，為餐飲行業(yè)帶來嶄新的管理理念與服務(wù)手段,優(yōu)化業(yè)務(wù)流程,為客戶提供更好的服務(wù),實現(xiàn)企業(yè)價值最大化同時又使成本最低化,是餐飲行業(yè)向信息化發(fā)展的一個重要標(biāo)志。由于使用無線技術(shù)通信，可以不用進(jìn)行復(fù)雜的布線，這也大大降低了餐館的建設(shè)成本，減少了對線路維護(hù)的開支。同時，無線通信的可以移動性也使服務(wù)員隨時可以和吧臺聯(lián)系。無線電子點菜系統(tǒng)基于目前很熱門的技術(shù)嵌入式技術(shù)3，依托一定的硬件平臺。因此微電子技術(shù)的發(fā)展對系統(tǒng)的性能有很大的限制，目前微電子技

16、術(shù)已經(jīng)發(fā)展到了 soc（system on chip，片上系統(tǒng)），集成度獲得了極大的提高。同時，芯片的價格，體積和能耗進(jìn)一步降低，這些都使無線電子點菜系統(tǒng)向移動化和大眾化方向發(fā)展?？梢哉f，隨著微電子技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，無線電子點菜系統(tǒng)仍然有很大的發(fā)展空間。1.2 無線通信技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀 按照發(fā)射功率的不同，無線通信技術(shù)可分為短距離無線通信技術(shù)和長距離無線通信技術(shù)，它們各自依托的硬件平臺和通信協(xié)議也有很大不同。幾種常見的長距離無線通信系統(tǒng)如 gprs 系統(tǒng)和我國即將投入使用的 3g 系統(tǒng)，它們都有一些共同的特點：使用專門的頻段，需要專門的公司進(jìn)行運營。由于本系統(tǒng)要求傳輸距離有限，而且對成本有限制，

17、因此長距離無線通信協(xié)議不在考慮的范圍之內(nèi)，下面就重點闡述幾種常見的短距離無線通信協(xié)議：1 藍(lán)牙5愛立信在 1994 年開始研究一種能使手機(jī)與其附件（如耳機(jī)）之間互相通信的無線模塊，4 年后，愛立信、諾基亞、ibm 等公司共同推出了藍(lán)牙技術(shù)，主要用于通信和信息設(shè)備的無線連接。藍(lán)牙工作頻率為 24ghz，有效范圍大約在 10m 半徑內(nèi)。在此范圍內(nèi)，采用藍(lán)牙技術(shù)的多臺設(shè)備，如手機(jī)、微機(jī)、激光打印機(jī)等能夠無線互聯(lián)，以約 1mbs 的速率相互傳遞數(shù)據(jù)，并能方便地接入互聯(lián)網(wǎng)。目前藍(lán)牙技術(shù)開發(fā)重點是多點連接，即一臺設(shè)備同時與多臺（最多 7 臺）其他設(shè)備互聯(lián)。今后，市場上不同廠商的藍(lán)牙產(chǎn)品將能夠相互聯(lián)通。藍(lán)牙

18、技術(shù)的應(yīng)用主要有以下 3 類：1 語音數(shù)據(jù)接入是指將一臺計算機(jī)通過安全的無線鏈路連接到通信設(shè)備上，完成與廣域網(wǎng)的連接。2 外圍設(shè)備互連是指將各種設(shè)備通過藍(lán)牙鏈路連接到主機(jī)上。3 pan(personal area net，個人局域網(wǎng))如圖 1 所示，主要用于個人網(wǎng)絡(luò)與信息的共享與交換。 藍(lán)牙協(xié)議有以下技術(shù)特點：基于單片機(jī)的無線點菜系統(tǒng)的硬件設(shè)計及實現(xiàn) 第一章 緒論2（1）藍(lán)牙工作在全球開放的 2.4ghz ism 頻段； （2）使用跳頻頻譜擴(kuò)展技術(shù)，把頻帶分成若干個跳頻信道（hop channel） ，在一次連接中，無線電收發(fā)器按一定的碼序列不斷地從一個信道跳到另一個信道；（3）一臺藍(lán)牙設(shè)備可

19、同時與其它七臺藍(lán)牙設(shè)備建立連接；（4）數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá) 1mbit/s； （5）低功耗、通訊安全性好； （6）在有效范圍內(nèi)可越過障礙物進(jìn)行連接，沒有特別的通訊視角和方向要求； （7）支持語音傳輸； （8）組網(wǎng)簡單方便正是由于藍(lán)牙協(xié)議有以上特點，藍(lán)牙產(chǎn)品涉及 pc、筆記本電腦、移動電話等信息設(shè)備和 av 設(shè)備、汽車電子、家用電器和工業(yè)設(shè)備領(lǐng)域。藍(lán)牙的支持者們預(yù)言說，一旦支持藍(lán)牙的芯片變得非常便宜，藍(lán)牙將置身于幾乎所有產(chǎn)品之中，從微波爐一直到衣服上的紐扣。但是藍(lán)牙的傳輸距離比較短，而且藍(lán)牙是一種還沒有完全成熟的技術(shù)，盡管被描述得前景誘人，但還有待于實際使用的嚴(yán)格檢驗。藍(lán)牙的數(shù)據(jù)傳輸速率也不是很高，

20、在當(dāng)今這個數(shù)據(jù)爆炸的時代，可能也會對它的發(fā)展有所影響。目前主流的軟件和硬件平臺均不提供對藍(lán)牙的支持，這使得藍(lán)牙的應(yīng)用成本升高，普及難度增大。從以上各點綜合考慮，藍(lán)牙協(xié)議不適合本系統(tǒng)。2 超寬帶技術(shù) uwb（ultra wide band）6超寬帶技術(shù) uwb（ultra wide band）是另一個新發(fā)展起來的無線通信技術(shù)。uwb 通過基帶脈沖作用于天線的方式發(fā)送數(shù)據(jù)。窄脈沖（小于 1ns）產(chǎn)生極大帶寬的信號。脈沖采用脈位調(diào)制（pulse position modulation，ppm）或二進(jìn)制移相鍵控（bpsk）調(diào)制。uwb 被允許在 31106ghz 的波段內(nèi)工作。它主要應(yīng)用在小范圍、高分

21、辨率、能夠穿透墻壁、地面和身體的雷達(dá)和圖像系統(tǒng)中。除此之外，這種新技術(shù)適用于對速率要求非常高（大于 100mbs）的 lan(local area net，本地局域網(wǎng))s 或 pans。軍事部門已對 uwb 進(jìn)行了多年研究，開發(fā)出了分辨率極高的雷達(dá)。直到 2002年 2 月 14 日，美國聯(lián)邦通信委員會才準(zhǔn)許該技術(shù)進(jìn)入民用領(lǐng)域。所以對于商業(yè)和消費領(lǐng)域，uwb 還是新鮮事物。uwb 有可能在 10m 范圍內(nèi)，支持高達(dá) 110mbs 的數(shù)據(jù)傳輸率，不需要壓縮數(shù)據(jù)，可以快速、簡單、經(jīng)濟(jì)地完成視頻數(shù)據(jù)處理。雖然說uwb 技術(shù)的數(shù)據(jù)傳輸距離相比藍(lán)牙技術(shù)已經(jīng)獲得很大提高，但是仍然不能滿足本系統(tǒng)的技術(shù)要求。

22、3 zigbee 17zigbee 是一種短距離、低功耗的無線通信技術(shù)名稱。這一名稱來源與蜜蜂的八基于單片機(jī)的無線點菜系統(tǒng)的硬件設(shè)計及實現(xiàn) 第一章 緒論3字舞。其特點是近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本。主要適合用于自動控制和遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域，可以嵌入各種設(shè)備。zigbee 協(xié)議的技術(shù)特點和應(yīng)用前景將在下一章詳細(xì)敘述。4 irda (infrared data association，紅外數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會)技術(shù)56紅外線是波長在 750nm 至 1mm 之間的電磁波，它的頻率高于微波而低于可見光，是一種人的眼睛看不到的光線。由于紅外線的波長較短，對障礙物的衍射能力差，所以更適合應(yīng)用在需要短距

23、離無線通訊的場合，進(jìn)行點對點的直線數(shù)據(jù)傳輸，傳輸速率最快可達(dá) 16mbps。irda 將紅外數(shù)據(jù)通訊所采用的光波波長的范圍限定在 850nm至 900nm 之內(nèi)。irda 技術(shù)有以下特點：（1）它是目前在世界范圍內(nèi)被廣泛使用的一種無線連接技術(shù)，被眾多的硬件和軟件平臺所支持；（2）通過數(shù)據(jù)電脈沖和紅外光脈沖之間的相互轉(zhuǎn)換實現(xiàn)無線的數(shù)據(jù)收發(fā)。（3）主要是用來取代點對點的線纜連接；（4）新的通訊標(biāo)準(zhǔn)兼容早期的通訊標(biāo)準(zhǔn)；（5）小角度（30 度錐角以內(nèi)） ，短距離，點對點直線數(shù)據(jù)傳輸，保密性強（6） 傳輸速率較高，目前 4m 速率的 fir 技術(shù)已被廣泛使用，16m 速率的 vfir技術(shù)已經(jīng)發(fā)布。雖然目

24、前 irda 技術(shù)發(fā)展已經(jīng)很成熟，而且有很多公司的產(chǎn)品都支持這種協(xié)議。但是由于紅外線的波長較短，對障礙物的衍射能力差，所以它只能用于視距傳輸，傳輸距離比較短，因此也不適合本系統(tǒng)的技術(shù)要求。綜合比較以上各個短距離無線通信協(xié)議的技術(shù)特點和本系統(tǒng)的要求，只有zigbee 協(xié)議能基本滿足要求。而且目前支持 zigbee 協(xié)議的廠商比較多，技術(shù)發(fā)展也很成熟，可以作成低成本的嵌入式產(chǎn)品。1.3 論文的研究內(nèi)容無線電子點菜系統(tǒng)的實現(xiàn)是建立在硬件電路的基礎(chǔ)上的，為了降低誤碼率，提高頻率資源的利用律，數(shù)據(jù)必須按照一定協(xié)議傳輸。在發(fā)送端，數(shù)據(jù)按照一定的格式編碼，然后調(diào)制到一約定的頻率后發(fā)送；接受端將接收到的信號經(jīng)

25、過解調(diào)和解碼后，將數(shù)據(jù)還原。本論文的研究內(nèi)容主要有兩部分組成：1.經(jīng)過討論各種無線通信協(xié)議的特點和電子技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，在此基礎(chǔ)上，提出了基于 zigbee 協(xié)議的硬件平臺。并詳細(xì)分析了平臺組成部分各自的原理以及功能。2.分析了平臺的編程規(guī)則，開發(fā)出了相應(yīng)的驅(qū)動程序?；趩纹瑱C(jī)的無線點菜系統(tǒng)的硬件設(shè)計及實現(xiàn) 第一章 緒論41.4 內(nèi)容安排內(nèi)容安排 本文對無線電子電菜系統(tǒng)的硬件設(shè)計進(jìn)行了深入的研究，全文共分為五章，各章節(jié)的內(nèi)容安排如下： 第一章介紹了本文的研究背景和各章節(jié)的內(nèi)容安排情況。 第二章介紹 zigbee 協(xié)議的詳細(xì)內(nèi)容和一種基于 zigbee 協(xié)議的芯片。 第三章在上一章的基礎(chǔ)上提出了自

26、己的硬件平臺，詳細(xì)介紹了平臺的組成部分和各自的功能。 第四章和第三章相對應(yīng)的，主要講了硬件平臺的驅(qū)動程序以及 pc 機(jī)端串行口調(diào)試工具的開發(fā)，并簡單介紹了相應(yīng)的軟件開發(fā)工具。第五章是總結(jié)與展望。對本文工作進(jìn)行了總結(jié)，并探討可以進(jìn)一步深入研究的方向?；趩纹瑱C(jī)的無線點菜系統(tǒng)的硬件設(shè)計及實現(xiàn) 第二章 zigbee 協(xié)議分析5第二章 zigbee7協(xié)議分析zigbee 協(xié)議是一種近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。 在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范制訂方面，主要是 ieee 802.15.4 小組與 zigbee alliance 兩個組織，兩者分別制訂硬體與軟體標(biāo)準(zhǔn)。在 ieee 802.15.

27、4 方面，2000 年 12 月ieee 成立了 802.15.4 小組，負(fù)責(zé)制訂 mac（media access control,媒體存取控制層）與物理層規(guī)范， 2003 年 5 月通過 802.15.4 標(biāo)準(zhǔn)；在 zigbee 聯(lián)盟方面，zigbee7聯(lián)盟是在 2002 年 10 月由 honeywell、mitsubishi、motorola、philips與 invensys 共同成立，zigbee 聯(lián)盟負(fù)責(zé)制訂網(wǎng)路層、安全管理、應(yīng)用界面規(guī)范，其次也肩負(fù)互通測試，目前 zigbee 聯(lián)盟已推出第 1.0 版規(guī)范(version 1.0)，成員已達(dá) 150 多個。 zigbee 協(xié)議依

28、據(jù) 802.15.4 標(biāo)準(zhǔn)89，在數(shù)千個微小的傳感器之間相互協(xié)調(diào)實現(xiàn)通信。這些傳感器只需要很少的能量，以接力的方式通過無線電波將數(shù)據(jù)從一個傳感器傳到另一個傳感器，所以它們的通信效率非常高。ieee802.15.4 規(guī)范是一種經(jīng)濟(jì)、高效、低數(shù)據(jù)速率(=300030002兼容性：與現(xiàn)有的控制網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)無縫集成。通過網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器(coordinator)自動建立網(wǎng)絡(luò)，采用 csma-ca 方式進(jìn)行信道存取。為了可靠傳遞，提供全握手協(xié)議。 安全性：zigbee 提供了數(shù)據(jù)完整性檢查和鑒權(quán)功能，加密算法采用 aes-128，同時各個應(yīng)用可以靈活確定其安全屬性，是網(wǎng)絡(luò)安全得到有效的保障。 實現(xiàn)成本低：模塊的初

29、始成本估計在 6 美元左右，很快就能降到 1.52.5 美元，且 zigbee 協(xié)議是免專利費的。 協(xié)議套件緊湊而簡單：其具體實現(xiàn)的要求很低。zigbee 協(xié)議套件的需求估計：8 位微處理器，如 80c5110；全協(xié)議套件軟件需要 32k 字節(jié)的 rom；最小協(xié)議套件軟件大約 4k 字節(jié)的 rom。2.2.2 zigbee 協(xié)議存在的問題及解決方案802.15.4 標(biāo)準(zhǔn)是 zigbee 協(xié)議的基礎(chǔ)，用它實現(xiàn)無線數(shù)據(jù)采集，主要有以下兩個問題： 1、網(wǎng)絡(luò)內(nèi)傳感器節(jié)點時鐘需要同步，監(jiān)控系統(tǒng)的多傳感器信息融合時，上位機(jī)需要知道每個原始數(shù)據(jù)是何時采集的，采樣的觸發(fā)要求每個節(jié)點有統(tǒng)一的時鐘；基于單片機(jī)的無

30、線點菜系統(tǒng)的硬件設(shè)計及實現(xiàn) 第二章 zigbee 協(xié)議分析9 2、其通信速率較低，而且又受到接口通信速率的限制，加之受糾錯碼的編碼效率影響，真正的數(shù)據(jù)發(fā)送量是很低的。 解決此問題可以通過如下的途徑： 傳感器節(jié)點采用 dsp 處理器，盡可能在傳感器節(jié)點一級多做些數(shù)據(jù)處理工作，盡量減少原始數(shù)據(jù)的發(fā)送量，只發(fā)送有用信息。例如，對于平穩(wěn)狀態(tài)的原始數(shù)據(jù)可以不發(fā)送到上位機(jī)中，只發(fā)送可疑狀態(tài)前后的原始數(shù)據(jù)，這樣就大大減少了數(shù)據(jù)的通信量。2.2.3 zigbee 協(xié)議應(yīng)用前景zigbee 協(xié)議特別適合數(shù)據(jù)吞吐量小，網(wǎng)絡(luò)建設(shè)投資少，網(wǎng)絡(luò)安全要求較高，不便頻繁更換電池或者充電的場合，預(yù)計將在消費類電子設(shè)備，家庭智

31、能化，工業(yè)控制，醫(yī)療設(shè)備控制，農(nóng)業(yè)自動化和無線點菜系統(tǒng)等領(lǐng)域獲得廣泛的應(yīng)用。消費類電子產(chǎn)品和家庭智能化將是 zigbee 技術(shù)最有潛力的市場，家庭可以聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備包括電視，錄象機(jī)，pc 外設(shè)，兒童玩具，游戲機(jī)，門禁系統(tǒng)，窗戶和窗簾，照明設(shè)備，空調(diào)設(shè)備和其他家用電器等。家用設(shè)備引進(jìn) zigbee 協(xié)議后將極大改善人們的居住環(huán)境和舒適度。在工業(yè)控制領(lǐng)域，利用傳感器和 zigbee 網(wǎng)絡(luò)，可是數(shù)據(jù)的自動采集，分析和處理變得更加容易；可以作為決策輔助系統(tǒng)的重要組成部分，例如危險化學(xué)成分的檢測，火警的早期檢測和預(yù)報，高速旋轉(zhuǎn)機(jī)器的檢測和維護(hù)。這些應(yīng)用不需要很高的數(shù)據(jù)吞吐量和連續(xù)的狀態(tài)更新，重點在于低功耗，

32、可最大限度地延長電池的壽命，減少 zigbee 網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)成本。在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，利用傳感器和 zigbee 網(wǎng)絡(luò)可以準(zhǔn)確，實時地監(jiān)測每個病人的血壓，心率等情況，有助于醫(yī)生快速做出反應(yīng)，減少醫(yī)生查房的工作負(fù)擔(dān)，特別適合對重，危病患者的監(jiān)護(hù)和治療。在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中，利用傳感器可以將土壤溫度，氮濃度，ph 值，降水量，氣溫，氣壓和采集信息的地理位置經(jīng)由 zigbee 網(wǎng)絡(luò)傳送到中央的控制部分，使農(nóng)民能及早而且準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)問題，從而有助于保持并提高農(nóng)作物的產(chǎn)量，減少發(fā)生災(zāi)害的概率。本系統(tǒng)是將 zigbee 協(xié)議用于餐館的無線點菜系統(tǒng)，這樣能夠提高餐館檔次、提高效率、自動結(jié)賬、避免人為錯誤、避免跑單、實時監(jiān)控餐館

33、狀況、提供各種各樣統(tǒng)計信息、精簡人手、管理庫存、提高服務(wù)品質(zhì)等，為餐飲行業(yè)帶來嶄新的管理理念與服務(wù)手段,優(yōu)化業(yè)務(wù)流程,為客戶提供更好的服務(wù),實現(xiàn)企業(yè)價值最大化同時又使成本最低化,是餐飲行業(yè)向信息化發(fā)展的一個重要標(biāo)志。23 基于 zigbee 協(xié)議的芯片1452002 年 8 月 zigbee 聯(lián)盟成立時 honeywell，invensys,三菱電器，摩托羅拉和基于單片機(jī)的無線點菜系統(tǒng)的硬件設(shè)計及實現(xiàn) 第二章 zigbee 協(xié)議分析10飛利浦等國際上知名的大公司就是 zigbee 協(xié)議的支持者。目前，zigbee 已經(jīng)吸引了上百家芯片研發(fā)公司和無線設(shè)備制造公司，并且不斷有新的公司加盟這一聯(lián)盟。

34、現(xiàn)在國際上有很多公司生產(chǎn)基于 zigbee 協(xié)議的芯片，芯片的集成度也越來越高。例如挪威的 nordic 公司的 nrf 系列芯片，還有 chipcon 公司的無線數(shù)據(jù)傳輸芯片等。各個公司的芯片原理基本相同，編程規(guī)則大致相同，因此選用 nordic 公司的nrf2401，下面詳細(xì)敘述一下 nrf2401 芯片的特點。 nrf2401 無線收發(fā)一體芯片和藍(lán)牙一樣，都工作在 2.4ghz 自由頻段，能夠在全球無線市場暢通無阻。nrf2401 支持多點間通信，最高傳輸速率超過 1mbit/s，而且比藍(lán)牙具有更高的傳輸速度。它采用 soc 方法設(shè)計，只需少量外圍元件便可組成射頻收發(fā)電路。與藍(lán)牙不同的是

35、，nrf2401 沒有復(fù)雜的通信協(xié)議，它完全對用戶透明，同種產(chǎn)品之間可以自由通信。更重要的是，nrf2401 比藍(lán)牙產(chǎn)品更便宜。所以nrf2401 是業(yè)界體積最小、功耗最少、外圍元件最少的低成本射頻系統(tǒng)級芯片。nrf2401 的引腳排列如圖 2.2（頂視圖）所示。它采用 5mm5mm 的 24 引腳qfn 封裝。nrf2401 的主要特點如下： 圖 2.2 nrf2401 的引腳排列(1)采用全球開放的 2.4ghz 頻段，有 125 個頻道，可滿足多頻及跳頻需要； (2)速率（1mbps）高于藍(lán)牙，且具有高數(shù)據(jù)吞吐量； (3)外圍元件極少，只需一個晶振和一個電阻即可設(shè)計射頻電路； (4)發(fā)射

36、功率和工作頻率等所有工作參數(shù)可全部通過軟件設(shè)置； (5)電源電壓范圍為 1.9-3.6v，功耗很低； (6)電流消耗很小，-5dbm 輸出功率時的典型峰值電流為 10.5ma； 基于單片機(jī)的無線點菜系統(tǒng)的硬件設(shè)計及實現(xiàn) 第二章 zigbee 協(xié)議分析11(7)芯片內(nèi)部設(shè)置有專門的穩(wěn)壓電路，因此，使用任何電源（包括 dc/dc 開關(guān)電源）均有很好的通信效果； (8)每個芯片均可以通過軟件設(shè)置最多 40bit 地址，而且只有收到本機(jī)地址時才會輸出數(shù)據(jù)（提供一個中斷指示），同時編程也很方便； (9)內(nèi)置 crc（cyclic redundancy check，循環(huán)冗余校驗）16糾檢錯硬件電路和協(xié)議；

37、 (10)采用 duocever 技術(shù)可同時接收兩個 nrf2401 的數(shù)據(jù)； (11)采用 shockburst tm 模式時，能適用極低的功率操作和不嚴(yán)格的 mcu 執(zhí)行； (12)無需外部 saw 濾波器； (13)可 100%rf 檢驗； (14)帶有數(shù)據(jù)時隙和數(shù)據(jù)時鐘恢復(fù)功能。nrf2401 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理及外部組成框圖如圖 2.3 所示，下面介紹其工作原理。 圖 2.3 nrf2401 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理及外部組成框圖1 shockburst tm16模式 基于單片機(jī)的無線點菜系統(tǒng)的硬件設(shè)計及實現(xiàn) 第二章 zigbee 協(xié)議分析12 nrf2401 的 shockburst tm 模式

38、采用片上 fifo(first-in first-out，先進(jìn)先)出來進(jìn)行低數(shù)據(jù)率的時鐘同步和高數(shù)據(jù)率的傳輸，因此極大的降低了功耗。 shockburst tm 發(fā)射主要通過 mcu 接口引腳 ce、clk1 和 data 來完成。當(dāng) mcu請求發(fā)送數(shù)據(jù)時，置 ce 為高電平，此時的接收機(jī)地址和有效載荷數(shù)據(jù)作為 nrf2401的內(nèi)部時鐘，可用請求協(xié)議或 mcu 將速率調(diào)至 1mbps；置 ce 為低電平可激活shockburst tm 發(fā)射。 shockburst tm 接收主要使用 mcu 接口引腳 ce、dr1、clk1、data 來實現(xiàn)。當(dāng)正確設(shè)置射頻包輸入載荷的地址和大小后，置 ce

39、為高電平可激活 rx。此后便可在nrf2401 監(jiān)測信息輸入 200，若收到有效數(shù)據(jù)包，則給 mcu 一個中斷并置 dr1為高電平，以使 mcu 以時鐘形式輸出有效載荷數(shù)據(jù)，待系統(tǒng)收到全部數(shù)據(jù)后, nrf2401 再置 dr1 為低此時如果 ce 保持高電平，則等待新的數(shù)據(jù)包。若 ce 置低電平，則開始接收新的序列nrf2401 的 duoceiver tm17技術(shù)為 rx 提供了兩個獨立的專用數(shù)字信道，因而可代替兩個單獨接收系統(tǒng)。圖 4 所示是 duoceiver tm 同時雙接收信道結(jié)構(gòu)圖。 nrf2401 可以通過一個天線接口從相隔 8mhz 的兩 1mbps 接收機(jī)上接收數(shù)據(jù)。同時將兩

40、個數(shù)字信道的輸出反饋到兩個單獨的 mcu 接口。具體的兩個信道如下: 圖 2.4 duoceiver tm 同時雙接收信道結(jié)構(gòu)圖數(shù)字信道:clk1,data,dr1； 數(shù)字信道:clk2,dout2,dr2； 應(yīng)當(dāng)說明的是,數(shù)字信道 2 的頻率只有在比數(shù)字信道 1 的頻率高出 8mhz 時，才能保證正常接收?；趩纹瑱C(jī)的無線點菜系統(tǒng)的硬件設(shè)計及實現(xiàn) 第二章 zigbee 協(xié)議分析13基于單片機(jī)的無線點菜系統(tǒng)的硬件設(shè)計及實現(xiàn) 第三章 硬件系統(tǒng)的設(shè)計及實現(xiàn)14第三章 基于 zigbee 協(xié)議的硬件系統(tǒng)的設(shè)計及實現(xiàn) 目前，51 系列單片機(jī)非常流行，而且資料眾多，因此選用 51 系列單片機(jī)作為開發(fā)板的

41、 mcu，通過附加一定的外圍電路后，來和無線數(shù)據(jù)傳輸模塊進(jìn)行通信，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線傳輸。3.1 stc89c58rd+10單片機(jī)概述stc89c58rd+系列單片機(jī)是宏晶科技推出的新一代超強抗干擾，高速，低功耗的單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051 單片機(jī)，12 時鐘/機(jī)器周期和 6 時鐘/機(jī)器周期可任意選擇。它具有以下特點：1. 增強型 6 時鐘/機(jī)器周期，12 時鐘/機(jī)器周期 8051 cpu（central process unit，中央處理器） 。2. 工作電壓：5.5v - 3.4v（5v 單片機(jī)）3. 工作頻率范圍：0 - 40 mhz，相當(dāng)于普通 8051 的 080mhz.實際

42、工作頻率可達(dá) 48mhz.4. 用戶應(yīng)用程序空間 32k 字節(jié)5. 片上集成 1280 字節(jié) ram（random access memory，隨機(jī)存儲器） 。6. 通用 i/o 口 32 個，復(fù)位后為： p1/p2/p3 是準(zhǔn)雙向口/弱上拉（普通 8051傳統(tǒng) i/o 口） ，p0 口是開漏輸出，作為總線擴(kuò)展用時，不用加上拉電阻，作為 i/o口用時，需加上拉電阻。7. isp（在系統(tǒng)可編程）/iap（在應(yīng)用可編程） ，無需專用編程器/ 仿真器 可通過串口（p3.0/p3.1）直接下載用戶程序，8k 程序 3 秒即可完成一片8. eeprom 功能9. 看門狗10.共 3 個 16 位定時器/

43、計數(shù)器，其中定時器 0 還可以當(dāng)成 2 個 8 位定時器使用11.外部中斷 4 路,下降沿中斷或低電平觸發(fā)中斷,power down 模式可由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒12. 通用 uart（universal asynchronous receiver/transmitter ，通用串行接口） ，還可用定時器軟件實現(xiàn)多個 uart14.工作溫度范圍： 0 - 75 / -40 - +8515.封裝： pdip-40，plcc-44,pqfp-44基于單片機(jī)的無線點菜系統(tǒng)的硬件設(shè)計及實現(xiàn) 第三章 硬件系統(tǒng)的設(shè)計及實現(xiàn)15 使用這種單片機(jī)做開發(fā)板，最大的優(yōu)勢就在于它支持 isp，這樣不用購買

44、昂貴的編程器/ 仿真器，直接通過串口線就能實現(xiàn)在線編程。而且內(nèi)部集成了看門狗和flash，簡化了 pcb 板的制作。指令代碼與 51 單片機(jī)兼容，這樣可以用常用的 51單片機(jī)軟件開發(fā)工具開發(fā)驅(qū)動程序。3.2 開發(fā)板的各個組成部分原理圖以及功能 整個開發(fā)板是由單片機(jī)最小系統(tǒng)和它的一些外圍電路組成，單片機(jī)最小系統(tǒng)做為整個開發(fā)板的控制中心，控制各個外圍電路協(xié)調(diào)工作，完成系統(tǒng)設(shè)計的功能。整個系統(tǒng)原理圖見附錄 2，下面詳細(xì)敘述各個組成部分的原理及各自實現(xiàn)的功能。原理圖由 protel 99se1819繪制。3.2.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)組成電路單片機(jī)最小系統(tǒng)是整個開發(fā)板的控制中心，它由電源，復(fù)位電路和晶振組

45、成。電源采用 5v 供電，晶振為 12mhz。為了便于調(diào)試，將 p0.4-p0.7 和發(fā)光管相連，發(fā)光管為共陽極連接，這是因為開發(fā)板初上電或者或者復(fù)位后，所有的 i/o 口均為高電平。由于不使用外部存儲器，因此將 ea 接高電平。為了方便調(diào)試和降低成本，因此選用 usb（universial serial bus,通用串口總線）方式供電。usb 的即插即用特性，使對開發(fā)板供電非常方便。圖 3.1 所示為單片機(jī)最小系統(tǒng)。圖 3.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)基于單片機(jī)的無線點菜系統(tǒng)的硬件設(shè)計及實現(xiàn) 第三章 硬件系統(tǒng)的設(shè)計及實現(xiàn)163.2.2 串行口電平轉(zhuǎn)換部分 大多數(shù) pc 機(jī)都有一個串行通訊端口 rs-2

46、32 用于兩臺計算機(jī)間進(jìn)行串行通訊。rs - 232 通訊接口是一種標(biāo)準(zhǔn)化的串行接口，是為 dte(data terminal equipment，遠(yuǎn)程通訊連接終端設(shè)備)與 dce (data communication equipment，數(shù)據(jù)通訊設(shè)備)定義的物理接口。rs-232 采用非平衡連接(又稱為單端線路)，在這個線路中，信號電壓加到一條導(dǎo)線上，所有的信號電壓都使用一個公共的接地線。為了提高抗干擾能力和增加傳送距離，rs 一 232 的每個腳線的信號和電平規(guī)定采用負(fù)邏輯電平，dc(-15 一 5v)規(guī)定為邏輯“1”,dc(+ 5+15v)規(guī)定邏輯“0”, dc(-5一+5v 規(guī)定為過

47、渡區(qū))。由于單片機(jī)的輸入、輸出電平為 ttl 電平，與 pc 機(jī) rs-232標(biāo)準(zhǔn)串行接口的電氣規(guī)范不一致，因此要實現(xiàn)單片機(jī)與 pc 機(jī)之間的數(shù)據(jù)通讀，必須進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。選用的電平轉(zhuǎn)換芯片為 max232，它的工作電壓為+5v，和單片機(jī)的工作電源相同。由于 stc89c58rd+單片機(jī)支持 isp 下載，因此通過這個串行口既可以用來和 pc機(jī)通信，又能將程序下載到單片機(jī)，不用購買昂貴的編程器。圖 3.2 所示為串口電平轉(zhuǎn)換部分。 圖 3.2 串口電平轉(zhuǎn)換部分基于單片機(jī)的無線點菜系統(tǒng)的硬件設(shè)計及實現(xiàn) 第三章 硬件系統(tǒng)的設(shè)計及實現(xiàn)173.2.3 led 部分 由于單片機(jī)復(fù)位后，各個引腳輸出都為高電

48、平，因此選用共陰極的 led 數(shù)碼管。每個數(shù)碼管的使能端 com1,com2,com3,com4 分別接到 p1.0,p1.1,p1.2,p1.3，當(dāng)向使能端輸出低電平，即可選通相對應(yīng)的數(shù)碼管。74ls244 為三態(tài)輸出的八組緩沖器和總線驅(qū)動器,選用的四位八段數(shù)碼管本身已經(jīng)集成了譯碼器，這樣既簡化了線路的連接，又降低了錯誤發(fā)生的概率。圖 3.3 為 led 部分。圖 3.3 led 部分3.2.4 開發(fā)板和無線數(shù)據(jù)傳輸模塊接口部分這一部分有兩部分組成：由于 nrf2401 的工作電壓為 1.9v-3.6v，工作電壓超過 3.6v 就會燒壞芯片。而開發(fā)板的電源為 5v，因此為了使系統(tǒng)工作，必需要

49、有 5v電平轉(zhuǎn)換為 3.3v 電平的部分。為了實現(xiàn)這一過程，選用 lm1117-max3.3 作為核心芯片。lm1117 是一個低壓差電壓調(diào)節(jié)器系列，其壓差在 1.2v 輸出，負(fù)載電流為800ma 時為 1.2v。lm1117 提供電流限制和熱保護(hù)，電路包含 1 個齊納調(diào)節(jié)的帶隙參基于單片機(jī)的無線點菜系統(tǒng)的硬件設(shè)計及實現(xiàn) 第三章 硬件系統(tǒng)的設(shè)計及實現(xiàn)18考電壓以確保輸出電壓的精度在1%以內(nèi)。lm1117 系列具有 llp、to-263、sot-223、to-220 和 to-252 d-pak 封裝；此外為了使兩個模塊直接相連，將 p2 口的部分引腳用排針引到一起，排針間距為 100mil,標(biāo)

50、準(zhǔn) dip 插針。圖 3.4 為開發(fā)板和無線數(shù)據(jù)傳輸模塊接口部分，圖 3.5 為 5v 電平轉(zhuǎn) 3.3v 電平部分。 圖 3.4 開發(fā)板和無線數(shù)據(jù)傳輸模塊接口部分圖 3.5 5v 電平轉(zhuǎn) 3.3v 電平部分3.2.5 鍵盤部分 圖 3.6 鍵盤部分基于單片機(jī)的無線點菜系統(tǒng)的硬件設(shè)計及實現(xiàn) 第三章 硬件系統(tǒng)的設(shè)計及實現(xiàn)19鍵盤部分用來實現(xiàn)人機(jī)通信。有四個按鍵開關(guān)構(gòu)成，分別為 s5(p3.3/int1), s6(p3.4/t0), s7(p3.5/t0), s5(p3.2/int0),正常情況下均為高電平。當(dāng)鍵按下后，輸出為低電平。由于四個鍵盤的組成一樣，這里只畫出了 s5 的電路圖。圖 3.6

51、為鍵盤部分。3.3 無線數(shù)據(jù)傳輸模塊通過仔細(xì)的比較和反復(fù)的論證后，決定選用 nrf2401 芯片作為無線模塊的核心芯片，它的特點在上一章已經(jīng)詳細(xì)論述，這里不在重復(fù)。nrf2401 芯片的典型應(yīng)用電路如圖 3.7 所示。 圖 3.7 nrf2401 芯片的典型應(yīng)用電路從圖 11 可以看出，只需要很少外圍電路就可以組成無線數(shù)據(jù)傳輸模塊。它與開發(fā)板的接口電路為圖 3.8各個接口的要求如下：(1) vcc 腳接電壓范圍為 1.9v3.6v 之間，不能在這個區(qū)間之外，超過 3.6v將會燒毀模塊。推薦電壓 3.3v 左右。 (2) 除電源 vcc 和接地端，其余腳都可以直接和普通的 5v 單片機(jī) io 口

52、直接相連，無需電平轉(zhuǎn)換。當(dāng)然對 3v 左右的單片機(jī)更加適用了。 (3) 硬件上面沒有 spi 的單片機(jī)也可以控制本模塊，用普通單片機(jī) io 口模擬基于單片機(jī)的無線點菜系統(tǒng)的硬件設(shè)計及實現(xiàn) 第三章 硬件系統(tǒng)的設(shè)計及實現(xiàn)20spi 不需要單片機(jī)真正的串口介入，只需要普通的單片機(jī) io 口就可以了，當(dāng)然用串口也可以了。 (4)6 腳，12 腳為接地腳,需要和開發(fā)板的邏輯地連接起來。圖 3.8 無線數(shù)據(jù)傳輸模塊與開發(fā)板的接口電路3.4 無線數(shù)據(jù)傳輸模塊和開發(fā)板的 pcb 圖設(shè)計pcb 板是一塊絕緣材料，在表面合理安放各種電子元件，并安排連接電子元件引腳間的銅膜導(dǎo)線，在不同的表面間有連接不同表面的銅導(dǎo)孔

53、。隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步，pcb 在復(fù)雜程度和應(yīng)用范圍方面都有了長足的進(jìn)步，按復(fù)雜程度來分，可以將 pcb 板分為 3 類：1.單面印刷電路板；2.雙面印刷電路板；3.多層印刷電路板。為了方便布線，本系統(tǒng)所用的開發(fā)板和無線數(shù)據(jù)傳輸模塊均為雙層印刷電路板。pcb 的生成主要由四個過程組成：其一是原理圖的生成；其二是根據(jù)已經(jīng)生成的原理圖產(chǎn)生對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)表，網(wǎng)絡(luò)表是 pcb 圖和原理圖的紐帶；第三步是新建一個pcb 文件，并導(dǎo)入網(wǎng)絡(luò)表；第四步是將合理布局元件，并用導(dǎo)線將元件的引腳連起來。3.4.1 開發(fā)板的 pcb 圖將開發(fā)板的原理圖按照以上的步驟生成相應(yīng)的 pcb 圖。如圖 3.9 所示：在 p

54、cb 圖設(shè)計的所有過程中，原理圖在上一節(jié)已經(jīng)生成。網(wǎng)絡(luò)表的生成也比較簡單。由于 pcb 圖上使用元件的封裝來代表元件，因此原理圖中各個元件都要明確有自己的封裝方式，而且在繪制 pcb 圖前必須將用到的封裝所在的封裝庫調(diào)入。否則，在調(diào)入網(wǎng)絡(luò)表的過程中將會出現(xiàn)元件丟失的錯誤?；趩纹瑱C(jī)的無線點菜系統(tǒng)的硬件設(shè)計及實現(xiàn) 第三章 硬件系統(tǒng)的設(shè)計及實現(xiàn)21圖 3.9 開發(fā)板的 pcb 圖開發(fā)板上主要用到兩個封裝庫：advpcb.ddb 和 miscellaneous.ddb.另外由于usb 電源接口，電源開關(guān)，鍵盤和四位八段數(shù)碼管沒有對應(yīng)的封裝，因此需要使用元件庫編輯器建立新元件封裝。圖 3.10 為鍵盤

55、封裝，圖 3.11 為 usb 封裝，圖 3.12為開關(guān)封裝，圖 3.13 為四位八段數(shù)碼管封裝。 圖 3.10 鍵盤封裝 圖 3.11 usb 封裝 基于單片機(jī)的無線點菜系統(tǒng)的硬件設(shè)計及實現(xiàn) 第三章 硬件系統(tǒng)的設(shè)計及實現(xiàn)22圖 3.12 開關(guān)封裝 圖 3.13 四位八段數(shù)碼管封裝 各個元件的封裝的引腳的序號必須和原理圖中引腳的序號保持一致，不然將會在調(diào)如網(wǎng)絡(luò)表過程中出現(xiàn)管腳丟失的錯誤。下面再重點分析一下布線的過程。布線是完成產(chǎn)品設(shè)計的重要步驟，可以說前面的準(zhǔn)備工作都是為它而做的，在整個 pcb 中，以布線的設(shè)計過程限定最高，技巧最細(xì)、工作量最大。本系統(tǒng)的 pcb布線為雙面布線，布線的方式有兩

56、種：自動布線及交互式布線。但由于自動布線效果不好，往往實際的效果和預(yù)計效果有很大的出入，因此全部使用交互式布線。布線過程中充分考慮到如何降低元件字之間互相的干擾。首先根據(jù)印制線路板電流的大小，盡量加租電源線寬度，減少環(huán)路電阻，它們的關(guān)系是：地線電源線信號線。同時使電源線、地線的走向和數(shù)據(jù)傳遞的方向一致，這樣有助于增強抗噪聲能力。線條有講究：有條件做寬的線決不做細(xì)；高壓及高頻線應(yīng)園滑，不得有尖銳的倒角，拐彎也不得采用直角。由于采用雙層設(shè)計，因此不可避免地將會使用到過孔。過孔太多，沉銅工藝稍有不慎就會埋下隱患。所以，設(shè)計中應(yīng)盡量減少過線孔。此外，應(yīng)該合理布置電源濾波/退耦電容：一般在原理圖中僅畫出

57、若干電源濾波/退耦電容，但未指出它們各自應(yīng)接于何處。其實這些電容是為開關(guān)器件(門電路)或其它需要濾波/退耦的部件而設(shè)置的，布置這些電容就應(yīng)盡量靠近這些元部件，離得太遠(yuǎn)就沒有作用了。3.4.2 無線數(shù)據(jù)傳輸模塊的 pcb 圖 由于無線數(shù)據(jù)傳輸模塊的核心芯片工作在 2.4ghz，因此在設(shè)計 pcb 圖時對干擾的控制要格外重視。在 pcb 設(shè)計時，必須考慮到各種電磁干擾，注意調(diào)整電阻、電容和電感的位置，特別要注意電容的位置。nrf2401 的 pcb 為雙層板，底層一般不放置元件，頂層的空余地方敷上銅，這些敷銅通過過孔與底層的地相連。nrf2401 的供電電源應(yīng)通過電容隔開，這樣有利于給 nrf24

58、01 提供穩(wěn)定的電源。在 pcb 中，盡量多打一些通孔，使頂層和底層的地能夠充分接觸。nrf2401 模塊的 pcb 如圖 3.14 所示。基于單片機(jī)的無線點菜系統(tǒng)的硬件設(shè)計及實現(xiàn) 第三章 硬件系統(tǒng)的設(shè)計及實現(xiàn)23圖 3.14 無線數(shù)據(jù)傳輸模塊的 pcb 圖基于單片機(jī)的無線點菜系統(tǒng)的硬件設(shè)計及實現(xiàn) 第四章 硬件驅(qū)動程序和串行口調(diào)試工具24第四章 硬件驅(qū)動程序和串行口調(diào)試工具驅(qū)動程序是硬件電路的靈魂，沒有驅(qū)動的硬件電路是沒有用的。stc89c58rd+是 51 類單片機(jī)，可以像開發(fā)其他 51 單片機(jī)驅(qū)動一樣開發(fā)它的驅(qū)動程序。單片機(jī)軟件開發(fā)平臺選擇比較流行的 keil uvision2，因為現(xiàn)在關(guān)

59、于 keil uvision2 軟件的資料很多，這樣上手就會很快。串行口調(diào)試工具是用來將 pc 機(jī)上的數(shù)據(jù)通過串行口發(fā)送到單片機(jī)，和 pc 機(jī)接收從單片機(jī)發(fā)送過來的數(shù)據(jù)。選用 visual c+ 6.0 來開發(fā)串行口調(diào)試工具，visual c+ 6.0 是微軟公司推出的一款優(yōu)秀開發(fā)工具，代碼緊湊，運行速度快，而且比較適合低層開發(fā)。4.1 硬件驅(qū)動程序整個數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)有兩部分組成：與 pc 機(jī)相連的開發(fā)板為主機(jī)端，它不能移動，接收從機(jī)端發(fā)送過來的數(shù)據(jù)，并向從機(jī)端發(fā)送指令；可以移動的為從機(jī)端，它由開發(fā)板和無線數(shù)據(jù)傳輸模塊組成。由于兩端的地位和功能不同，因此對應(yīng)的驅(qū)動程序也不同。使用 keil uv

60、ision2 開發(fā)硬件驅(qū)動程序，它支持眾多不同公司的 mcs51 架構(gòu)的芯片，它集編輯，編譯，仿真等于一體，同時還支持，plm，匯編和 c 語言的程序設(shè)計，它的界面和常用的微軟 vc+的界面相似，界面友好，易學(xué)易用，在調(diào)試程序，軟件仿真方面也有很強大的功能。因此很多開發(fā) 51 應(yīng)用的工程師或普通的單片機(jī)愛好者，都對它十分喜歡。51 的編程語言常用的有二種，一種是匯編語言，一種是 c 語言。匯編語言的機(jī)器代碼生成效率很高但可讀性卻并不強，復(fù)雜一點的程序就更是難讀懂，而 c 語言在大多數(shù)情況下其機(jī)器代碼生成效率和匯編語言相當(dāng)，但可讀性和可移植性卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過匯編語言，而且 c 語言還可以嵌入?yún)R編來解決