江西理工大学2011届本科生毕业设计(论文)
的引脚XTAL1,输出端是引脚XTAL2。这两个引脚跨接石英晶体振荡器和微调电容,构成一个稳定的自激振荡电路,在这里晶振用来构成振荡电路产生各种频率信号,电容起稳定作用。一般来讲,内部时钟方式所得的时钟信号比较稳定,所以较外部时钟方式如图2—3(b)应用广泛。
图中的两个电容C3、C4的典型值是5~33pF,通常称之为起振电容。该电容的大小会影响振荡器频率的高低、起振的时间和振荡器的稳定性。晶体振荡器的频率范围通常是在1.2~12MHz,51单片机常用11.0592、12和24MHz。晶体频率越高,系统时钟频率越高,单片机运行的速度就越快。但反过来,运行速度快对存储器的速度要求就更高,对印制电路板的工艺也要求更高,即要求线路之间的寄生电容要小。晶体和电容要尽可能安装在单片机芯片的附近,以减少寄生电容的产生,更好地保证振荡器稳定、可靠的工作。为了提高温度稳定性,应采用温度稳定性好的电容。
⑶电源电路
+5VGNDVccSTC89C52单片机Vss图3—7 电源电路
该单片机的工作电压范围为:3.5V—5.5V,所以通常给单片机外接5V直流电源。
本设计采用的是自制的电源,它的输入为220V输出为5V,因其不是该设计的重点所以它的工作原理及其电路分析篇幅在此略去。
3.3.2门铃按键电路
电路由电阻R1(10K)、电容(0.1uF)、按键组成。可以把R1看成是个上拉电阻,它的作用是给电路一个初始状态并防止输入端直接与电源连接对电路起限流作用,在此电路起控制作用的是按键,当按键被按下而后自动跳上时电路信号会发生抖动,电容在这里的作用就是去抖动。接通电源,给CTRL引脚一个初始状态(高电平状态),当按下按键又弹起后,CTRL引脚由高电平转至低电平后又变为高电平,因此,由于检测到下降沿信号所以产生外部中断控制信号。
我们所选的按键为无锁按键,即按下按键后按键会自动弹起,产生一次下降沿信号,若选用有锁按键则CTRL引脚检测到下降沿信号一次而后一直处于低电平状态。这时如果想门铃再次工作则需要将按键按上来再按下去,这就与我们平
- 14 -
江西理工大学2011届本科生毕业设计(论文)
时的习惯不相符,也会造成一些不必要的麻烦。
3.3.3无线发射和接收模块
⑴cc1100芯片[11]
cc1100是低成本真正单片机的UHF收发器,为低功耗无线应用而设计。电路主要设定为在315、433、868和915MHz的ISM(工业,科学和医学)和SRD(短距离设备)频率波段,也可以容易地设置为300-348MHz、400-464MHz和800-928MHz的其他频率。
RF收发器集成了一个高度配置的调制解调器。这个调制解调器支持不同的调制格式,数据传输率可达500kbps。通过开启集成在调制解调器上的前向误差校正选项,能使性能得到提升。
cc1100为数据包处理、数据缓冲、突发数据传输、清晰信道评估、连接质量指示和电磁波激发提供广泛的硬件支持。
cc1100的主要操作参数和64位传输/接收FIFO(先进先出堆栈)可通过SPI接口(连续外围接口)控制。 芯片的外接引脚介绍;
SCLK(引脚1):数字输入;连续配置接口,时钟输入。
SO(GDO1)(引脚2):数字输出;连续配置接口,数据输出,当CSn为高电平时为可选的一般输出脚。
GDO2(引脚3):数字输出;一般用途的数字输出引脚:测试信号、FIFO状态信号、时钟输出,从XOSC向下分割、连续输入TX数据。
DVDD(引脚4):功率(数字);数字I/O和数字中心电压调节器的1.8-3.6V数字功率供给输出。
DCOUPL(引脚5):功率(数字);对退耦的1.6-2.0V数字功率供给输出。 GDO0(引脚6):数字I/O;一般用途的数字输出脚:测试信号、FIFO状态信号、时钟输出,从XOSC乡下分割、连续输入TX数据。 CSn(引脚7):数字输入;连续配置接口,芯片选择。
XOSC-1(引脚8):模拟I/O;晶体振荡器脚1,或外部时钟输入。 AVDD(引脚9):功率(模拟);1.8V-3.6V模拟功率供给连接。 XOSC-2(引脚10):模拟I/O;晶体振荡器脚。
AVDD(引脚11):功率(模拟);1.8V-3.6V模拟功率供给连接。
RF-P(引脚12):RF I/O;接收模式下对LAN的正RF输入信号;发送模式下对LAN的正RF输出信号。
RF-N(引脚13):RF I/O;接收模式下对LAN的负RF输入信号;发送模式下
- 15 -
江西理工大学2011届本科生毕业设计(论文)
对LAN的负RF输出信号。
AVDD(引脚14):功率(模拟);1.8V-3.6V模拟功率供给连接。 AVDD(引脚15):功率(模拟);1.8V-3.6V模拟功率供给连接。 GND(引脚16):地(模拟);模拟接地。
RBIAS(引脚17)模拟I/O;参考电流的外部偏阻器。
DGUARD(引脚18):功率(数字);对数字噪声隔离的功率供给连接。 GND(引脚19):地(数字);数字噪声隔离的接地。 SI(引脚20):数字输入;连续配置接口,数据输入。 ⑵SPI接口
SPI(Serial Peripheral Interface--串行外设接口)总线系统是一种同步串行外设接口,它可以使MCU与各种外围设备以串行方式进行通信以交换信息。外围设置FLASH RAM、网络控制器、LCD显示驱动器、A/D转换器和MCU等。SPI总线系统可直接与各个厂家生产的多种标准外围器件直接接口,该接口一般使用4条线:串行时钟线(SCLK)、主机输入/从机输出数据线MISO、主机输出/从机输入数据线MOSI和低电平有效的从机选择线SS(有的SPI接口芯片带有中断信号线INT、有的SPI接口芯片没有主机输出/从机输入数据线MOSI)。
SPI接口是在CPU和外围低速器件之间进行同步串行数据传输,在主器件的移位脉冲下,数据按位传输,高位在前,低位在后,为全双工通信,数据传输速度总体讲比I2C总线要快,速度可达到几Mbps。
SPI接口的一个缺点:没有指定的流控制,没有应答机制确认是否接收到数据。
它应用于cc1100芯片中被用作配置和数据缓冲电路。即对于不同的应用通过配置SPI接口可使芯片的性能达到最优。
SCLKMOSIMISOSS图3—8 SPI接口
MasterStave ⑶无线发射和接收模块应用电路
其原理图如图3—9,偏阻器R1用来设置一个精确的偏电流;C9、L2、C8、L1形成一个平衡转换器,用以将cc1100上的微分RF端口转换成单端RF信号(也用在直流模块上);晶体振荡器用来调节振幅并带2个负载电容(C3和C5)。
- 16 -
江西理工大学2011届本科生毕业设计(论文)
图3—9 cc1100收发模块电路原理图
3.3.4门铃播放模块
门铃播放模块由一个音乐芯片、三极管、电容和扬声器构成。如下图:
图3—10 门铃播放模块图
- 17 -
江西理工大学2011届本科生毕业设计(论文)
音乐集成电路是一种大规模的COMS集成电路,工作电压一般在1.5V—3V的直流电源。其内部结构框图大致如下:
3—11 音乐集成电路内部框图
振荡电路产生的信号供各个电路使用,控制电路从存储器中读出代码,根据代码来控制节拍器和音调器协调工作,产生音乐的输出。在电路中接三极管进行放大送到喇叭,这样放出的音乐音质好,声音也更大。有时候虽然电路制作完全正确但喇叭无声,这是加上电容就可以解决此问题。所以电容的作用是减小三极管的放大倍数(放大倍数太大就会产生自激而受到抑制)。当然如果放大倍数适中的话,也可以不加电容。
3.3.5系统工作原理
由上面几大模块的分别解析,我们已经对该系统有了大致的了解。现在我们就综合分析下系统的工作原理。
我们可以看到系统的几大模块并大致清楚的知道:在无线发射板块中,门铃按键电路控制单片机最小系统的工作,再由单片机最小系统控制无线发射模块发送信息。在无线接收板块中,无线发射模块发送的信息由接收模块接收并比较信息的准确性,再由单片机最小系统控制接收模块接收信息并控制门铃播放模块发出音乐铃声。这就是整个系统的工作原理。
- 18 -