基于單片機(jī)無(wú)線電子點(diǎn)菜系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

3.2.4 開(kāi)發(fā)板和無(wú)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(guò)3.6V就會(huì)燒壞芯片。而開(kāi)發(fā)板的電源為5V，因此為了使系統(tǒng)工作，必需要有5V電平轉(zhuǎn)換為3.3V電平的部分。為了實(shí)現(xiàn)這一過(guò)程，選用LM1117-MAX3.3作為核心芯片。LM1117是一個(gè)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(shí)為1.2V。LM1117提供電流限制和熱保護(hù)，電路包含1個(gè)齊納調(diào)節(jié)的帶隙參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(gè)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)準(zhǔn) DIP 插針。圖3.4為開(kāi)發(fā)板和無(wú)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(kāi)發(fā)板和無(wú)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(pán)部分
圖3.6 鍵盤(pán)部分

鍵盤(pán)部分用來(lái)實(shí)現(xiàn)人機(jī)通信。有四個(gè)按鍵開(kāi)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(gè)鍵盤(pán)的組成一樣，這里只畫(huà)出了S5的電路圖。圖3.6為鍵盤(pán)部分。

3.3 無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊

通過(guò)仔細(xì)的比較和反復(fù)的論證后，決定選用nRF2401芯片作為無(wú)線模塊的核心芯片，它的特點(diǎn)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(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊。
它與開(kāi)發(fā)板的接口電路為圖3.8
各個(gè)接口的要求如下：
(1) VCC腳接電壓范圍為 1.9V~3.6V之間，不能在這個(gè)區(qū)間之外，超過(guò)3.6V將會(huì)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 口直接相連，無(wú)需電平轉(zhuǎn)換。當(dāng)然對(duì) 3V 左右的單片機(jī)更加適用了。
(3) 硬件上面沒(méi)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SPI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(kāi)發(fā)板的邏輯地連接起來(lái)。
圖3.8 無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊與開(kāi)發(fā)板的接口電路

3.4 無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊和開(kāi)發(fā)板的PCB圖設(shè)計(jì)

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。
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(zhǎng)足的進(jìn)步，按復(fù)雜程度來(lái)分，可以將PCB板分為3類(lèi)：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(kāi)發(fā)板和無(wú)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(gè)過(guò)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(duì)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(gè)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(lái)。
3.4.1 開(kāi)發(fā)板的PCB圖
將開(kāi)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PCB圖設(shè)計(jì)的所有過(guò)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(jiǎn)單。由于PCB圖上使用元件的封裝來(lái)代表元件，因此原理圖中各個(gè)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(kù)調(diào)入。否則，在調(diào)入網(wǎng)絡(luò)表的過(guò)程中將會(huì)出現(xiàn)元件丟失的錯(cuò)誤。

圖3.9 開(kāi)發(fā)板的PCB圖

開(kāi)發(fā)板上主要用到兩個(gè)封裝庫(kù)：Advpcb.ddb和Miscellaneous.ddb.另外由于USB電源接口，電源開(kāi)關(guān)，鍵盤(pán)和四位八段數(shù)碼管沒(méi)有對(duì)應(yīng)的封裝，因此需要使用元件庫(kù)編輯器建立新元件封裝。圖3.10為鍵盤(pán)封裝，圖3.11為USB封裝，圖3.12為開(kāi)關(guān)封裝，圖3.13為四位八段數(shù)碼管封裝。

圖3.10 鍵盤(pán)封裝 圖3.11 USB封裝

圖3.12 開(kāi)關(guān)封裝 圖3.13 四位八段數(shù)碼管封裝

各個(gè)元件的封裝的引腳的序號(hào)必須和原理圖中引腳的序號(hào)保持一致，不然將會(huì)在調(diào)如網(wǎng)絡(luò)表過(guò)程中出現(xiàn)管腳丟失的錯(cuò)誤。
下面再重點(diǎn)分析一下布線的過(guò)程。
布線是完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)的重要步驟，可以說(shuō)前面的準(zhǔn)備工作都是為它而做的，在整個(gè)PCB中，以布線的設(shè)計(jì)過(guò)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，布線的方式有兩種：自動(dòng)布線及交互式布線。但由于自動(dòng)布線效果不好，往往實(shí)際的效果和預(yù)計(jì)效果有很大的出入，因此全部使用交互式布線。布線過(guò)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(hào)線。同時(shí)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(qiáng)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(jì)，因此不可避免地將會(huì)使用到過(guò)孔。過(guò)孔太多，沉銅工藝稍有不慎就會(huì)埋下隱患。所以，設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量減少過(guò)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(huà)出若干電源濾波/退耦電容，但未指出它們各自應(yīng)接于何處。其實(shí)這些電容是為開(kāi)關(guān)器件(門(mén)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(méi)有作用了。
3.4.2 無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊的PCB圖
由于無(wú)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(jì)PCB圖時(shí)對(duì)干擾的控制要格外重視。在PCB設(shè)計(jì)時(shí)，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(guò)過(guò)孔與底層的地相連。nRF2401的供電電源應(yīng)通過(guò)電容隔開(kāi)，這樣有利于給nRF2401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。
圖3.14 無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊的PCB圖

第四章 硬件驅(qū)動(dòng)程序和串行口調(diào)試工具
驅(qū)動(dòng)程序是硬件電路的靈魂，沒(méi)有驅(qū)動(dòng)的硬件電路是沒(méi)有用的。STC89C58RD+是51類(lèi)單片機(jī)，可以像開(kāi)發(fā)其他51單片機(jī)驅(qū)動(dòng)一樣開(kāi)發(fā)它的驅(qū)動(dòng)程序。單片機(jī)軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)選擇比較流行的Keil uVision2，因?yàn)楝F(xiàn)在關(guān)于Keil uVision2軟件的資料很多，這樣上手就會(huì)很快。
串行口調(diào)試工具是用來(lái)將PC機(jī)上的數(shù)據(jù)通過(guò)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(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)。選用Visual C++ 6.0來(lái)開(kāi)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(kāi)發(fā)工具，代碼緊湊，運(yùn)行速度快，而且比較適合低層開(kāi)發(fā)。

4.1 硬件驅(qū)動(dòng)程序

整個(gè)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)有兩部分組成：與PC機(jī)相連的開(kāi)發(fā)板為主機(jī)端，它不能移動(dòng)，接收從機(jī)端發(fā)送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)，并向從機(jī)端發(fā)送指令；可以移動(dòng)的為從機(jī)端，它由開(kāi)發(fā)板和無(wú)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(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序也不同。
使用Keil uVision2開(kāi)發(fā)硬件驅(qū)動(dòng)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(shí)還支持，PLM，匯編和C語(yǔ)言的程序設(shè)計(jì)，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(qiáng)大的功能。因此很多開(kāi)發(fā)51應(yīng)用的工程師或普通的單片機(jī)愛(ài)好者，都對(duì)它十分喜歡。51 的編程語(yǔ)言常用的有二種，一種是匯編語(yǔ)言，一種是 C 語(yǔ)言。匯編語(yǔ)言的機(jī)器代碼生成效率很高但可讀性卻并不強(qiáng)，復(fù)雜一點(diǎn)的程序就更是難讀懂，而 C 語(yǔ)言在大多數(shù)情況下其機(jī)器代碼生成效率和匯編語(yǔ)言相當(dāng)，但可讀性和可移植性卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)匯編語(yǔ)言，而且 C 語(yǔ)言還可以嵌入?yún)R編來(lái)解決高時(shí)效性的代碼編寫(xiě)問(wèn)題。對(duì)于開(kāi)發(fā)周期來(lái)說(shuō)，中大型的軟件編寫(xiě)用 C 語(yǔ)言的開(kāi)發(fā)周期通常要小于匯編語(yǔ)言很多。綜合以上C語(yǔ)言的優(yōu)點(diǎn)，在開(kāi)發(fā)時(shí)選擇了C51語(yǔ)言.
4.1.1 主機(jī)端硬件驅(qū)動(dòng)程序
主機(jī)端的硬件驅(qū)動(dòng)程序主要有兩種功能：實(shí)現(xiàn)開(kāi)發(fā)板通過(guò)串行口和PC機(jī)通信；實(shí)現(xiàn)開(kāi)發(fā)板通過(guò)某些I/O口和無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊進(jìn)行通信。
STC89C58RD+單片機(jī)的串行口是一個(gè)全雙工通信接口，即能同時(shí)進(jìn)行發(fā)送和接收，它可以作UART用，也可以作為同步移位寄存器用，其禎格式和波特率可以通過(guò)軟件編程來(lái)設(shè)置，在使用上非常方便。
STC89C58RD+單片機(jī)串行口的工作方式和波特率由控制寄存器SCON和特殊功能寄存器PCON組成。
串行口控制寄存器SCON：

D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI RI

特殊功能寄存器PCON：

D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
SMOD

串行口可以通過(guò)軟件設(shè)置四種工作方式，各種工作方式的數(shù)據(jù)格式和波特率均有所不同，這四種工作方式如下：
1. 方式0
當(dāng)設(shè)定SM1、SM0為00時(shí)，串行口工作于方式0，在方式0下，RXD為數(shù)據(jù)輸入/輸出端，TXD為同步脈沖輸出端，發(fā)送或接收的數(shù)據(jù)為8位，低位在前，高位在后，方式0的波特率固定震蕩頻率的1 /12,也就是每一機(jī)器周期傳送一位數(shù)據(jù)。方式0可以外接移位寄存器，將串行口擴(kuò)展為并行口，也可以外接同步輸入/輸出設(shè)備。發(fā)送完畢后，硬件自動(dòng)將TI置1。再次發(fā)送數(shù)據(jù)前，需要軟件將TI位清0。
REN為1時(shí)，單片機(jī)允許接收數(shù)據(jù)。RXD為數(shù)據(jù)接收端，接受數(shù)據(jù)保存到SBUF接收緩沖器中。發(fā)送完畢后，硬件自動(dòng)將RI置1。再次接收數(shù)據(jù)前，需要通過(guò)軟件將RI清0。
2. 方式 1
當(dāng)設(shè)定SM1、SM0為01時(shí)，串行口工作方式1。方式1為波特率可變的8位異步通信方式，由TXD發(fā)送RXD接收，一幀數(shù)據(jù)為10位，1位起始位（低電平），8位數(shù)據(jù)位（低位在前）和1位停止位（高電平），波特率取決于定時(shí)器 的T 溢出率（1/溢出周期）和波特率的選擇位SMOD。
3.方式2和方式3
當(dāng)設(shè)定SM0、SM1為10或11時(shí)，串行口工作于方式2或方式3，這兩種方式都是9位異步通信，僅波特率不同，適用于多機(jī)通信。在方式2或方式3下，數(shù)據(jù)由TXD發(fā)送RXD接收，1幀數(shù)據(jù)為11位，1位起始位（低電平），8位數(shù)據(jù)位（低位在前），1位可編程位（第9位數(shù)據(jù)，用作奇偶校驗(yàn)或地址/數(shù)據(jù)選擇），1位停止位（高電平）。與方式1相比，多了一位可編程位，發(fā)送時(shí)，第9位數(shù)據(jù)為T(mén)B8，接收時(shí)，第9位數(shù)據(jù)送入RB8。
通過(guò)以上單片機(jī)串行口各種工作方式的比較，由于使用一個(gè)開(kāi)發(fā)板和PC機(jī)進(jìn)行單獨(dú)的通信，因此工作方式1比較適合系統(tǒng)的要求。通過(guò)設(shè)置合適的波特率和幀格式，來(lái)實(shí)現(xiàn)開(kāi)發(fā)板和PC機(jī)之間準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)傳遞。
由于PC機(jī)和單片機(jī)的處理速度的不同，PC機(jī)給開(kāi)發(fā)板發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，單片機(jī)采用中斷的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)接收。通過(guò)軟件設(shè)置單片機(jī)的傳輸屬性參數(shù)為”9600，N，8，1″，來(lái)實(shí)現(xiàn)和PC機(jī)端串行口傳輸速率同步。開(kāi)發(fā)板向PC機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，采用查詢方式，這樣可以節(jié)省單片機(jī)有限的資源。
開(kāi)發(fā)板還要通過(guò)專門(mén)的接口和無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，由于系統(tǒng)設(shè)計(jì)為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信，因此只使用了nRF2401一個(gè)信道。nRF2401的數(shù)據(jù)傳輸方式為同步傳輸，因此使用普通的I/O口通過(guò)軟件方式模擬SPI方式傳輸。
nRF2401有四種工作模式：收發(fā)模式，配置模式，空閑模式和關(guān)機(jī)模式[16][17]。工作模式由PWR_UP 、CE、TX_EN和CS三個(gè)引腳決定，詳見(jiàn)表4.1。

表4.1 nRF2401的各種工作模式的設(shè)置方式
工作模式 PWR_UP CE CS
收發(fā)模式 1 1 0
配置模式 1 0 1
空閑模式 1 0 0
關(guān)機(jī)模式 0 * *

前文已經(jīng)講過(guò)有關(guān)nRF2401的收發(fā)方式，這里重點(diǎn)討論一下它的配置方式。nRF2401的所有配置工作都是通過(guò)CS、CLK1和DATA三個(gè)引腳完成，把其配置為ShockBurstTM收發(fā)模式需要15字節(jié)的配置字。
ShockBurst TM的配置字可以分為以下四個(gè)部分：
（1） 數(shù)據(jù)寬度：聲明射頻數(shù)據(jù)包中數(shù)據(jù)占用的位數(shù)。這使得nRF2401能夠區(qū)分接收數(shù)據(jù)包中的數(shù)據(jù)和CRC校驗(yàn)碼；
（2） 地址寬度：聲明射頻數(shù)據(jù)包中地址占用的位數(shù)。這使得nRF2401能夠區(qū)分地址和數(shù)據(jù)；
（3） 地址：接收數(shù)據(jù)的地址，有通道1的地址和通道2的地址；
（4） CRC：使nRF2401能夠生成CRC校驗(yàn)碼和解碼。
nRF2401的配置字如表4.2所示：
在配置模式下要保持PWR_UP引腳為高電平，CE引腳為低電平，配置字從最高位開(kāi)始，依次寫(xiě)入nRF2401。在CS引腳的下降沿，新送入的配置字開(kāi)始工作。
表4.2 nRF2401的配置字
位 位數(shù) 名字 功能
Shockb
Brst T
M 配置 143：120 24 TEST 保留
119：112 8 DATA2_W 接收頻道2有效數(shù)據(jù)長(zhǎng)度
111：104 8 DATA1_W 接收頻道1有效數(shù)據(jù)長(zhǎng)度
103：64 40 ADDR2 接收頻道2的地址，最高為5字節(jié)
63：24 40 ADDR1 接收頻道1的地址，最高為5字節(jié)
23：18 6 ADDR_W 接受頻道地址位數(shù)
17 1 CRC_L 8位或16位CRC校驗(yàn)
16 1 CRC_EN 使能CRC校驗(yàn)
常用器件配置 15 1 RX2_EN 使能第二頻道
14 1 CM 通信方式設(shè)置
13 1 RFDR_SB 發(fā)射數(shù)據(jù)速率
12：10 3 XO_F 晶震頻率
9：8 2 RF_PWR 發(fā)射輸出電源
7：1 7 RF_CH# 頻道設(shè)置
0 1 RX_EN 接收或發(fā)送操作
開(kāi)發(fā)板通過(guò)串行口和PC機(jī)交換數(shù)據(jù)的流程圖如下：
圖4.1 開(kāi)發(fā)板和PC機(jī)通過(guò)串行口交換數(shù)據(jù)的流程圖
開(kāi)發(fā)板通過(guò)IO口和無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的流程圖為圖4.2。

圖4.2開(kāi)發(fā)板通過(guò)IO口和無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的流程圖

4.1.2 移動(dòng)端驅(qū)動(dòng)程序
移動(dòng)端的開(kāi)發(fā)板的結(jié)構(gòu)和PC機(jī)端的開(kāi)發(fā)板的結(jié)構(gòu)完全相同，但由于它不需要和PC機(jī)通信，只需要和無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊進(jìn)行通信。因此相對(duì)另一端的驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單一些。具體編程規(guī)則在上一節(jié)已經(jīng)詳細(xì)敘述，這里不再多說(shuō)，具體的程序是PC機(jī)端程序的一部分。

4.2 串行口調(diào)試工具

串行口調(diào)試工具是用微軟公司的visual c++6.0[20][21]開(kāi)發(fā)的。幾乎所有世界級(jí)的軟件，從業(yè)界領(lǐng)先的Web瀏覽器到面向任務(wù)的企業(yè)應(yīng)用，都是使用Microsoft Visual C++開(kāi)發(fā)系統(tǒng)來(lái)開(kāi)發(fā)的。要用C++來(lái)開(kāi)發(fā)Windows和Web上的高性能應(yīng)用程序，Visual C++是效率最高的首選工具。Visual C++ 6.0在不犧牲靈活性、性能和控制力度的同時(shí)，給C++帶來(lái)了更高水平的生產(chǎn)效率。它具有可視化的界面，封裝了大量的類(lèi)，使界面制作變的很簡(jiǎn)單，使用它可以方便快捷地開(kāi)發(fā)Windows環(huán)境下的應(yīng)用程序。visual c++6.0專門(mén)為串行口通信提供了Mscomm[20][21]控件，使用該控件程序員不必花時(shí)間去了解比較復(fù)雜的API函數(shù)，通過(guò)簡(jiǎn)單修改控件的屬性和使用控件提供的方法就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)串口的配置，完成串口發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。
4.2.1串行通信的基本原理
串行端口的本質(zhì)功能是作為CPU和串行設(shè)備間的編碼轉(zhuǎn)換器。當(dāng)數(shù)據(jù)從CPU經(jīng)過(guò)串行端口發(fā)送出去時(shí)，字節(jié)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串行的位。在接收數(shù)據(jù)時(shí)，串行的位被轉(zhuǎn)換為字節(jié)數(shù)據(jù)。 在Windows環(huán)境下，串口是系統(tǒng)資源的一部分。 應(yīng)用程序要使用串口進(jìn)行通信，必須在使用之前向操作系統(tǒng)提出資源申請(qǐng)要求（打開(kāi)串口），通信完成后必須釋放資源（關(guān)閉串口）。32位下串口通信程序可以用兩種方法實(shí)現(xiàn)：利用ActiveX控件；使用API通信函數(shù)。在本次課程設(shè)計(jì)中，所用到的是MFC的MSComm控件，下面先將這個(gè)關(guān)鍵的控件做一下簡(jiǎn)單的介紹。
Microsoft Communications Control（以下簡(jiǎn)稱MSComm）是Microsoft公司提供的簡(jiǎn)化Windows下串行通信編程的ActiveX控件，為應(yīng)用程序提供串行通信功能，它為應(yīng)用程序提供了通過(guò)串行接口收發(fā)數(shù)據(jù)的簡(jiǎn)便方法。MSComm控件在串口編程時(shí)非常方便，其實(shí)際上是調(diào)用了API函數(shù)，但我們不必再了解復(fù)雜的API函數(shù)就可控制串行通信。通信的過(guò)程，實(shí)際上是對(duì)屬性的操作和對(duì)控件事件的響應(yīng)。
在Windows操作系統(tǒng)中，串行通信采用”事件通知”方式，支持?jǐn)?shù)據(jù)按塊傳送。進(jìn)行通信時(shí)，Windows開(kāi)辟一個(gè)用戶定義的輸入輸出緩沖區(qū)，每接收一個(gè)字符就產(chǎn)生一個(gè)低級(jí)硬件中斷，串行驅(qū)動(dòng)程序立即取得控制權(quán)，并將字符放入輸入數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，然后將控制權(quán)返還正在運(yùn)行的應(yīng)用程序。如果輸入數(shù)據(jù)緩沖區(qū)滿了，驅(qū)動(dòng)程序用當(dāng)前定義的流控制機(jī)制通知發(fā)送方停止發(fā)送數(shù)據(jù)。發(fā)送數(shù)據(jù)也采用類(lèi)似的處理方式，應(yīng)用程序?qū)⑿枰l(fā)送的數(shù)據(jù)放入輸出數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，串口每發(fā)送一個(gè)字符就產(chǎn)生一個(gè)低級(jí)硬件中斷。
Visual C++ 6.0通信控件Mscomm提供了功能完善的串口數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收功能，Mscomm 控件具有兩種處理方式：一是事件驅(qū)動(dòng)(Event－driven)方法，一是查詢法。
1）事件驅(qū)動(dòng)方式。當(dāng)通信事件發(fā)生時(shí)，MSCOMM控件會(huì)觸發(fā)OnComm事件，調(diào)用者可以捕獲該事件，通過(guò)檢查其CommEvent屬性便可確認(rèn)發(fā)生的是哪種事件或錯(cuò)誤，從而進(jìn)行相應(yīng)的處理。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是響應(yīng)及時(shí)、可靠性高。
2）查詢方式。在程序的每個(gè)關(guān)鍵功能之后，可以通過(guò)檢查CommEvent屬性的值來(lái)查詢事件和錯(cuò)誤。如果應(yīng)用程序較小，這種方法可能更可取。例如，如果寫(xiě)一個(gè)簡(jiǎn)單的電話撥號(hào)程序，則沒(méi)有必要每接收1個(gè)字符都產(chǎn)生事件，因?yàn)槲┮坏却邮盏淖址钦{(diào)制解調(diào)器的”確定”響應(yīng)。
在使用MSCOMM控件時(shí)，1個(gè)MSCOMM控件只能同時(shí)對(duì)應(yīng)1個(gè)串口。如果應(yīng)用程序需要訪問(wèn)和控件多個(gè)串口，那么必須使用多個(gè)MSCOMM控件。
在VC++中，MSCOMM控件只對(duì)應(yīng)著1個(gè)C++類(lèi)–CMSComm。由于MSCOMM控件本身沒(méi)有提供方法，所以CMSComm類(lèi)除了Create（）成員函數(shù)外，其他的函數(shù)都是Get/Set函數(shù)對(duì)，用來(lái)獲取或設(shè)置控件的屬性。MSCOMM控件也只有1個(gè)OnComm事件，用來(lái)向調(diào)用者通知有通信事件發(fā)生。
MSCOMM控件有許多很重要的屬性，限于篇幅只給出幾個(gè)較為重要和常用的屬性。

表4.3 MSCOMM控件的重要屬性
屬 性 說(shuō) 明
CommPort 通信端口號(hào)
Settings 以字符串形式表示的波特率、奇偶校驗(yàn)、數(shù)據(jù)位
PortOpen 通信端口的狀態(tài)，打開(kāi)或是關(guān)閉
Input 接收數(shù)據(jù)
Output 發(fā)送數(shù)據(jù)
InputMode 接收數(shù)據(jù)的類(lèi)型：0為文本；1為二進(jìn)制

表4.4 程序中用到的所有控件，以及它們的ID
控件 ID 標(biāo)題
按鈕 ID_SEND 發(fā)送
按鈕 ID_CLEAR 清空
編輯框 IDC_EDIT_SEND
編輯框 IDC_EDIT_RCV
靜態(tài)文本 IDC_STATIC 接收緩沖區(qū)
靜態(tài)文本 IDC_STATIC 發(fā)送緩沖區(qū)
組框 IDC_STATIC 端口選擇
單選按鈕 IDC_1 端口1
單選按鈕 IDC_2 端口2
mscomm IDC_MSCOMM

表4.5 用到的變量和變量的類(lèi)型
Control IDS Type Member
IDC_EDIT_SEND CString m_str_send
IDC_EDIT_RCV CString m_str_recv
IDC_MSCOMM CMSComm m_mscomm

Object IDS Messages Function
ID_SEND BN_CLICKED OnSend
ID_CLEAR BN_CLICKED OnClr
IDC_1 BN_CLICKED On_Com1
IDC_2 BN_CLICKED On_Com2
IDC_MSComm OnComm OnComm

4.2.2程序設(shè)計(jì)原理
第一步：初始化串行口。調(diào)用SetCommPort（）函數(shù)，選擇使用的端口好，然后設(shè)置波特率發(fā)送接收的處理方式，以及數(shù)據(jù)的傳輸方式，最后將串口打開(kāi)。
第二步：發(fā)送數(shù)據(jù)。將要發(fā)送的字符串變成特定的類(lèi)型后，調(diào)用函數(shù)SetOutput（），將數(shù)據(jù)發(fā)送到發(fā)送緩沖區(qū)
第三步：接受數(shù)據(jù)。將接收緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)通過(guò)GetInput()函數(shù)讀出，并將它轉(zhuǎn)換為Cstring類(lèi)型，顯示在界面上。
程序的各個(gè)主要部分和一些流程圖：
（1）登陸界面后，程序首先將接收緩沖區(qū)和發(fā)送緩沖區(qū)清空
程序如下：
m_str_send=” “;
m_str_recv=” “;
UpdateData(FALSE);
（2）然后進(jìn)行串行口的初始化，也即是設(shè)置MSComm控件的各種屬性。首先要進(jìn)行端口的選擇，由于所用到的計(jì)算機(jī)只有兩個(gè)串行口，因此本程序只給了兩個(gè)選擇，具體的程序代碼如下：
void CMyDlg::On_Com1()
{
if(m_mscomm.GetPortOpen())
m_mscomm.SetPortOpen(FALSE);
m_mscomm.SetCommPort(1);
m_mscomm.SetSettings(”9600,n,8,1″);
m_mscomm.SetRThreshold(1);
m_mscomm.SetSThreshold(0);
m_mscomm.SetInputLen(0);
m_mscomm.SetInputMode(1);
m_mscomm.SetPortOpen(TRUE);
}
void CMyDlg::On_Com2()
{
if(m_mscomm.GetPortOpen())
m_mscomm.SetPortOpen(FALSE);
m_mscomm.SetCommPort(2);
m_mscomm.SetSettings(”9600,n,8,1″);
m_mscomm.SetRThreshold(1);
m_mscomm.SetSThreshold(0);
m_mscomm.SetInputLen(0);
m_mscomm.SetInputMode(1);
m_mscomm.SetPortOpen(TRUE);
}
1)CommPort:分別選1和2。
2) Setting設(shè)置或返回串行端口的波特率：9600、無(wú)奇偶校驗(yàn)位、數(shù)據(jù)位數(shù)為8、1位停止位。
3) InBufferSize:設(shè)置接收緩沖區(qū)為1024字節(jié)。
4) RThreshold:設(shè)置當(dāng)接收緩沖區(qū)內(nèi)字節(jié)個(gè)數(shù)為1時(shí)，觸發(fā)MSCOMM的OnComm事件,然后由計(jì)算機(jī)將接收緩沖的數(shù)據(jù)讀出，并將接收緩沖區(qū)清空。
5) InputLen:值為0，設(shè)置INPUT讀取整個(gè)緩沖區(qū)的內(nèi)容。
6) OutBufferSize:設(shè)置發(fā)送緩沖區(qū)為512字節(jié)。
（3）發(fā)送數(shù)據(jù)的源程序代碼
void CMyDlg::OnSend()
{
if(!m_mscomm.GetPortOpen())
m_mscomm.SetPortOpen(TRUE);
UpdateData(TRUE);
m_mscomm.SetOutput(COleVariant(m_str_send)); //發(fā)送數(shù)據(jù)
}
將文本框內(nèi)的字符串送到變量m_str_send中，然后將字符轉(zhuǎn)化為ColeVariant類(lèi)型的數(shù)據(jù)，再通過(guò)SetOutput函數(shù)將數(shù)據(jù)發(fā)送到發(fā)送緩沖區(qū)中。
（4）接收數(shù)據(jù)的源程序代碼
void CMyDlg::OnComm()
{
VARIANT variant_tmp;
COleSafeArray safearray_tmp;
LONG len,i;
BYTE buf[2048];
CString str_tmp;
if(m_mscomm.GetCommEvent()==2)
{
variant_tmp=m_mscomm.GetInput();
safearray_tmp=variant_tmp;
len=safearray_tmp.GetOneDimSize();
for(i=0;ilen;i++)
safearray_tmp.GetElement(i,buf+i);
for(i=0;ilen;i++)
{
BYTE ch=*(char*)(buf+i);
str_tmp.Format(”%c”,ch);
m_str_recv+=str_tmp;
}
}
UpdateData(FALSE);
}
當(dāng)m_mscomm.GetCommEvent()==2時(shí)候，數(shù)據(jù)到來(lái)，觸發(fā)OnComm事件，調(diào)用該函數(shù)。首先通過(guò)m_mscomm.GetInput()將接收緩沖區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)讀到變量variant_tmp中，再將variant_tmp賦予safearray_tmp來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)類(lèi)型轉(zhuǎn)化為ColeSafeArray。通過(guò)safearray_tmp.GetOneDimSize()求出接收到的字符的總長(zhǎng)度，再將每個(gè)ColeSafeArray變量轉(zhuǎn)化為Byte類(lèi)型的變量，最后轉(zhuǎn)化為字符類(lèi)型，并將它顯示在文本框內(nèi)。
void CMyDlg::OnComm() 的流程圖：

圖4.3 void CMyDlg::OnComm() 的流程圖

（5）清空功能函數(shù)源代碼
void CMyDlg::OnClr()
{
m_str_send=” “;
m_str_recv=” “;
UpdateData(FALSE);
}
總的程序流程圖如圖4.4所示
圖4.5是PC機(jī)通過(guò)端口1向單片機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)候的圖型界面。進(jìn)入界面后，首先要進(jìn)行根據(jù)連接的串行口選擇要初始化的端口，然后使用鍵盤(pán)在發(fā)送緩沖區(qū)內(nèi)輸入一系列的字符。等單片機(jī)開(kāi)發(fā)板上電后，單擊發(fā)送按鍵將數(shù)據(jù)發(fā)送出去。
圖4.6是PC機(jī)通過(guò)串口接收單片機(jī)發(fā)送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)時(shí)候的圖形界面。在緩沖區(qū)接收的數(shù)據(jù)為二進(jìn)制形式，程序內(nèi)已經(jīng)將這些二進(jìn)制轉(zhuǎn)化為字符串在界面上顯示。
圖4.7是串行口調(diào)試工具初始運(yùn)行時(shí)候的圖形界面。
事件驅(qū)動(dòng)方式時(shí)，由計(jì)算機(jī)直接管理，字節(jié)之間不可控，而且單片機(jī)串行口和PC機(jī)串行口速率差別較大，接收程序一定要精心合理的設(shè)計(jì)，才能使傳輸穩(wěn)定可靠,否則很容易出現(xiàn)意想不到的問(wèn)題。在調(diào)試過(guò)程中，如果不小心將串行口調(diào)試工具的波特率和開(kāi)發(fā)板串行口的波特率設(shè)置為不同，就會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤。程序中已經(jīng)將串行口的波特率設(shè)置為9600bps，這樣可以避免錯(cuò)誤。
圖4.5通過(guò)端口1進(jìn)行發(fā)送時(shí)候的圖型界面

圖4.6 通過(guò)串口接收時(shí)候的圖形界面
圖4.7 串行口調(diào)試工具的運(yùn)行界面
第五章 總結(jié)與展望
5.1 全文總結(jié)

通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我學(xué)到了不少課本上沒(méi)有的知識(shí)，也鍛煉了自己的動(dòng)手能力，將以前學(xué)過(guò)的零散的知識(shí)串到一起。
首先在畢業(yè)設(shè)計(jì)剛開(kāi)始的調(diào)研階段，我學(xué)會(huì)了怎么通過(guò)各種方式查詢相關(guān)的資料。通過(guò)對(duì)這些資料的學(xué)習(xí)，我大致了解了無(wú)線通信的發(fā)展現(xiàn)狀以及未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，認(rèn)識(shí)到目前無(wú)線通信方面的各種各樣的協(xié)議，以及它們之間的競(jìng)爭(zhēng)。了解了無(wú)線通信方面的先進(jìn)技術(shù)，這些都為我未來(lái)的學(xué)習(xí)指明了方向。
我畢業(yè)設(shè)計(jì)主要涉及硬件和軟件兩個(gè)方面的內(nèi)容，通過(guò)這些我的硬件和軟件開(kāi)發(fā)能力都獲得了提高。首先在硬件方面，基本了解了電子產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)流程和所要做的工作?；菊莆樟薖rotel 99 SE設(shè)計(jì)原理圖和簡(jiǎn)單的PCB圖的方法，并設(shè)計(jì)了一個(gè)單片機(jī)最小系統(tǒng)。通過(guò)開(kāi)發(fā)板的設(shè)計(jì)和硬件搭建的過(guò)程，使我對(duì)51系列單片機(jī)的接口有了更深層次的理解，熟悉了一些單片機(jī)常用的外圍電路的引腳和連接方法，如LED數(shù)碼管，鍵盤(pán)等。
在軟件方面，通過(guò)串行口調(diào)試工具的開(kāi)發(fā)，我基本掌握了Visual C++ 6.0的使用方法，加深了對(duì)類(lèi)封裝的理解。通過(guò)開(kāi)發(fā)板驅(qū)動(dòng)程序的開(kāi)發(fā)，使我熟練掌握了Keil uVision2，熟悉了51系列單片機(jī)內(nèi)部的寄存器和編程規(guī)則，以及如何控制外圍電路。
當(dāng)然，由于單片機(jī)功能的局限性，當(dāng)面對(duì)很復(fù)雜的系統(tǒng)時(shí)像無(wú)線點(diǎn)菜系統(tǒng)，單片機(jī)就不太合適。這是因?yàn)閱纹瑱C(jī)的引腳過(guò)少，能夠使用操作系統(tǒng)過(guò)于簡(jiǎn)單，不能進(jìn)行復(fù)雜的工作調(diào)度，也不能驅(qū)動(dòng)復(fù)雜的外圍電路，因此使用單片機(jī)完全實(shí)現(xiàn)點(diǎn)菜系統(tǒng)的要求比較困難。
近幾年來(lái)，處理器已經(jīng)發(fā)展到32位機(jī)，尤其是以ARM(Advanced RISC Machines)為內(nèi)核的32位處理器受到越來(lái)越多嵌入式開(kāi)發(fā)人員的青睞。ARM處理器支持復(fù)雜的嵌入式操作系統(tǒng)，例如Win CE,UClinux等。可以進(jìn)行復(fù)雜的功能調(diào)度，而且能夠驅(qū)動(dòng)比較復(fù)雜的外圍電路例如觸摸屏等。這樣使用ARM處理器和嵌入式操作系統(tǒng)，配合嵌入式移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，更能完成點(diǎn)菜系統(tǒng)的要求。所以，畢業(yè)設(shè)計(jì)也給我將來(lái)的學(xué)習(xí)指明了一個(gè)方向。
單就本論文而言，主要完成了以下工作：
1.在ZigBee協(xié)議的基礎(chǔ)上，以51系列單片機(jī)為處理器，配合一定的外圍電路構(gòu)建了硬件開(kāi)發(fā)平臺(tái)。
2.用C51語(yǔ)言為硬件部分編寫(xiě)驅(qū)動(dòng)程序，并用Visual C++6.0開(kāi)發(fā)了串口調(diào)試工具。

5.2 研究展望

目前，無(wú)線通信的各種技術(shù)呈現(xiàn)百花齊放的局面。但是隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人民需求的提高，無(wú)線通信技術(shù)依然有很大的發(fā)展空間。在以下方面仍然有很長(zhǎng)的路要走。
1隨著IP（Internet Protocol，網(wǎng)際協(xié)議）技術(shù)的發(fā)展，無(wú)線通信網(wǎng)和IP網(wǎng)有融合的趨勢(shì)。尤其是多媒體信息需求的增加，多媒體信息對(duì)實(shí)時(shí)性要求不高的特點(diǎn)，使得利用無(wú)線通信網(wǎng)傳輸多媒體信息成為一大熱門(mén)。
2隨著人民生活水平的提高，生活方式的轉(zhuǎn)變，無(wú)線通信技術(shù)必然向移動(dòng)化和便攜化方向發(fā)展。
3由于無(wú)線頻譜資源有限和無(wú)線通信傳輸信道的特殊性，使得如何提高頻譜資源的利用率以及提高抗干擾能力成為未來(lái)很熱門(mén)的研究方向。
4 現(xiàn)代微電子技術(shù)發(fā)展迅猛，摩爾定理仍然有效，集成電路技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到SOC，32位的ARM處理器已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。因此在未來(lái)越來(lái)越復(fù)雜的嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中，32位處理器和嵌入式操作系統(tǒng)將得到更廣泛的應(yīng)用。