最新版毕业设计论文(多路无线遥控开关设计)(3)

关于无线遥控的开关,主要设计采用单片机平台

3 硬件电路的设计

3.1 C805lF310微控制器

图3.1 C8051F310原理框图

C8051F310单片机具有体积小，重量轻，控制灵活方便，价格低廉等优点，通常配以简单的外围电路就可以构成一个完整的控制系统，C8051F310单片机采用射频SoC（片上系统）进行无线通讯设计，是开发低成本、低功耗无线通讯应用系统的理想方案。射频SoC（片上系统）的特点是：专门的设计，将全部的高频部分电路全部集成到了电路内部，从无线芯片片机到天线之间，只有简单的滤波电路，系统设计者完全不必进行任何高频电路设计；采用特殊设计，使无线芯片和微处理器和高频线路间，实现完美的配合，数字电路对高频通讯的影响减低到最小；将微处理器和无线芯片设计成一体，变成无线单片机，可以轻松完成无线通讯功能设计开发。

C8051F31x系列MCU在CIP-51内核和外设方面有几项关键性的改进，提高了整体性能，更易于在最终应用中使用。扩展的中断系统向CIP-51提供14个中断源（标准8051只有7个中断源），允许大量的模拟和数字外设中断微控制器。一个中断驱动的系统需要较少的MCU干预，因而有更高的执行效率。在设计一个多任务实时系统时，这些增加的中断源是非常有用的。

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图3.2 C8051F310实物图

MCU有多达8个复位源：上电复位电路（POR）、一个片内VDD监视器（当电源电压低于VRST时强制复位）、一个看门狗定时器、一个时钟丢失检测器、一个由比较器0提供的电压检测器、一个软件强制复位、外部复位输入引脚和FLASH读/写错误保护复位。除了POR、复位输入引脚及FLASH操作错误这三个复位源之外，其他复位源都可以被软件禁止。在一次上电复位之后的MCU初始化期间，WDT可以被永久性使能。内部振荡器在出厂时已经被校准为24.5MHz±2%。器件内还集成了外部振荡器驱动电路，允许使用晶体、陶瓷谐振器、电容、RC或外部时钟源产生系统时钟。如果需要，时钟源可以在运行时切换到外部振荡器。外部振荡器在低功耗系统中是非常有用的，它允许MCU从一个低频率（节电）外部晶体源运行，当需要时再周期性地切换到高速（可达25MHz）的内部振荡器。

图3.3 片内时钟和复位电路

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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。这三种无线单片机各有自己的特点，chipcon公司的cc1010有32kbyte Flash+2048+128 SRAM，三通道A/D 10位转换器，64线TQFP封装，传输通讯速度 76.8k bit/s , 片上具有：RTC/2UART/2PWM/SPI/26个I/O/DES加密电/看门狗电路等等，高频部分全部集成在芯片上，工作在300-1000mhz, 最小的功率消耗仅0.2uA；小量价格在50人民币/每片左右。Nordic的nRF24E1工作在2.4GHZ，nRF9E5工作在433MHZ和868-930MHZ，虽然Nordic的无线单片机存储器较小，只有4K，但由于采用较好的电源管理方式最小的功率消耗仅2.0uA；，并采用快速的SHOCKBURST技术，传输通讯速度 100k bit/s在国内购买，小量价格在40人民币/每片。

图3.4 32脚LQFP封装和28脚MLP封装的比较

C8051F3l0是完全集成的混合信号片上系统型MCU芯片。下面列出了一些主要特性，高速、流水线结构的8051兼容的CIP一51内核(可达25MIPS);全速、非侵入式的在系统调试接口(片内);带模拟多路器、真正10位 200ksPs的25通道单端/差分ADC;高精度可编程的25MHz内部振荡器;16KB可在系统编程的FLASH存储器;片内RAM;硬件实现的SMBus/hC、增强型UART和增强型SPI串行接口;4个通用的16位定时器;具有5个捕捉/比较模块和看门狗定时器功能的可编程计数器/定时器阵列(PCA);片内上电复位、VDD监视器和温度传感器;片内电压比较器;29/25个端口阳(容许sv输入)。

具有片内上电复位、VDD监视器、看门狗定时器和时钟振荡器的C8051F310是真正能独立工作的片上系统。FLASH存储器还具有在系统重新编程能力，可用于非易失性数据存储，并允许现场更新8051固件。用户软件对所有外设具有完全的控制，可以关闭任何一个或所有外设以节省功耗。片内SiliconLabs二线(C2)开发接口允许使用安装在最终应用系统上的产品MCU进行非侵入式(不占用片内资源)、全速、在系统调试。调试逻辑支持观察和修改存储器和寄存器，支持断点、单步、运行和停机命令。在使用CZ

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进行调试时，所有的模拟和数字外设都可全功能运行。两个CZ接口引脚可以与用户功能共享，使在系统调试功能不占用封装引脚。每种器件都可在工业温度范围(一45℃到+85℃)内用2.7v一3.6V的电压工作。端口ST和JTAG引脚都容许SV的输入信号电压。C8051F3l0采用32 脚 LQFP 封装和 28 脚 MLP 封装。

C805lF310使用SiliconLabs的专利CIP一51微控制器内核。CIP一51与MCS一slTM指集完全兼容，可以使用标准的汇编器和编译器进行软件开发。CIP一51采用流水线结构，与标准的8051结构相比指令执行速度有很大的提高。C805IF3lx系列MCU在CIP一51内核和外设方面有几项关键性的改进，提高了整体性能，更易于在最终应用中使用。扩展的中断系统向CIP一51提供14个中断源(标准8051只有7个中断源)，允许大量的模拟和数字外设中断微控制器。一个中断驱动的系统需要较少的MCU干预，因而有更高的执行效率。在设计一个多任务实时系统时，这些增加的中断源是非常有用的。MCU有多达8个复位源:上电复位电路(POR)、一个片内VDD监视器 (当电源电压低于呱ST时强制复位)、一个看门狗定时器、一个时钟丢失检测器、一个由比较器提供的电压检测器、一个软件强制复位、外部复位输入引脚和FLASH读/写错误保护复位。除了POR、复位输入引脚及FLASH操作错误这三个复位源之外，其他复位源都可以被软件禁止。内部振荡器在出厂时已经被校准为24.SMHz士2%。器件内还集成了外部振荡器驱动电路，允许使用晶体、陶瓷谐振器、电容、RC或外部时钟源产生系统时钟。如果需要，时钟源可以在运行时切换到外部振荡器。外部振荡器在低功耗系统中是非常有用的，它允许MCU从一个低频率(节电)外部晶体源运行，当需要时再周期性地切换到高速(可达25MHz)的内部振荡器。

3.2 CC1101通信模块的设计 3.2.1 CC1101模块简介

图3.5 CC1101芯片实物图

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图3.6 CC1101内部结构简化框图

芯片采用Chipcon公司的CC1101，是根据 SmartRF 技术以0.18μmCMOS工艺制成的一款低成本单片UHF收发器，具有功耗低、电压低、体积小、灵敏度高等特点。电路主要工作在 315、433、868 和 915MHz 的 ISM 和 SRD（短距离设备）频率波段，也可以设置为300～348MHz、400～464MHz 和 800～928MHz 的其它频率。CC1101集成了一个高度可配置的调制解调器，支持不同的调制格式，其数据传输率最高可达 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。CC1101在1.8～3.6V的低电压下工作，其灵敏度为-110dBm，在所有工作频率波段上，可编程输出功率为-30～10dBm。CC1101单片集成电路的内部结构简化框图如图3.6所示。

图3.7 MCU与CC1101接口电路示意图

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图3.8 无线通信模块电路原理图

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