基于CC1010的温度传感器数据传送板设计.doc

题 目：基于CC1010的温度传感器数据传送板设计67内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日注 意 事 项1.设计（论文）的内容包括：1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）2）原创性声明3）中文摘要（300字左右）、关键词4）外文摘要、关键词 5）目次页（附件不统一编入）6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论7）参考文献8）致谢9）附录（对论文支持必要时）2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。3.附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。4.文字、图表要求：1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印4）图表应绘制于无格子的页面上5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档5.装订顺序1）设计（论文）2）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订3）其它基于CC1010的温度传感器数据传送板设计摘 要无线通信技术和传感器技术的进步推动了传感器数据无线传输的快速发展。本文通过论述课题背景、课题意义而提出了一种基于RF无线射频收发一体型芯片的无线通信技术来解决温度传感器数据无线传输的需求。在深入分析的基础上构建了基于CC1010的温度传感器数据无线传送系统，本文介绍了无线通信的基础原理及射频芯片CC1010的结构和工作原理。并且分别对组成系统的每个功能模块如温度传感器部分、微处理器部分、电源部分、串口部分、无线收发部分等进行了设计。完成后的温度传感器无线数据传送系统具有精度高、功耗低、体积小、抗干扰能力强等特点。实现了经济、有效、灵活的温度数据采集，有着广泛的应用前景。关键词：LM61；温度传感器；无线传输；CC1010；内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）The design of temperature sensor data transmissioncircuit board based on CC1010AbstractThe development of wireless communications technique and sensor technique promotes the fast development of the sensor data wireless transmission. The paper puts forward a kind of wireless communications technique based on RF transceiver integrative chip to solve the need of temperature sensor data wireless transmission via the discussion of the topic background and meaning. The system of temperature sensor data wireless transmission based on CC1010 is built via deep analysis. The paper introduces the basal principle of wireless communications and the structure and the work principle of the transceiver chip CC1010. The each function module of the system is designed such as the part of temperature sensor, microcontroller, power, serial interface and wireless transceiver. The final system of the sensor data wireless transmission has the character of high precision measuring, low system power consumption, low cubage and high anti-jamming ability. It completes more economical, more efficient and more flexible atmospheric data acquisition, and it has the wide prospect of application.Key words: LM61; temperatures sensor; wireless transmission; CC1010;内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）目 录摘 要IAbstractII第一章 绪论11.1 课题背景11.2 测温技术的发展11.3 课题意义2第二章 系统的硬件设计32.1 系统总体设计方案32.2 温度传感器部分的硬件设计42.3 系统中无线数据传输部分设计62.3.1 无线收发芯片的选择62.3.2 CC1010微处理器部分82.3.3 CC1010无线收发电路的设计122.3.4 系统电源设计172.3.5 系统晶体振荡电路182.3.6 串口通信设计19第三章 系统的软件设计263.1 软件体系结构概述263.2 CC1010芯片A/D转换部分程序设计263.3 系统收发部分程序设计273.3.1 编码格式的设定273.3.2 传输模式的选择283.4 串口部分程序设计30第四章 系统抗干扰措施324.1 硬件设计的抗干扰措施324.2 软件设计的抗干扰措施34第五章 系统软件调试35第六章 结论41参考文献42附录A 系统硬件原理图44附录B PCB图45附录C 程序47致谢65 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）第一章 绪论1.1 课题背景目前许多应用领域都采用无线的方式进行数据传输，这些领域涉及小型无线网络、无线抄表、门禁系统、小区传呼、工业数据采集系统、无线遥控系统、无线标签身份识别、非接触RF智能卡等。无线射频收发一体型芯片技术是近几年来发展起来的一种新型无线通讯技术。近年来，近距离无线数据传输一直是国内外电子通讯领域发展的重点，并在家电领域、民用通讯领域以及军用领域中得到了比较广泛的应用。由于传统的无线射频收发装置结构比较复杂，调试困难，而且其可靠性以及安全性都不是很好，不能满足对环境以及安全性要求比较高场合的应用要求，因此国外各大公司纷纷推出了无线射频收发一体型芯片。1.2 测温技术的发展温度的测量最早是从金属（物质）的热胀冷缩开始的，水银温度计至今仍是各种温度测量的计量标准，但是其缺点也是众多的例如：只能近距离测量、测量精度低、只可以作为一种概略指示等，远远满足不了工业生产、实验研究等众多领域的要求，为了配合远传仪表指示，出现了许多不同的测温方法，常用的有：电阻式、热电偶式、PN结型、辐射式、光纤式及石英谐振型等，它们都是基于温度变化引起物理参数（如电阻值、热电势等）的变化原理，而现在随着大规模集成电路工艺的提高，又出现了许多集成式测温传感器。 随着网络及其通信技术的飞速发展，短距离无线通信以其抗干扰能力强、可靠性高、安全性好、受地理条件限制较少、安装施工简便灵活等特点在许多领域都得到了广泛应用。无线SoC芯片（也称无线单片机）将微控制器、存储器、A/D转换器、需要的接口电路和无线收发芯片全部集成到一个非常小的芯片上，并具有通用的频带、收发合一、低发射功率、高灵敏度接收等优点，因而在当前短距离无线通信系统中的应用潜力十分巨大。而采用内嵌8051的无线SoC芯片，一方面能继续使用8051微控制器已发展成熟的各种应用软件资源，另一方面，目前市面上流行的8051开发工具（如Keil C51）都可以用于这种芯片的软件开发。1.3 课题意义温度与生产生活密切相关，温度的变化会影响产品的品质：精密仪器、半导体器件，在过热或过湿的情况下都会导致性能下降。在各种各样的测控系统中，传感器所测得的信号通常是用导线传输的，因此不得不通过铺设电缆将采集的数据传送到几公里甚至几十公里之外的数据管理中心。这种传输方式常常会带来电磁干扰和信号衰减，另外铺设专用电缆至信息管理中心造价太高，维修困难。短程无线通信模块以其价格低廉、远距离传输、可实现移动通信，并且可以通过多频段并用来实现相对较宽的带宽等优点，在通信领域中一直被广泛应用。在工业测量和控制中，因为受到现场环境和其他条件的限制，使用传统的有线电缆传输信号存在着现场连接、接线麻烦等缺点，特别是在一些特定的环境下，极不方便，因此提出了无线数据传输。使用无线数据传输模块，进行数据信号的传输，对于长距离传输，带来了很大的便利。无线传输数据模块在智能仪器上也得到越来越广泛的应用。本系统就是在原有的测温技术基础上，利用短程无线数据通信模块来实现温度信号的无线传输。 第二章 系统的硬件设计2.1 系统总体设计方案在本设计中主要实现了一种基于CC1010芯片的无线数据传输功能。温度传感器将所处环境中的温度信号转换成电信号，并经过模数转换装置将模拟的电信号转换成数字信号，再将转换的数字信号输出到微处理器中，由微处理器来处理这些数字信号，最后将处理后的数据通过射频芯片发送出去，而在接受端有一个接收机接收这些射频信号，在由接收端的微处理器得到处理后的数据。本系统采用LM61温度传感器，将采集的模拟温度信号通过CC1010的A/D转换模块转换成数字信号，然后通过CC1010的RF模块将温度信号进行无线收发。系统实现的基本框图如图2.1所示。图2.1 系统基本框图根据需求分析及提高系统抗干扰能力等方面的设计要求，系统采用CC1010为主芯片，其良好的性能和丰富的引脚资源可以满足本统设计的要求。系统硬件设计中包含传感器单元、数据处理单元 、LED指示灯、电压转换单元及RF模块等。各个主要功能模块的芯片介绍、硬件电路的设计以及软件实现将在后续的相关章节具体论述。2.2 温度传感器部分的硬件设计传感器模块包括不同类型的传感器及外围电路，根据实际需要，构建简单的传感器电路，可以根据实际要求而灵活改动，并且CC1010芯片内自带A/D转换功能所以本设计中温度传感器模块采用LM61集层电路温度传感器，这种传感器使用比较简单，只需要给其提供电源，温度传感器就可以一直采集温度值，随时访问都可以得到（模拟量），然后使用单片机的A/D引脚进行单片机的数据采集处理。温度传感器有多种多样。有压电式、电流式、数字式。电压式温度传感器就是元件的电压值随温度呈现线性转换，通过A/D口读入电压值就可以根据其线性变换公式计算出所测量的温度值。电流式温度传感器就是元件的电流值随温度呈线性变化。数字式温度传感器把测量的温度值直接转换成数字量，通过通信接口传送给接收设备。本系统中选用LM61温度传感器采集温度信号，LM61是一种集成电路温度传感器，仅使用一个2.7V单正电源就可以完成30100范围的温度测量，LM61输出电压与摄氏温度成线性比例（10mV/）关系，并且具有600mV的直流偏置，由于该偏置的作用，就可以使它能读出负温度而不需要外加负电源，它的正常输出电压范围为3001600mV1。LM61引脚图如图2.2所示。图2.2 LM61引脚图输出电压信号与温度的相互换算关系如公式(2-1)所示。 (2-1)LM61的内部原理框图和温度误差曲线如图2.3和图2.4所示。图2.3 LM61的温度误差曲线图2.4 LM61内部原理框图根据LM61特性，原理图如图2.5所示。其中PCB图见附录PCB图中的PCB连线图或PCB铺铜图的U2部分电路。图2.5 LM61原理图本系统中温度传感器LM61经CC1010芯片的AD1引脚将所测的温度模拟信号送入单片机，ADC的模式选择位为01：连续多转换模式。CC1010片内集成的10位ADC由ADCON和ADCONZ寄存器控制。三个模拟引脚可以用来采样，由ADCO.NADADR来选择。置位ADCON.ADCRUN控制位来使每次转换。ADC中断标志EXIF.ADIF和ADCONZ.ADCIF被硬件设置。如果8个MSB（最高位）的值大于或等于存储在ADTRH寄存器的门限值。此时如果中断使能标志EIE.ADIE和ADCON.ADCIE被置位的话，一个中断服务程序被执行。为了在完成一次转换后得到一个中断，ADTRH被设为0。转换完成后，控制位由硬件置0。在多次转换模式下，ADC每隔11个ADC时钟周期开始一个新的转换。通过设置ADADR1和ADADR0模拟量从设置的端口输入，通过转换后将数字量存放在ADDATL和ADDATH中，其中ADDATL存放低8位，ADDATH存放高2位。2.3 系统中无线数据传输部分设计2.3.1 无线收发芯片的选择目前许多应用领域都采用无线的方式进行数据传输，由于无线收发芯片的种类和数量比较多，无线收发芯片的选择在设计中是至关重要的，正确的选择可以减小开发难度，缩短开发周期，降低成本，更快地将产品推向市场。8051兼容的无线单片机目前全世界共有4种，但主流的是Chipcon公司的CC1010，Nordic公司的nRF24E1/nRF9E5。Nordic公司的nRF24E1工作在2.4GHZ，nRF9E5工作在433MHZ和868-930MHZ，由于采用较好的电源管理方式和快速的SHOCKBURST技术，但Nordic公司的无线单片机存储器较小只有4K。Chipcon公司的CC1010有32k存储器，三通道A/D转换器，可以工作在3001000MHz2。在选择芯片是要遵循功耗低、成本低、体积小等规则所以本设计采用的芯片为Chipcon公司的CC1010芯片。CC1010正符合应用的需求，本身具有3种工作模式，可以方便的切换，降低能量消耗；且采用了超强51内核并集成了RF电路和A/D转换器，性价比高，外围电路扩展方便，且形成产品后体积小。本系统实现将温度传感器测量的温度信号经无线单片机进行无线数据传送。Chipcon公司的CC1010芯片正符合应用的需求，CC1010是Chipcon公司推出的单片、多频段、低功耗、超高频射频芯片。该芯片内嵌高性能的8051微控制器、32KB的FLASH程序存储器和2176字节的SRAM，能够工作于315MHz、433MHz、868MHz和915MHz四个ISM（工业、科学和医学）频段，可通过编程控制其工作于3001000MHz频率范围之内；芯片低电压（2.73.6V）供电并且功耗非常低（接收数据时工作电流只有9mA）；无线射频收发一体型芯片采用了目前流行的单芯片设计，在一块芯片上集合了信号调制解调、信号射频发射、信号接收、信号电平转换等功能，有些无线射频收发一体型芯片内部甚至还集合了单片机单元以及CPLD单元，允许用户直接对其进行编程，是一种高集成度的多功能芯片。在实际应用中，无线射频收发一体型芯片的外围电路十分简单，可方便与单片机或DSP连接，而且有些型号的无线射频收发一体型芯片在环境以及电磁兼容性方面的要求可满足工业设备或军工设备的使用。与传统的无线收发射频装置相比，无线射频收发一体型芯片具有电磁兼容性好、耗电量低、体积小、外围电路简单、可靠性高、抗干扰能力强、数据传输安全性好、价格低廉等特点，在各种嵌入系统、家电、军工等许多领域都得到了广泛的应用。2.3.2 CC1010微处理器部分本设计中采用的CC1010芯片内设置3个10位A/D转换器从而提高模拟数字量的转换精度、减少了系统元器件的数量、提高了系统的稳定性和可靠性并大大提高了单片机的性能。CC1010单片机芯片自带的3个10位ADC，分别有寄存器ADCON和ADCON2控制。这3个ADC分别从AD0、AD1、AD2输入，有寄存器ADCON.ADADR位选择，这个寄存器也用于选择AD1的外部引用（当用AD0时）。当AD1用于外部引用时，只能有两个ADC输入可以利用。AD端口是三路模拟输入A/D转换，其中AD2口也能被设置成接收信号强度指示输出或者中频输出，这个引脚由FREND寄存器设置，不用的时候这三个脚可以悬空。CC1010有三种工作模式：正常工作模式、节能模式和睡眠模式，可以方便的在三种不同的工作模式下切换。模式转换图如图2.6所示。 图2.6 工作模式转换图活动模式：在活动模式下，内核处理器正常工作，执行flash memory指令，时钟信号用主晶振或用32KHz的晶振。当前消耗依据实际采用的频率，在几种工作模式中能量消耗最高。空闲模式：在设置完PCO.NIDLE指令位后，进入空闲模式。在空闲模式中，内核处理器停止工作，内部寄存器维持他们的当前数据，但是外围电路仍然工作。在该工作模式下，能量消耗低于活动模式。在系统中，平时工作于该模式下，当有数据发送或转发时，再切换到活动模式，发送完毕再次进入空闲模式。睡眠模式：在完成设置PCON.STOP位之后，控制器内核和外围电路停止工作。在该模式下，内核处理器的时钟和外围电路失效。只有ADC时钟运行。此工作模式下能量消耗最低，但是由于从该模式切换到活动模式时需要reset操作或开关电源，无法响应RF事件，不便于集中管理，故系统没有采用该模式。CC1010从空闲模式可以方便的切换到活动模式4。CC1010的微处理器内核基于标准的8位8051内核，支持直接寻址、间接寻址和寄存器寻址等寻址方式，内核寄存器有累加器A、堆栈指针SP、数据指针DPTR和程序状态字PSW等。CC1010的4个通用I/O口分别是P0、P1、P2、P3。P0包括4个引脚；P1、P2包括8个引脚；P3包括6个引脚。每个引脚都是8位的。CC1010端口与标准的8051端口有以下方面的不同：在端口没有上拉或下拉；受端口方向寄存器控制；在所有的端口都是CMOS输出电平；所有端口引脚能够承受和能够提供的电流是2mA，除P2.3引脚外，P2.3引脚的电流是8mA。CC1010芯片内含增强微控制器和收发器电路，芯片CC1010内部结构如图2.7所示。图2.7 芯片CC1010内部结构CC1010的8051内核提供了能够与8051相兼容的以下外围接口： 4个通用的I/O口； 两个标准的8051定时器； 两个具有PWM功能的定时器； 看门狗定时器； 实时时钟； SPI主机； 硬件DES加密/解密； 随机位产生器； 10位A/D转换器。其中微控制器以8051为核心。CC1010启动时必须复位，其复位信号源比8051多。主要有RESET管脚复位、上电复位、低电压复位、ADC复位、看门狗复位。8051外接复位信号为高电平有效，而且输入时间需要2个机器周期以上；而 CC1010则在RESET管脚加低电压可在任何时间复位几乎所有的寄存器。CC1010可进行内部或外部上电复位：内部上电复位模块同时检测上电状态和低电压状态，产生复位；当PORE管脚接地时，内部复位模块无效。另外，CC1010的ADC与看门狗模块也可产生复位。CC1010微控制器内核为8位，程序和数据存储于不同的存储空间中。 CC1010芯片上具有两块RAM，包括128字节内部RAM和2048字节外部RAM，比标准8051要小。CC1010内部寄存器划分为四个存储空间，每个空间有八个寄存器。指令支持直接，间接和寄存器寻址模式。程序存储器可通过变址寻址。内核寄存器由一个累加器，一个堆栈指针，双数据指针寄存器和通用寄存器构成。与标准8051不同，CC1010的数据指针分为DPTRO和DPTRI（对应DPHO，DPL，DPHI，DPLI），可通过DPS.SEL来选择。而且，CC1010的专用寄存器比8051多很多，共有119个。除了支持所有标准8051寄存器之外，还有RF接收器、DES加密和实时时钟等专用控制模块3。引脚及封装示意图如图2.8所示。图2.8 CC1010（TQFP-64封装）引脚顶视图2.3.3 CC1010无线收发电路的设计无线数据传输系统框图如图2.9所示。该无线数据传输系统主要有3模块组成，即无线模块、处理器模块和与计算机的串口通信模块。无线收发模块负责对外进行无线通信，交换控制信息和收发采集数据；处理器模块负责控制整个系统的处理操作和系统传输模式设置；串口通信模块负责控制整个系统与PC机的数据传输。图2.9 无线数据传输系统框图CC1010集成了RF电路，其工作原理如图2.10所示。其中接收器部分由低噪声放大器（LNA）、混频器（MIXER）、中频放大器（IF）、解调器（MODEM）、解码器（CODEC）组成。在接收模式下，CC1010被配置成传统的超外差接收器。RF输入信号通过低噪声放大器放大后经过混频器转换成中频信号。在中频阶段，转换后的信号再送到解调器之前要放大和滤波。在AD2/IF引脚可用之后，RSSI信号和IF信号是可选的。之后将解调后的数据信号送到RF缓冲区，就会产生位中断或字节中断。发射器部分由功率放大器（PA）、PLL（VCO、充电泵、分频器）等电路组成。在发送模式下，振控电压信号直接送到功率放大器。RF输出信号被反馈到RF缓冲区的数字流进行频率调制。发送完一位或者是一字节都会产生中断。内部的发送接收开关电路使天线接口和外部的元器件配合起来非常容易。频率同步器产生本振信号，这个本振信号在接收模式下会反馈到混频器，在发送模式下会反馈到功率放大器。频率同步器是由晶体振荡器、相位检测器、低通滤波、振控电压、分频器组成的。外部的晶振体被链接到XOSC脚，外部的一个电感连接到VCO脚。寄存器RFMAIN控制着RF的接收/发送模式、工作频率寄存器的使用和几种掉电模式。图2.10收发器内部结构CC1010的典型应用电路设计如图2.11所示。图 2.11 CC1010典型应用电路图由图可见，CC1010芯片需要的外围元器件非常少。C31/L32为输入匹配电容/电感，L32同时也用于阻止直流偏置信号的输入。C41、L41和C42用于发射时的信号匹配。通过发射/接收开关电路，收发器得以通过同一个50 的天线进行接收/发射操作。压控振荡器完全整合在芯片内，因此在使用时只需要1个电感L101，通过SmartRF Studio软件，可容易地计算出各个频率时的L101值。为了使芯片能够稳定工作，在芯片电源输入端必须加上滤波电容。滤波电容一般需要两个：一个为高频滤波电容，另一个为低频滤波电容。电路的接收和发射部分是设计的重点，由于CC1010芯片内部已经集成了接收和发射部分的硬件，因而外围天线部分的设计是非常重要的。CC1010可以使用各种各样的天线，短距离最常用的天线有单极型、螺线型、环型等。本电路采用的是单极型天线，主要考虑的是它的方便性。天线的长度可由公式：L=7125/f计算得出。本电路的工作频率设计为433MHz，天线的长度是16.45cm。影响通信距离的是无线通信模块的天线部分。天线部分电路图如图2.12所示。图2.12 天线部分电路图在本设计中C15、C16、C17、L3、L5、L7等与单片机4引脚和5引脚构成单片机天线部分的外围电路，使CC1010的通信频率为433MHz。C11、C12、L3为输入匹配电容、电感，L3同时也用于阻止直流偏置信号的输入。C16、C17、L7用于发射时的信号匹配。CC1010的传输模式选曼彻斯特模式，该以位或字节模式接收或发送数据，这通过RFCON.BYTEMODE位控制。在字节模式中，从缓冲寄存器RFBUF中一次取8位到移位寄存器，经过调制发射出去，当移位寄存器空时，再从RFBUF中取8位，而RFBUF中数据的装入是由中断引发的。在位模式下，每次只是从RFBUF寄存器的最低位取数据，当此位数据发送出去后，再从RFBUF最低位取，发送一位产生一个中断，通知RFBUF装载一位新的数据。在位模式下，移位寄存器在每次传输完成后会下载RFBUF.0，此时产生中断。在字节模式中，传输速度快，每传输一个字节会引起一次中断，适合系统需求，故选择字节模式。利用SmartRF Studio来配置RF电路参数。CC1010结构配置软件：SmartRF Studio是Chipcon公司专门为RF芯片量身定做的配置软件。配置界面如图2.13所示。通过Chipcon公司提供的Windows界面下使用的SmartRF Studio软件，CC1010芯片对于不同的应用场合能配置出最佳性能。SmartRF Studni将根据用户输入的各项参数给出所有必需的CC1010芯片配置信息，这些16进制数作为CC1010芯片的配置信息将被输入到微控制器中。为使用户能够得到最好的性能，设计时可使用可编程组态寄存器，具体可编程的关键参数如下： 接收和发射模式； RF输出功率电平； 频率合成关键参数（如RF输出频率，FSK调制频率分离偏差,晶振基准频率）； 低功耗模式； 基准振荡器在低功耗模式中启动或关闭； 数据速率和数据形式选择等。图2.13 SmartRF Studio配置界面数据收发过程：RF配置参数选好后，即可按选定的参数进行收发，其具体的收发过程如下：当在字节模式下传输一个数据时，缓冲区按选定的波特率依次移位到调制器中。当移位寄存器空时，它将从RFBUF中取一个新的字节，继续移位，此时产生一个中断，RFBUF装入新的字节。RFBUF寄存器的内容在移位寄存器取走之后仍然没有变化。如果在移位寄存器读取下一个字节之前，没有装入新的字节，则它将从RFBUF中重新装入相同的字节。例如当传送一个包含0和1的字节的前导字节时，则只需装入前导符一次，并等待一定数目的周期，等待移位寄存器下载一定数目的前导字符进行发送。非常重要的一点是在传输的最后，当最后一个数据帧的字节载入移位寄存器时，中断产生了，但此时它还没有传输。所以不能关闭传输链的任一部分。为了确保能够完成传输，通常在字节模式下额外传两个字节或在位模式下额外传两位。当接收数据时，过程与传送类似。2.3.4 系统电源设计在实际应用中，5V电源比较常见，又由于本电路需要3.3V的工作电压，故在此电路中设计了一个电压转换模块。将5V电压转换为3.3V电源的方案有：国家半导体的LM3940、LM2937-3.3等。本设计中选用LM2937-3.3将输入的VCC直流电稳压到典型值3.3V供单片机使用，电路图如图2.14所示。图2.14 电压转换电路图芯片LM2937-3.3把从1引脚输入的5V电压转换为3.3V并从3引脚输出。本设计中C28、C29、C30、C31、C32、R41、R42对电源稳压处理时起到稳压作用。2.3.5 系统晶体振荡电路在硬件设计中，由于涉及到ADC的绝对采样速率和产生一个标准UART波特率的需要，所以采用外部晶体来实现外部振荡器。主时钟可以通过将一个晶体或陶瓷谐振器并接XTAL1和XTAL2而得到这种配置需要将XOSCMD设置为110以直接使用晶体频率或设置为111以允许二分频器并且要根据晶体频率等有效负载电容和晶体的等效串连电阻ESR来设置XFCN。负载电容应接到模拟地平面，还应该注意晶体振荡器反向器的反馈电阻已在片内提供不需要外接电阻应查询OSCXCN中的XTLVLD晶体振荡器有效位或用该位产生中断判断晶体振荡器频率是否稳定一旦XTLVLD变为高电平CLKSL OSCICN.3可以被置1以使用外部振荡器作为系统时钟。晶体振荡电路在微控制系统中非常重要，它决定了整个微控制系统能否稳定地工作。外部振荡器电路可以驱动外部晶体、陶瓷谐振器、电容或RC网络。本系统中C7、C8C9、C10、Y1、Y2与单片机18、19、20、21引脚构成时钟电路，如图2.15所示。图2.15 外部晶振电路XOSC_Q1和XOSC_Q2为芯片时钟信号接口引脚，可接324MHz的外部晶振。为了得到更好的芯片使用性能，本系统对晶振Y1、Y2分别采用14.7456MHz，32.786KHz。外部振荡器电路可以驱动外部晶体、陶瓷谐振器、电容或RC网络。也可以使用一个外部CMOS时钟提供系统时钟。对于晶体和陶瓷谐振器配置，晶体/陶瓷谐振器必须接到XTAL1和XTAL2引脚。外部振荡器由外部振荡器控制寄存器OSCXCN来进行配置。系统时钟可以自由地在内部振荡器和外部振荡器之间进行切换。并且也可以在选择内部振荡器时让外部振荡器保持在允许状态，这样可以避免在系统时钟被切换到外部振荡器时的启动延迟。外部振荡器具有很高的可配置性，为系统设置者提供了多种选择。时钟信号可以从外部CMOS电平时钟源、晶体或陶瓷谐振器、RC组合电路或外部电容获得。内部振荡器本身的功耗与所选择的频率无关，但是整个器件的功耗与所选择的频率有关，随着工艺、供电电压及温度的不同，内部振荡器的精度在±20% 。外部CMOS时钟为系统时钟可以由一个接到XTAL1脚的外部CMOS电平时钟源提供，例如晶体振荡器模块或来自另一个微控制器的时钟；外部晶体通常在需要一个精确的时钟信号才会选择晶体，例如ADC的绝对采样速率比较关键或需要用于产生一个标准UART波特率时。一个替换方案是用一个低频率的晶体例如32.768kHz晶体，使器件工作在低功耗方式，当系统需要时，再切换到高频率的内部振荡器；外部RC时间基准还可以通过一个外部串连RC电路获得。该信号经过缓冲后被送到一个二分频器的输出作为系统时钟。2.3.6 串口通信设计串行通信中，只有通信双方采用相同的接口标准，才能进行正常通信。由于不同的设备串行接口的信号线定义、电气规格等特性都不尽相同，因此要是这些设备能够相互连接，需要一个统一的串行通信接口。RS-232接口（又称EIARS-232-C）是目前最常用的一种串行通讯接口。RS232接口是PC机的通用接口，也是目前最常用的串行接口标准，广泛用于计算机之间、计算机与外设之间的数据通信。在本系统电路设计中，CC1010芯片的P3.0与P3.1引脚用来与PC机的并行端口建立连接，中间要通过电压转换，因为收发模块的工作电压选择了3.3V，而PC机的串口需要5V电平。其功能是完成对芯片内部的32KB Flash的编程工作，当程序在PC机上调试通过后，通过此接口就可以把程序完整地下载到Flash中去。数据通信方式有两种，即并行数据通信和串行数据通信。通常根据信息传送的距离决定采用哪种通信方式。并行数据通信是指数据的各位同时进行传送（发送或接受）的通信方式，其优点是传送速度快；缺点是数据有多少位，就用多少根传送线。串行数据通信指数据是一位一位顺序传送的通信方式。它的突出优点是只需一对传送线，其缺点是传送速度低。串行通信的传送方式通常有三种：第一种为单工配置，如图2.16所示。只允许数据向一个方向传送；第二种是半双工配置，如图2.17所示。允许数据向两个方向中的任一方向传送，但每次只能有一个站发送；第三种传送方式是全双工配置，如图2.18所示。允许同时双向传送数据。图2.16 单工方式 图2.17半双工方式 图2.18 全双工方式所谓“串行通信”是指外设和计算机之间使用一根数据信号线（另外需要地线，可能还需要控制线）,数据在一根数据信号线上一位一位地进行传输，每一位数据都占据一个固定的时间长度。这种通信方式使用的数据线少，在远距离通信中可以节约通信成本，当然，其传输速度比并行传输慢。由于CPU与接口之间按并行方式传输，接口与外设之间按串行方式传输，因此，在串行接口中，必须要有“接收移位寄存器”（串并）和“发送移位寄存器”（并串）。典型的串行接口的结构如2.19所示5。图2.19 串行接口结构图在数据输入过程中，数据一位一位地从外设进入接口的“接收移位寄存器”，当“接收移位寄存器”中已接收完1个字符的各位后，数据就从“接收移位寄存器”进入“数据输入寄存器”。CPU从“数据输入寄存器”中读取接收到的字符。（并行读取，即D7D0同时被读至累加器中）。“接收移位寄存器”的移位速度由“接收时钟”确定。在数据输出过程中，CPU把要输出的字符（并行的）送入“数据输出寄存器”，“数据输出寄存器”的内容传输到“发送移位寄存器”，然后由“发送移位寄存器”移位，把数据一位一位地送到外设。“发送移位寄存器”的移位速度由“发送时钟”确定。接口中的“控制寄存器”用来容纳