1、題 目：基于cc1010的溫度傳感器數據傳送板設計67內蒙古科技大學畢業設計說明書（畢業論文）畢業設計（論文）原創性聲明和使用授權說明原創性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業設計（論文），是我個人在指導教師的指導下進行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經發表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機構的學位或學歷而使用過的材料。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。作 者 簽 名： 日 期： 指導教師簽名： 日期： 使用授權說明本人完全了解 大學關于收集、保存、使用畢業設計（論文）的規定，即：

2、按照學校要求提交畢業設計（論文）的印刷本和電子版本；學校有權保存畢業設計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務；學校可以采用影印、縮印、數字化或其它復制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學校可以公布論文的部分或全部內容。作者簽名： 日 期： 學位論文原創性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標注引用的內容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經發表或撰寫的成果作品。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。作者簽名： 日期： 年 月 日學位論文版權使用授權書

3、本學位論文作者完全了解學校有關保留、使用學位論文的規定，同意學校保留并向國家有關部門或機構送交論文的復印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權 大學可以將本學位論文的全部或部分內容編入有關數據庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。涉密論文按學校規定處理。作者簽名：日期： 年 月 日導師簽名： 日期： 年 月 日注 意 事 項1.設計（論文）的內容包括：1）封面（按教務處制定的標準封面格式制作）2）原創性聲明3）中文摘要（300字左右）、關鍵詞4）外文摘要、關鍵詞 5）目次頁（附件不統一編入）6）論文主體部分：引言（或緒論）、正文、結論7）參考文獻8）致謝9）附

4、錄（對論文支持必要時）2.論文字數要求：理工類設計（論文）正文字數不少于1萬字（不包括圖紙、程序清單等），文科類論文正文字數不少于1.2萬字。3.附件包括：任務書、開題報告、外文譯文、譯文原文（復印件）。4.文字、圖表要求：1）文字通順，語言流暢，書寫字跡工整，打印字體及大小符合要求，無錯別字，不準請他人代寫2）工程設計類題目的圖紙，要求部分用尺規繪制，部分用計算機繪制，所有圖紙應符合國家技術標準規范。圖表整潔，布局合理，文字注釋必須使用工程字書寫，不準用徒手畫3）畢業論文須用a4單面打印，論文50頁以上的雙面打印4）圖表應繪制于無格子的頁面上5）軟件工程類課題應有程序清單，并提供電子文檔5.

5、裝訂順序1）設計（論文）2）附件：按照任務書、開題報告、外文譯文、譯文原文（復印件）次序裝訂3）其它基于cc1010的溫度傳感器數據傳送板設計摘 要無線通信技術和傳感器技術的進步推動了傳感器數據無線傳輸的快速發展。本文通過論述課題背景、課題意義而提出了一種基于rf無線射頻收發一體型芯片的無線通信技術來解決溫度傳感器數據無線傳輸的需求。在深入分析的基礎上構建了基于cc1010的溫度傳感器數據無線傳送系統，本文介紹了無線通信的基礎原理及射頻芯片cc1010的結構和工作原理。并且分別對組成系統的每個功能模塊如溫度傳感器部分、微處理器部分、電源部分、串口部分、無線收發部分等進行了設計。完成后的溫度傳感

6、器無線數據傳送系統具有精度高、功耗低、體積小、抗干擾能力強等特點。實現了經濟、有效、靈活的溫度數據采集，有著廣泛的應用前景。關鍵詞：lm61；溫度傳感器；無線傳輸；cc1010；內蒙古科技大學畢業設計說明書（畢業論文）the design of temperature sensor data transmissioncircuit board based on cc1010abstractthe development of wireless communications technique and sensor technique promotes the fast development

7、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 s

8、ensor 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

9、 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 an

10、d more flexible atmospheric data acquisition, and it has the wide prospect of application.key words: lm61; temperatures sensor; wireless transmission; cc1010;內蒙古科技大學畢業設計說明書（畢業論文）目 錄摘 要iabstractii第一章 緒論11.1 課題背景11.2 測溫技術的發展11.3 課題意義2第二章 系統的硬件設計32.1 系統總體設計方案32.2 溫度傳感器部分的硬件設計42.3 系統中無線數據傳輸部分設計62.3.1 無線

11、收發芯片的選擇62.3.2 cc1010微處理器部分82.3.3 cc1010無線收發電路的設計122.3.4 系統電源設計172.3.5 系統晶體振蕩電路182.3.6 串口通信設計19第三章 系統的軟件設計263.1 軟件體系結構概述263.2 cc1010芯片a/d轉換部分程序設計263.3 系統收發部分程序設計273.3.1 編碼格式的設定273.3.2 傳輸模式的選擇283.4 串口部分程序設計30第四章 系統抗干擾措施324.1 硬件設計的抗干擾措施324.2 軟件設計的抗干擾措施34第五章 系統軟件調試35第六章 結論41參考文獻42附錄a 系統硬件原理圖44附錄b pcb圖45

12、附錄c 程序47致謝65 內蒙古科技大學畢業設計說明書（畢業論文）第一章 緒論1.1 課題背景目前許多應用領域都采用無線的方式進行數據傳輸，這些領域涉及小型無線網絡、無線抄表、門禁系統、小區傳呼、工業數據采集系統、無線遙控系統、無線標簽身份識別、非接觸rf智能卡等。無線射頻收發一體型芯片技術是近幾年來發展起來的一種新型無線通訊技術。近年來，近距離無線數據傳輸一直是國內外電子通訊領域發展的重點，并在家電領域、民用通訊領域以及軍用領域中得到了比較廣泛的應用。由于傳統的無線射頻收發裝置結構比較復雜，調試困難，而且其可靠性以及安全性都不是很好，不能滿足對環境以及安全性要求比較高場合的應用要求，因此國外

13、各大公司紛紛推出了無線射頻收發一體型芯片。1.2 測溫技術的發展溫度的測量最早是從金屬（物質）的熱脹冷縮開始的，水銀溫度計至今仍是各種溫度測量的計量標準，但是其缺點也是眾多的例如：只能近距離測量、測量精度低、只可以作為一種概略指示等，遠遠滿足不了工業生產、實驗研究等眾多領域的要求，為了配合遠傳儀表指示，出現了許多不同的測溫方法，常用的有：電阻式、熱電偶式、pn結型、輻射式、光纖式及石英諧振型等，它們都是基于溫度變化引起物理參數（如電阻值、熱電勢等）的變化原理，而現在隨著大規模集成電路工藝的提高，又出現了許多集成式測溫傳感器。 隨著網絡及其通信技術的飛速發展，短距離無線通信以其抗干擾能力強、可靠

14、性高、安全性好、受地理條件限制較少、安裝施工簡便靈活等特點在許多領域都得到了廣泛應用。無線soc芯片（也稱無線單片機）將微控制器、存儲器、a/d轉換器、需要的接口電路和無線收發芯片全部集成到一個非常小的芯片上，并具有通用的頻帶、收發合一、低發射功率、高靈敏度接收等優點，因而在當前短距離無線通信系統中的應用潛力十分巨大。而采用內嵌8051的無線soc芯片，一方面能繼續使用8051微控制器已發展成熟的各種應用軟件資源，另一方面，目前市面上流行的8051開發工具（如keil c51）都可以用于這種芯片的軟件開發。1.3 課題意義溫度與生產生活密切相關，溫度的變化會影響產品的品質：精密儀器、半導體器件

15、，在過熱或過濕的情況下都會導致性能下降。在各種各樣的測控系統中，傳感器所測得的信號通常是用導線傳輸的，因此不得不通過鋪設電纜將采集的數據傳送到幾公里甚至幾十公里之外的數據管理中心。這種傳輸方式常常會帶來電磁干擾和信號衰減，另外鋪設專用電纜至信息管理中心造價太高，維修困難。短程無線通信模塊以其價格低廉、遠距離傳輸、可實現移動通信，并且可以通過多頻段并用來實現相對較寬的帶寬等優點，在通信領域中一直被廣泛應用。在工業測量和控制中，因為受到現場環境和其他條件的限制，使用傳統的有線電纜傳輸信號存在著現場連接、接線麻煩等缺點，特別是在一些特定的環境下，極不方便，因此提出了無線數據傳輸。使用無線數據傳輸模塊

16、，進行數據信號的傳輸，對于長距離傳輸，帶來了很大的便利。無線傳輸數據模塊在智能儀器上也得到越來越廣泛的應用。本系統就是在原有的測溫技術基礎上，利用短程無線數據通信模塊來實現溫度信號的無線傳輸。 第二章 系統的硬件設計2.1 系統總體設計方案在本設計中主要實現了一種基于cc1010芯片的無線數據傳輸功能。溫度傳感器將所處環境中的溫度信號轉換成電信號，并經過模數轉換裝置將模擬的電信號轉換成數字信號，再將轉換的數字信號輸出到微處理器中，由微處理器來處理這些數字信號，最后將處理后的數據通過射頻芯片發送出去，而在接受端有一個接收機接收這些射頻信號，在由接收端的微處理器得到處理后的數據。本系統采用lm61

17、溫度傳感器，將采集的模擬溫度信號通過cc1010的a/d轉換模塊轉換成數字信號，然后通過cc1010的rf模塊將溫度信號進行無線收發。系統實現的基本框圖如圖2.1所示。圖2.1 系統基本框圖根據需求分析及提高系統抗干擾能力等方面的設計要求，系統采用cc1010為主芯片，其良好的性能和豐富的引腳資源可以滿足本統設計的要求。系統硬件設計中包含傳感器單元、數據處理單元 、led指示燈、電壓轉換單元及rf模塊等。各個主要功能模塊的芯片介紹、硬件電路的設計以及軟件實現將在后續的相關章節具體論述。2.2 溫度傳感器部分的硬件設計傳感器模塊包括不同類型的傳感器及外圍電路，根據實際需要，構建簡單的傳感器電路，

18、可以根據實際要求而靈活改動，并且cc1010芯片內自帶a/d轉換功能所以本設計中溫度傳感器模塊采用lm61集層電路溫度傳感器，這種傳感器使用比較簡單，只需要給其提供電源，溫度傳感器就可以一直采集溫度值，隨時訪問都可以得到（模擬量），然后使用單片機的a/d引腳進行單片機的數據采集處理。溫度傳感器有多種多樣。有壓電式、電流式、數字式。電壓式溫度傳感器就是元件的電壓值隨溫度呈現線性轉換，通過a/d口讀入電壓值就可以根據其線性變換公式計算出所測量的溫度值。電流式溫度傳感器就是元件的電流值隨溫度呈線性變化。數字式溫度傳感器把測量的溫度值直接轉換成數字量，通過通信接口傳送給接收設備。本系統中選用lm61溫

19、度傳感器采集溫度信號，lm61是一種集成電路溫度傳感器，僅使用一個2.7v單正電源就可以完成30100范圍的溫度測量，lm61輸出電壓與攝氏溫度成線性比例（10mv/）關系，并且具有600mv的直流偏置，由于該偏置的作用，就可以使它能讀出負溫度而不需要外加負電源，它的正常輸出電壓范圍為3001600mv1。lm61引腳圖如圖2.2所示。圖2.2 lm61引腳圖輸出電壓信號與溫度的相互換算關系如公式(2-1)所示。 (2-1)lm61的內部原理框圖和溫度誤差曲線如圖2.3和圖2.4所示。圖2.3 lm61的溫度誤差曲線圖2.4 lm61內部原理框圖根據lm61特性，原理圖如圖2.5所示。其中pc

20、b圖見附錄pcb圖中的pcb連線圖或pcb鋪銅圖的u2部分電路。圖2.5 lm61原理圖本系統中溫度傳感器lm61經cc1010芯片的ad1引腳將所測的溫度模擬信號送入單片機，adc的模式選擇位為01：連續多轉換模式。cc1010片內集成的10位adc由adcon和adconz寄存器控制。三個模擬引腳可以用來采樣，由adco.nadadr來選擇。置位adcon.adcrun控制位來使每次轉換。adc中斷標志exif.adif和adconz.adcif被硬件設置。如果8個msb（最高位）的值大于或等于存儲在adtrh寄存器的門限值。此時如果中斷使能標志eie.adie和adcon.adcie被置

21、位的話，一個中斷服務程序被執行。為了在完成一次轉換后得到一個中斷，adtrh被設為0。轉換完成后，控制位由硬件置0。在多次轉換模式下，adc每隔11個adc時鐘周期開始一個新的轉換。通過設置adadr1和adadr0模擬量從設置的端口輸入，通過轉換后將數字量存放在addatl和addath中，其中addatl存放低8位，addath存放高2位。2.3 系統中無線數據傳輸部分設計2.3.1 無線收發芯片的選擇目前許多應用領域都采用無線的方式進行數據傳輸，由于無線收發芯片的種類和數量比較多，無線收發芯片的選擇在設計中是至關重要的，正確的選擇可以減小開發難度，縮短開發周期，降低成本，更快地將產品推向

22、市場。8051兼容的無線單片機目前全世界共有4種，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，由于采用較好的電源管理方式和快速的shockburst技術，但nordic公司的無線單片機存儲器較小只有4k。chipcon公司的cc1010有32k存儲器，三通道a/d轉換器，可以工作在3001000mhz2。在選擇芯片是要遵循功耗低、成本低、體積小等規則所以本設計采用的芯片為chipcon公司的cc1010芯片。cc1010正符合應用的需求，本身

23、具有3種工作模式，可以方便的切換，降低能量消耗；且采用了超強51內核并集成了rf電路和a/d轉換器，性價比高，外圍電路擴展方便，且形成產品后體積小。本系統實現將溫度傳感器測量的溫度信號經無線單片機進行無線數據傳送。chipcon公司的cc1010芯片正符合應用的需求，cc1010是chipcon公司推出的單片、多頻段、低功耗、超高頻射頻芯片。該芯片內嵌高性能的8051微控制器、32kb的flash程序存儲器和2176字節的sram，能夠工作于315mhz、433mhz、868mhz和915mhz四個ism（工業、科學和醫學）頻段，可通過編程控制其工作于3001000mhz頻率范圍之內；芯片低電

24、壓（2.73.6v）供電并且功耗非常低（接收數據時工作電流只有9ma）；無線射頻收發一體型芯片采用了目前流行的單芯片設計，在一塊芯片上集合了信號調制解調、信號射頻發射、信號接收、信號電平轉換等功能，有些無線射頻收發一體型芯片內部甚至還集合了單片機單元以及cpld單元，允許用戶直接對其進行編程，是一種高集成度的多功能芯片。在實際應用中，無線射頻收發一體型芯片的外圍電路十分簡單，可方便與單片機或dsp連接，而且有些型號的無線射頻收發一體型芯片在環境以及電磁兼容性方面的要求可滿足工業設備或軍工設備的使用。與傳統的無線收發射頻裝置相比，無線射頻收發一體型芯片具有電磁兼容性好、耗電量低、體積小、外圍電路

25、簡單、可靠性高、抗干擾能力強、數據傳輸安全性好、價格低廉等特點，在各種嵌入系統、家電、軍工等許多領域都得到了廣泛的應用。2.3.2 cc1010微處理器部分本設計中采用的cc1010芯片內設置3個10位a/d轉換器從而提高模擬數字量的轉換精度、減少了系統元器件的數量、提高了系統的穩定性和可靠性并大大提高了單片機的性能。cc1010單片機芯片自帶的3個10位adc，分別有寄存器adcon和adcon2控制。這3個adc分別從ad0、ad1、ad2輸入，有寄存器adcon.adadr位選擇，這個寄存器也用于選擇ad1的外部引用（當用ad0時）。當ad1用于外部引用時，只能有兩個adc輸入可以利用。

26、ad端口是三路模擬輸入a/d轉換，其中ad2口也能被設置成接收信號強度指示輸出或者中頻輸出，這個引腳由frend寄存器設置，不用的時候這三個腳可以懸空。cc1010有三種工作模式：正常工作模式、節能模式和睡眠模式，可以方便的在三種不同的工作模式下切換。模式轉換圖如圖2.6所示。 圖2.6 工作模式轉換圖活動模式：在活動模式下，內核處理器正常工作，執行flash memory指令，時鐘信號用主晶振或用32khz的晶振。當前消耗依據實際采用的頻率，在幾種工作模式中能量消耗最高。空閑模式：在設置完pco.nidle指令位后，進入空閑模式。在空閑模式中，內核處理器停止工作，內部寄存器維持他們的當前數據

27、，但是外圍電路仍然工作。在該工作模式下，能量消耗低于活動模式。在系統中，平時工作于該模式下，當有數據發送或轉發時，再切換到活動模式，發送完畢再次進入空閑模式。睡眠模式：在完成設置pcon.stop位之后，控制器內核和外圍電路停止工作。在該模式下，內核處理器的時鐘和外圍電路失效。只有adc時鐘運行。此工作模式下能量消耗最低，但是由于從該模式切換到活動模式時需要reset操作或開關電源，無法響應rf事件，不便于集中管理，故系統沒有采用該模式。cc1010從空閑模式可以方便的切換到活動模式4。cc1010的微處理器內核基于標準的8位8051內核，支持直接尋址、間接尋址和寄存器尋址等尋址方式，內核寄存

28、器有累加器a、堆棧指針sp、數據指針dptr和程序狀態字psw等。cc1010的4個通用i/o口分別是p0、p1、p2、p3。p0包括4個引腳；p1、p2包括8個引腳；p3包括6個引腳。每個引腳都是8位的。cc1010端口與標準的8051端口有以下方面的不同：在端口沒有上拉或下拉；受端口方向寄存器控制；在所有的端口都是cmos輸出電平；所有端口引腳能夠承受和能夠提供的電流是2ma，除p2.3引腳外，p2.3引腳的電流是8ma。cc1010芯片內含增強微控制器和收發器電路，芯片cc1010內部結構如圖2.7所示。圖2.7 芯片cc1010內部結構cc1010的8051內核提供了能夠與8051相兼

29、容的以下外圍接口： 4個通用的i/o口； 兩個標準的8051定時器； 兩個具有pwm功能的定時器； 看門狗定時器； 實時時鐘； spi主機； 硬件des加密/解密； 隨機位產生器； 10位a/d轉換器。其中微控制器以8051為核心。cc1010啟動時必須復位，其復位信號源比8051多。主要有reset管腳復位、上電復位、低電壓復位、adc復位、看門狗復位。8051外接復位信號為高電平有效，而且輸入時間需要2個機器周期以上；而 cc1010則在reset管腳加低電壓可在任何時間復位幾乎所有的寄存器。cc1010可進行內部或外部上電復位：內部上電復位模塊同時檢測上電狀態和低電壓狀態，產生復位；當p

30、ore管腳接地時，內部復位模塊無效。另外，cc1010的adc與看門狗模塊也可產生復位。cc1010微控制器內核為8位，程序和數據存儲于不同的存儲空間中。 cc1010芯片上具有兩塊ram，包括128字節內部ram和2048字節外部ram，比標準8051要小。cc1010內部寄存器劃分為四個存儲空間，每個空間有八個寄存器。指令支持直接，間接和寄存器尋址模式。程序存儲器可通過變址尋址。內核寄存器由一個累加器，一個堆棧指針，雙數據指針寄存器和通用寄存器構成。與標準8051不同，cc1010的數據指針分為dptro和dptri（對應dpho，dpl，dphi，dpli），可通過dps.sel來選擇。

31、而且，cc1010的專用寄存器比8051多很多，共有119個。除了支持所有標準8051寄存器之外，還有rf接收器、des加密和實時時鐘等專用控制模塊3。引腳及封裝示意圖如圖2.8所示。圖2.8 cc1010（tqfp-64封裝）引腳頂視圖2.3.3 cc1010無線收發電路的設計無線數據傳輸系統框圖如圖2.9所示。該無線數據傳輸系統主要有3模塊組成，即無線模塊、處理器模塊和與計算機的串口通信模塊。無線收發模塊負責對外進行無線通信，交換控制信息和收發采集數據；處理器模塊負責控制整個系統的處理操作和系統傳輸模式設置；串口通信模塊負責控制整個系統與pc機的數據傳輸。圖2.9 無線數據傳輸系統框圖cc

32、1010集成了rf電路，其工作原理如圖2.10所示。其中接收器部分由低噪聲放大器（lna）、混頻器（mixer）、中頻放大器（if）、解調器（modem）、解碼器（codec）組成。在接收模式下，cc1010被配置成傳統的超外差接收器。rf輸入信號通過低噪聲放大器放大后經過混頻器轉換成中頻信號。在中頻階段，轉換后的信號再送到解調器之前要放大和濾波。在ad2/if引腳可用之后，rssi信號和if信號是可選的。之后將解調后的數據信號送到rf緩沖區，就會產生位中斷或字節中斷。發射器部分由功率放大器（pa）、pll（vco、充電泵、分頻器）等電路組成。在發送模式下，振控電壓信號直接送到功率放大器。rf

33、輸出信號被反饋到rf緩沖區的數字流進行頻率調制。發送完一位或者是一字節都會產生中斷。內部的發送接收開關電路使天線接口和外部的元器件配合起來非常容易。頻率同步器產生本振信號，這個本振信號在接收模式下會反饋到混頻器，在發送模式下會反饋到功率放大器。頻率同步器是由晶體振蕩器、相位檢測器、低通濾波、振控電壓、分頻器組成的。外部的晶振體被鏈接到xosc腳，外部的一個電感連接到vco腳。寄存器rfmain控制著rf的接收/發送模式、工作頻率寄存器的使用和幾種掉電模式。圖2.10收發器內部結構cc1010的典型應用電路設計如圖2.11所示。圖 2.11 cc1010典型應用電路圖由圖可見，cc1010芯片需

34、要的外圍元器件非常少。c31/l32為輸入匹配電容/電感，l32同時也用于阻止直流偏置信號的輸入。c41、l41和c42用于發射時的信號匹配。通過發射/接收開關電路，收發器得以通過同一個50 的天線進行接收/發射操作。壓控振蕩器完全整合在芯片內，因此在使用時只需要1個電感l101，通過smartrf studio軟件，可容易地計算出各個頻率時的l101值。為了使芯片能夠穩定工作，在芯片電源輸入端必須加上濾波電容。濾波電容一般需要兩個：一個為高頻濾波電容，另一個為低頻濾波電容。電路的接收和發射部分是設計的重點，由于cc1010芯片內部已經集成了接收和發射部分的硬件，因而外圍天線部分的設計是非常重

35、要的。cc1010可以使用各種各樣的天線，短距離最常用的天線有單極型、螺線型、環型等。本電路采用的是單極型天線，主要考慮的是它的方便性。天線的長度可由公式：l=7125/f計算得出。本電路的工作頻率設計為433mhz，天線的長度是16.45cm。影響通信距離的是無線通信模塊的天線部分。天線部分電路圖如圖2.12所示。圖2.12 天線部分電路圖在本設計中c15、c16、c17、l3、l5、l7等與單片機4引腳和5引腳構成單片機天線部分的外圍電路，使cc1010的通信頻率為433mhz。c11、c12、l3為輸入匹配電容、電感，l3同時也用于阻止直流偏置信號的輸入。c16、c17、l7用于發射時的

36、信號匹配。cc1010的傳輸模式選曼徹斯特模式，該以位或字節模式接收或發送數據，這通過rfcon.bytemode位控制。在字節模式中，從緩沖寄存器rfbuf中一次取8位到移位寄存器，經過調制發射出去，當移位寄存器空時，再從rfbuf中取8位，而rfbuf中數據的裝入是由中斷引發的。在位模式下，每次只是從rfbuf寄存器的最低位取數據，當此位數據發送出去后，再從rfbuf最低位取，發送一位產生一個中斷，通知rfbuf裝載一位新的數據。在位模式下，移位寄存器在每次傳輸完成后會下載rfbuf.0，此時產生中斷。在字節模式中，傳輸速度快，每傳輸一個字節會引起一次中斷，適合系統需求，故選擇字節模式。利

37、用smartrf studio來配置rf電路參數。cc1010結構配置軟件：smartrf studio是chipcon公司專門為rf芯片量身定做的配置軟件。配置界面如圖2.13所示。通過chipcon公司提供的windows界面下使用的smartrf studio軟件，cc1010芯片對于不同的應用場合能配置出最佳性能。smartrf studni將根據用戶輸入的各項參數給出所有必需的cc1010芯片配置信息，這些16進制數作為cc1010芯片的配置信息將被輸入到微控制器中。為使用戶能夠得到最好的性能，設計時可使用可編程組態寄存器，具體可編程的關鍵參數如下： 接收和發射模式； rf輸出功率電

38、平； 頻率合成關鍵參數（如rf輸出頻率，fsk調制頻率分離偏差,晶振基準頻率）； 低功耗模式； 基準振蕩器在低功耗模式中啟動或關閉； 數據速率和數據形式選擇等。圖2.13 smartrf studio配置界面數據收發過程：rf配置參數選好后，即可按選定的參數進行收發，其具體的收發過程如下：當在字節模式下傳輸一個數據時，緩沖區按選定的波特率依次移位到調制器中。當移位寄存器空時，它將從rfbuf中取一個新的字節，繼續移位，此時產生一個中斷，rfbuf裝入新的字節。rfbuf寄存器的內容在移位寄存器取走之后仍然沒有變化。如果在移位寄存器讀取下一個字節之前，沒有裝入新的字節，則它將從rfbuf中重新裝

39、入相同的字節。例如當傳送一個包含0和1的字節的前導字節時，則只需裝入前導符一次，并等待一定數目的周期，等待移位寄存器下載一定數目的前導字符進行發送。非常重要的一點是在傳輸的最后，當最后一個數據幀的字節載入移位寄存器時，中斷產生了，但此時它還沒有傳輸。所以不能關閉傳輸鏈的任一部分。為了確保能夠完成傳輸，通常在字節模式下額外傳兩個字節或在位模式下額外傳兩位。當接收數據時，過程與傳送類似。2.3.4 系統電源設計在實際應用中，5v電源比較常見，又由于本電路需要3.3v的工作電壓，故在此電路中設計了一個電壓轉換模塊。將5v電壓轉換為3.3v電源的方案有：國家半導體的lm3940、lm2937-3.3等

40、。本設計中選用lm2937-3.3將輸入的vcc直流電穩壓到典型值3.3v供單片機使用，電路圖如圖2.14所示。圖2.14 電壓轉換電路圖芯片lm2937-3.3把從1引腳輸入的5v電壓轉換為3.3v并從3引腳輸出。本設計中c28、c29、c30、c31、c32、r41、r42對電源穩壓處理時起到穩壓作用。2.3.5 系統晶體振蕩電路在硬件設計中，由于涉及到adc的絕對采樣速率和產生一個標準uart波特率的需要，所以采用外部晶體來實現外部振蕩器。主時鐘可以通過將一個晶體或陶瓷諧振器并接xtal1和xtal2而得到這種配置需要將xoscmd設置為110以直接使用晶體頻率或設置為111以允許二分頻

41、器并且要根據晶體頻率等有效負載電容和晶體的等效串連電阻esr來設置xfcn。負載電容應接到模擬地平面，還應該注意晶體振蕩器反向器的反饋電阻已在片內提供不需要外接電阻應查詢oscxcn中的xtlvld晶體振蕩器有效位或用該位產生中斷判斷晶體振蕩器頻率是否穩定一旦xtlvld變為高電平clksl oscicn.3可以被置1以使用外部振蕩器作為系統時鐘。晶體振蕩電路在微控制系統中非常重要，它決定了整個微控制系統能否穩定地工作。外部振蕩器電路可以驅動外部晶體、陶瓷諧振器、電容或rc網絡。本系統中c7、c8c9、c10、y1、y2與單片機18、19、20、21引腳構成時鐘電路，如圖2.15所示。圖2.1

42、5 外部晶振電路xosc_q1和xosc_q2為芯片時鐘信號接口引腳，可接324mhz的外部晶振。為了得到更好的芯片使用性能，本系統對晶振y1、y2分別采用14.7456mhz，32.786khz。外部振蕩器電路可以驅動外部晶體、陶瓷諧振器、電容或rc網絡。也可以使用一個外部cmos時鐘提供系統時鐘。對于晶體和陶瓷諧振器配置，晶體/陶瓷諧振器必須接到xtal1和xtal2引腳。外部振蕩器由外部振蕩器控制寄存器oscxcn來進行配置。系統時鐘可以自由地在內部振蕩器和外部振蕩器之間進行切換。并且也可以在選擇內部振蕩器時讓外部振蕩器保持在允許狀態，這樣可以避免在系統時鐘被切換到外部振蕩器時的啟動延遲

43、。外部振蕩器具有很高的可配置性，為系統設置者提供了多種選擇。時鐘信號可以從外部cmos電平時鐘源、晶體或陶瓷諧振器、rc組合電路或外部電容獲得。內部振蕩器本身的功耗與所選擇的頻率無關，但是整個器件的功耗與所選擇的頻率有關，隨著工藝、供電電壓及溫度的不同，內部振蕩器的精度在20% 。外部cmos時鐘為系統時鐘可以由一個接到xtal1腳的外部cmos電平時鐘源提供，例如晶體振蕩器模塊或來自另一個微控制器的時鐘；外部晶體通常在需要一個精確的時鐘信號才會選擇晶體，例如adc的絕對采樣速率比較關鍵或需要用于產生一個標準uart波特率時。一個替換方案是用一個低頻率的晶體例如32.768khz晶體，使器件工

44、作在低功耗方式，當系統需要時，再切換到高頻率的內部振蕩器；外部rc時間基準還可以通過一個外部串連rc電路獲得。該信號經過緩沖后被送到一個二分頻器的輸出作為系統時鐘。2.3.6 串口通信設計串行通信中，只有通信雙方采用相同的接口標準，才能進行正常通信。由于不同的設備串行接口的信號線定義、電氣規格等特性都不盡相同，因此要是這些設備能夠相互連接，需要一個統一的串行通信接口。rs-232接口（又稱eiars-232-c）是目前最常用的一種串行通訊接口。rs232接口是pc機的通用接口，也是目前最常用的串行接口標準，廣泛用于計算機之間、計算機與外設之間的數據通信。在本系統電路設計中，cc1010芯片的p

45、3.0與p3.1引腳用來與pc機的并行端口建立連接，中間要通過電壓轉換，因為收發模塊的工作電壓選擇了3.3v，而pc機的串口需要5v電平。其功能是完成對芯片內部的32kb flash的編程工作，當程序在pc機上調試通過后，通過此接口就可以把程序完整地下載到flash中去。數據通信方式有兩種，即并行數據通信和串行數據通信。通常根據信息傳送的距離決定采用哪種通信方式。并行數據通信是指數據的各位同時進行傳送（發送或接受）的通信方式，其優點是傳送速度快；缺點是數據有多少位，就用多少根傳送線。串行數據通信指數據是一位一位順序傳送的通信方式。它的突出優點是只需一對傳送線，其缺點是傳送速度低。串行通信的傳送

46、方式通常有三種：第一種為單工配置，如圖2.16所示。只允許數據向一個方向傳送；第二種是半雙工配置，如圖2.17所示。允許數據向兩個方向中的任一方向傳送，但每次只能有一個站發送；第三種傳送方式是全雙工配置，如圖2.18所示。允許同時雙向傳送數據。圖2.16 單工方式 圖2.17半雙工方式 圖2.18 全雙工方式所謂“串行通信”是指外設和計算機之間使用一根數據信號線（另外需要地線，可能還需要控制線）,數據在一根數據信號線上一位一位地進行傳輸，每一位數據都占據一個固定的時間長度。這種通信方式使用的數據線少，在遠距離通信中可以節約通信成本，當然，其傳輸速度比并行傳輸慢。由于cpu與接口之間按并行方式傳

47、輸，接口與外設之間按串行方式傳輸，因此，在串行接口中，必須要有“接收移位寄存器”（串并）和“發送移位寄存器”（并串）。典型的串行接口的結構如2.19所示5。圖2.19 串行接口結構圖在數據輸入過程中，數據一位一位地從外設進入接口的“接收移位寄存器”，當“接收移位寄存器”中已接收完1個字符的各位后，數據就從“接收移位寄存器”進入“數據輸入寄存器”。cpu從“數據輸入寄存器”中讀取接收到的字符。（并行讀取，即d7d0同時被讀至累加器中）。“接收移位寄存器”的移位速度由“接收時鐘”確定。在數據輸出過程中，cpu把要輸出的字符（并行的）送入“數據輸出寄存器”，“數據輸出寄存器”的內容傳輸到“發送移位寄

48、存器”，然后由“發送移位寄存器”移位，把數據一位一位地送到外設。“發送移位寄存器”的移位速度由“發送時鐘”確定。接口中的“控制寄存器”用來容納cpu送給此接口的各種控制信息，這些控制信息決定接口的工作方式。“狀態寄存器”的各位稱為“狀態位”，每一個狀態位都可以用來指示數據傳輸過程中的狀態或某種錯誤。例如，用狀態寄存器的d5位為“1”表示“數據輸出寄存器” 空，用d0位表示“數據輸入寄存器滿”，用d2位表示“奇偶檢驗錯”等。cc1010中有兩個串行接口，分別是串口0（uart0）和串口1（uart1），可通過寄存器scon0和scon1來控制，數據緩沖寄存器分別為sbuf0和sbuf1。通過定時

49、器1來控制串口0（uart0）的波特率，uart0主要用于電路調試，也可用作普通的串行接口通信。在使用串口前，需要對一些引腳進行配置，詳細如表2.1 所示。表2.1 串口（uart）配置串口0（uart0）和串口1（uart1）在發送數據和接收數據中都有4種模式。除串行口0和1外，spi口也是cc1010的eeprom與外界通信的一個串行接口，它通過主時鐘可以編程實現3mhz的數據傳輸。p0.0、p0.1和p0.2分別為spi口的sck、mosi（數據輸出）和miso（數據輸入）。在使用時，需要對端口方向進行設置，miso的方向為輸入，mosi的方向為輸出，sck的方向為輸出。可以通過以下代碼

50、對spi口進行設置：p0dir& = 0xfc; /sck、mosi 設置為輸出p0dir | = 0x04; /miso 設置為輸入spi口同串口一樣，通過一個特殊功能寄存器控制spi口通過spcr來控制。當spcr.spr為1時，spi開始工作。在8位數據發送或接收時，通過圖2.20可以知道spcr.dord控制數據的順序（spcr.dord=0，數據有0位到7位傳送；spcr.dord=1，數據由7位到0位傳送）；spcr.cpol控制sck時鐘極性；spcr.cpha控制時鐘狀態；spcr.spr控制數據的傳輸速率。圖2.20 spi時序spdr是spi口的數據緩沖器，在寫過程中spd

51、r通過spcr設置、控制；在讀數據的過程中會將數據放入緩沖器spdr，直到數據全部讀完。spdr為8位寄存器，能緩存8位數據。由于本系統是對溫度信號進行處理所以為了抗干擾rs232接口采用電容匹配方式。其電路實現方式如圖2.21所示。其中pcb圖見附錄pcb圖中的u3部分。單片機cc1010是整個系統的核心，單片機通過ad1（8051adc輸入1）引腳將溫度傳感器lm61將采集的模擬信號接收，并進行a/d轉換，再將數據通過串口p3.0（串口輸入rxd0）、p3.1（串口輸出txd0）經max3232轉換成rs232電平上位機傳輸。rs232的數據線有2根：發送數據線txd和接收數據線rxd與邏

52、輯地線5結合起來工作，可以實現全雙工或半雙工的信息傳輸信號是從dte角度說明的，在dte一方引腳2定義為rxd，引腳3定義為txd為了使dce能很好地與dte配合，協同進行發送與接收工作，在dce一方引腳2定義為txd，引腳3定義為rxd，實現正確地傳輸。 rs-232是目前最常用的串行接口標準，用于計算機與計算機之間，計算機與外設之間的數據通信。該標準的目的是定義數據終端設備(dte)之間的電氣特性。rs-232提供了單片機與單片機、單片機與pc機之間串行數據通信的標準接口。圖2.21 rs232電路圖當作為數據發送模塊時，通過rs232串行接口與上位機相連時須經電平轉換，將ttl電平轉換為

53、rs232電平。系統用max3232芯片達到電平轉換目的。max3232芯片可以用作單片機與單片機之間、單片機與pc機串行口之間的符合rs232串行接口電路。只要將待進行串行傳輸的設備發送和接收端相應的接上，編程即可。如果要實現單片機和pc機之間的數據傳輸，則應在pc機的程序中加入設立數據緩沖區的程序，數據緩沖區的大小和待傳輸的數據幀有關。max3232具有功耗低、工作電源為單電源，外接電容僅為0.1uf，接收器輸出為三態ttl/cmos等優越性，為雙組rs-232接收發送器，工作電源為+3.3v，波特率高，僅需外接0.1f的電容。其價格低，可以在一般需要串行通信的系統中使用。max3232主

54、要由三部分組成：電壓倍增器、rs-232接收器、rs-232發送器。max3232可以用作單片機和單片機之間、單片機和pc機串行口之間的符合rs-232串行接口電路。無線數據傳輸模塊接口為9腳排線插座，其引腳信號功能如表2.2所示。表2.2 計算機9芯串口引腳信號功能cc1010單片機中有兩個串行接口，分別是串口0（uart0）和串口1（uart1），可通過寄存器scon0和scon1來控制，數據緩沖寄存器分別為sbuf0和sbuf1。通過定時器1來控制串口0（uart0）的波特率，uart0主要用于電路調試，也可用作普通的串行接口通信。max3232芯片的結構和引腳都非常簡單。max232的

55、引腳t1in、t2in、r1out、r2out為接ttl/cmos電平的引腳。引腳t1out、t2out、r1in、r2in為接rs-232電平的引腳。因此ttl/cmos電平的r1out 和t1in與cc1010單片機相連時只需與單片機的rxd0（p3.0）和txd0（p3.1）相連即可。與之對應的rs-232c電平的t1out、t2out應接pc機的接收端rd； r1in、r2in應接pc機的發送端td。第三章 系統的軟件設計3.1 軟件體系結構概述軟件設計是無線數據傳輸系統設計的一項主要內容。根據系統功能要求，以便系統硬件電路為基礎進行系統軟件設計。為了使設計的軟件功能明確、閱讀、調試方

56、便、可靠性好，本設計采用結構化的程序設計方法來進行系統軟件設計。系統主程序流程圖如圖3.1所示。本系統軟件程序主要包括無線傳輸系統主程序、模數轉換程序及串口通信程序。以硬件電路為基礎，根據設計要求，基于cc1010的溫度傳感器數據傳送板系統所完成的功能為： a/d轉換； 以系統硬件相結合，實現單片機與計算機之間數據的傳輸；圖3.1 主程序流程圖3.2 cc1010芯片a/d轉換部分程序設計a/d采樣程序在單片機的主循環中運行，只要單片機處于空閑狀態，就不斷采樣設定通道的模擬信號，并將模擬信號轉換成數字信號。a/d轉換程序流程圖如圖3.2所示。圖3.2 a/d轉換程序流程圖adc是將連續的模擬信號轉換成適合數字處理的二進制數，通過參數設置改變cc1010單片機內嵌的3個10位adc在使用中的位。由adcon的1和0位可以選擇adc的輸入端口，輸入端口分布在61、62、63引腳，adcon的5和6位用于設置adc工作模式。如表3.1所示。本設計中選擇62引腳為adc輸入引腳，工作模式為全雙工模式。表3.1 adc寄存器3.3 系統收發部分程序設計3.3.1 編碼格式的設定cc1010采用了兩種編碼格式：非歸零編碼(nrz)和曼徹斯特編碼。 nrz編碼：高頻設為0，低頻設為1。通常nrz是外同步的，它的優點是速度快，但是易產生干擾，容易出