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1、毕业设计（论文）题 目数据采集与传输系统的设计与实现院 （系） 信息科学与工程学院电子系 专 业 电子信息工程 届 别 学 号 姓 名 指导老师 摘 要 由于电子技术的迅速发展，特别是单片机，以其高可靠性、高性能价格比，在工业控制系统、数据采集系统、智能化仪器仪表、办公自动化等诸多领域得到极为广泛的应用。在生产过程中有时需要多个单片机作为下位机直接对生产过程进行检测和控制，这就需要两机或多机间进行数据传输。 双机通讯主要是利用单片机内部的全双工串口的发送和接收功能，而简单的单片机串口通讯的传输距离较短，所以须经过调制解调器使传输距离增长。 单片机系统采集的信号有的是模拟电压信号、模拟电流信号、
2、PWM信号、数字逻辑信号等。现在，绝大多数传感器输出的信号都是模拟信号量，电流和电压。所以模拟信号的采集应用最为广泛，处理过程也相对复杂。相比于模拟信号PWM信号和数字逻辑信号的采集比较直接，单片机能够直接处理这类信号，无需额外的器件进行信号转换。系统采用单片机技术进行现场模拟电压采样处理并进行数据传输，将外部采进来的模拟信号转换成数字信号，经过调制、滤波、解调之后，在另一单片机最小系统板将采集的数据结果显示出来，完成了整个数据采集与传输过程。 系统具有发送端设定8 路顺序循环采集与指定某一路采集的功能。关键词：数字采集；单片机；A/D采样；调制；解调ABSTRACTAs electronic
3、 technology developing rapidly, with SCM high reliability, high performance and low cost in industrial control systems, Data Acquisition System, intelligent instrumentation, office automation and other areas to be extremely widely application . In the production process is necessary as a number of S
4、CM under the plan directly to the production process measurement and control sometimes, This requires two or more aircraft machine excharg data transmission. Communication is between the main microprocessor internal full-duplex serial transmit and receive functions, and simple microcontroller serial
5、 communication transmission distance short, it is required to make a modem transmission distance growth.SCM System Acquisition some of simulation, voltage signal simulation current signal, PWM signal, digital logic signal and so on. Now, the vast majority of the sensor output signals are analog volu
6、me, current and voltage signal. So analog signal acquisition is most widely used, the process is relatively complex. Compared to the analog PWM signal and digital logic signals in the collection of direct comparison, SCM can handle such direct signal without additional signal conversion device.SCM s
7、ystem uses simulation technology for on-the-spot sampling voltage processing and data transmission, external mining entered the analog signal into digital signals, after modulation, filtering and demodulation, In another microcomputer minimum system board will collect the data show, and completed th
8、e entire data collection and transmission. This system has set eight-way acquisition sequence and cycle path with a designated collection functions.Keyword：data collection;SCM(Single-chip microcomputer);analogue-digital conversion;modulation;demodulation.目 录第1章 绪论51.1课题研究的意义51.2 国内外研究现状61.3论文研究的内容7第
9、2章 设计方案提出9第3章系统硬件设计113.1 电源电路设计113.2时钟电路113.3LCD显示模块123.4数据采集与转换模块143.5无线传输模块153.5.1无线发送模块153.5.2无线接收模块153.6主要芯片介绍163.6.1 AT89S51芯片163.6.2 ADC0809芯片183.6.3 NRF24L01芯片20第4章 系统软件设计234.1系统工作总流程图234.2编码调制流程图234.3译码解调流程图24第5章 系统测试26结 论27致 谢28参考文献29附 录30 第1章 绪论1.1课题研究的意义 在数字技术飞速发展的今天，将各种模拟信号转化为数字信号并进行相应的处
10、理不仅可以提高系统性能还可以充分利用数字信号的各种处理算法来提高系统的灵活性和可靠性。随着单片机的运算速度的提高，在一些由单片机构成的较小系统中对信号进行实时处理己经成为可能，并且越来越受到人们的重视。这就要求作为最底层的数据采集系统既要具有很高的采样速率。又要能提供更丰富的原始数据信息。系统经常需要采集各种模拟量信号、数字量信号，并对它们进行相应的处理。 常规采集方案为：1）由单片机直接控制的采集方案。这是一种最简单最常用的控制方式，但是，由于每次采样都要有单片机的参与，占用了单片机的时间，影响了其数据处理的能力。并且对于多通道、多个A/D转换器的控制，当系统中要采集的信号量很多时 (特别是
11、各种信号量、状态量)，仅仅靠用普通MCU(微控制器或单片机)的资源往往难以完成任务。此时，一般只能采取多MCU联机处理模式，或者依靠其它芯片扩展系统资源来完成系统的监测任务。这样做不但增加了大量的外部电路和系统成本，而且大大增加了系统的复杂性，因而系统的可靠性就会受到一定的影响，这显然不是设计者所愿意看到的。2)由DMA控制的采集方案。此方案硬件电路复杂，若与单片机配合使用，需要单片机具有总线挂起功能(Hold功能)，否则还需要进行总线切换。在总线挂起的时候，单片机就不能访问外部存储器和外部端口，如果单片机要访问外部数据，也只能等待总线的释放，这样就带来很多不方便，也影响了数据的及时处理。 显
12、而易见，传统的设计思路不但要使用大量的外围芯片，而且需要主处理器直接去控制各种采集模块和控制模块，并完成各模块和通道的自检。因此，这种解决方案需要占用主处理器大量的 工/0资源和处理时间。然而，一般处理器的 工/0资源极其有限，而且又要求大量的汇编软件配合，这就使设计移植变得比较困难;此外，由于 工/0的频繁操作也不利于系统调度软件的设计和其他软件模块的实时执行，因而在现场更难以组成分布式控制管理系统。可见，如果采用传统的设计方法，不但使系统设计较为庞大，而且开发成本高、设计周期长、设计效率低。所以，传统的设计思路在远程多路数据采集系统中是不可取的。 随着工艺水平的进步，CPLD (Compl
13、ex Programmable Logic Device)/FPGA(Field Programmable Gate Array)等可编程器件的速度和规模都有T很大的提高，而且它们具有集成度高、体积小、功耗低、设计灵活等优势，这样就为利用可编程器件实现高速数字信号处理开辟了道路屯目前新一代的CPLD/FPGA等可编程器件，不仅在速度上能满足高速数字信号处理的要求，而且可编程资源也大大增加，在系统级集成方面也能满足需要，从而提高了系统的灵活性和适应性。因此，在开发周期较短或对系统灵活性要求较高的情况下，FPGA/CPLD能够提供比专用高速数字信号处理器件更高的系统速度和更好的解决方案。1.2 国
14、内外研究现状数据采集系统起始于20世纪50年代，由于数据采集测试系统具有高速性和一定的灵活性，可以满足众多传统方法不能完成的数据采集和测试任务，因而得到了初步的认可。 大约在60年代后期，国外就有成套的数据采集设备产品进入市场，此阶段的数据采集设备和系统多属于专用的系统。20世纪70年代中后期，随着微型机的发展，诞生了采集器、仪表同计算机溶为一体的数据采集系统。由于这种数据采集系统的性能优良，超过了传统的自动检测仪表和专用数据采集系统，因此获得了惊人的发展。从70年代起，数据采集系统发展过程中逐渐分为两类，一类是实验室数据采集系统，另一类是工业现场数据采集系统。就使用的总线而言，实验室数据采集
15、系统多采用并行总线，工业现场数据采集系统多采用串行数据总线。20 世纪80年代随着计算机的普及应用，数据采集系统得到了极大的发展，开始出现了通用的数据采集与自动测试系统。该阶段的数据采集系统主要有两类，一类以仪器仪表和采集器、通用接口总线和计算机等构成。 例如:国际标准ICE625(GPIB)接口总线系统就是一个典型的代表。 这类系统主要用于实验室，在工业生产现场也有一定的应用。 第二类以数据采集卡、标准总线和计算机构成，例如：STD总线系统是这一类的典型代表。这种接口系统采用积木式结构，把相应的接口卡装在专用的机箱内，然后由一台计算机控制。第二类系统在工业现场应用较多。这两种系统中，如果采集
16、测试任务改变，只需将新的仪用电缆接入系统，或将新卡再添加到专用的机箱即可完成硬件平台重建。显然，这种系统比专用系统灵活得多。20世纪80年代后期，数据采集系统发生了极大的变化。工业计算机、单片机和大规模集成电路的组合，用软件管理，使系统的成本降低，体积减小，功能成倍增加，数据处理能力大大加强.20世纪90年代至今，在国际上技术先进的国家，数据采集技术已经在军事、 航空电子设备及宇航技术、工业等领域被广泛应用。 由于集成电路制造技术的不断提高，出现了高性能、高可靠性的单片数据采集系统（DAS）。目前有的DAS产品精度已达16位，采集速度每秒达到几十万次以上。数据采集技术已经成为一种专门的技术。
17、在工业领域得到了广泛的应用。该阶段数据采集系统采用更先进的模块式结构，根据不同的应用要求，通过简单的增加和更改模块，并结合系统编程，就可扩展或修改系统，迅速地组成一个新的系统。该阶段并行总线数据采集系统向高速、模块化和即插即用方向发展。 典型系统有VIX总线系统。PCI、PXI总线系统等，数据位已达到32位总线宽度，采样频率可以达到100MSps。由于采用了高密度,屏蔽型,针孔式的连接器和卡式模块,可以充分保证其稳定性及可靠性,但其昂贵的价格是阻碍它在自动化领域普及的一个重要因素。 但是，并行总线系统在军事等领域取得了成功的应用。串行总线数据采集系统向分布式系统结构和智能化方向发展，可靠性不断
18、提高。数据采集系统物理层通信，由于采用RS485、双绞线、电力载波、无线和光纤，所以其技术得到了不断发展和完善。其在工业现场数据采集和控制等众多领域得到了广泛的应用。由于目前局域网技术的发展，一个工厂管理层局域网，车间层的局域网和底层的设备网已经可以有效地连接在一起，可以有效地把多台数据采集设备联在一起，以实现生产环节的在线实时数据采集与监控。1.3文研究的内容数据采集与传输系统是一种模拟量测量设备，其任务是把信号送入计算机或相应的信号处理系统，根据不同的需要进行相应的计算和处理。它将模拟量采集、转换成数字量后，再经过处理得出所需的数据。同时还利用用计算机将得到的数据惊醒储存、显示和打印，以实
19、现对某些物理量的监视，其中一部分数据还将被用作生产过程中的反馈控制量。本文介绍的是一种基于以ATMEL 公司89C51单片机为核心,采用ADC0809 8位串行A/ D 转换器构成的采样系统。被测电压经ADC0809循环采样后的数字信号送入AT89C51单片机，然后经过无线发射端NRF24l10把数据发送出去。接收端则由另一个NRF24l10接收，经过单片机的解码，最后送入LCD中显示出模拟数据。 第2章 设计方案提出在通信过程中，多路信号要传输，为使它们能够区别，选用不同频率的载波信号。在测量中，通常噪声含有各种频率，将信号调制到某一个载波频率上，只让载波频率为中心的一个很窄的频带内的信号通
20、过，就可以有效的抑制噪声，这一过程称之为调制。在接收端，对已调制的信号恢复出原来的信号的过程称之解调。简单的解调方式有非相干解调（检波）。非相干解调方法是信号通过一个检波二极管，再经过一低通滤波器就可以获得原始的模拟信号，优点是降低接收机成本，提高整机的通信可靠性。根据题目的基本要求，可将其划分如下几个部分：1)8路模拟信号采集2)对数据进行AD转换处理3)二进制数字调制4)二进制数字解调5)接收端采集结果显示分析一下信道与信噪比情况。本题中码元传输速率为16kbps,而信号被限在3050kHz的范围内，属于典型的窄带高速绿数字通道。基带信号的带宽为Bm=16kHz,经调制后能量主要分布在2B
21、m=32kHz的频带内（功率频谱密度的主瓣），而噪声近似为043kHz(1/Ts)45%)的窄带百噪声因此经过带宽仅为20kHz的信道后信号与噪声的能量损比较大，而且两者大致相当。根据香农公式C=Blog2(1+S/N)知，信号和噪声幅度比值为3：1时，信噪比约为9，信道传输信息的极限能力约为66.5kbit/s;幅度比值为1：1时，传输极限能力为40kbit/s。方案一：常用的数字调制系统有ASK、FSK、PSK等。其中FSK具有较强的抗干扰能力，但其要求的带宽最宽，频带利用率低，所以首先排除。ASK理论上虽然可行，但在本题中由于一个码元内只包括约两个周期的载波，所以采用报络检波法难以调解，
22、也不可行。PSK调制和调试都比较困难。特别是由于本题中载波的频率非常低，几乎可与基带信号相比拟，一个码元只包括约两个周期的载波，载波的提取和跟踪非常困难，因此解调设备的制作和调试会比较困难，短时间内很难完成。方案二：直接利用NRF24L01无线传输模块进行调制与解调。 nRF24.L01是一款新型单片射频收发器件,工作于2.4 GHz2.5 GHz ISM频段。内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器、调制器等功能模块,并融合了增强型ShockBurst技术，其中输出功率和通信频道可通过程序进行配置。 发送端调制器将数据的发射频率跳到某个适当频率后发送到无线信道中进行传输。接收端调制器则将天线接
23、收的数据解调后得到基带信号，然后将数据送到单片机中进行数字处理。综上所述，第二种方案有以下优点：1.实现方法简单，避免了PSK解调时复杂的载波提取和位同步提取电路2.有足够的定位信息，直流漂移较少。3.系统具有比较宽的数据传输范围：16- 48kbps。虽然已调信号的带宽已超过了信道的3dB带宽范围，但是由于已调信号的大部分能量仍然在信道的带宽范围内，所以对于正确解调影响不大. 图2.1系统原理设计图 第3章系统硬件设计3.1 电源电路设计电源电路为整个电路提供电源，是电路设计不可缺少的一部分。电源电路的稳定性决定着整个电路的可靠程度。在本设计中，整个电路需要+5V电源。从简单方便，便于携带出
24、发，外部电源电路是用4节5号电池组成的直流串联电路。外部电路电压不会过高，因此可以避免特殊情况下对系统的损坏。然后电压经过三端集成稳压器7805稳压后输出正5V直流电源。电源电路图如下图图 3.1电源原理图 此外NRF24L01需要3.6V的电压进行供电，所以不能对它直接供电。因此要在三端集成稳压7805和NRF24L01之间加入AM1117进行降压。经过AM1117的降压后输出适合NRF24L01的3.6V电压。32时钟电路时钟电路用于产生单片机工作所需要的时钟信号，单片机本身就是一个复杂的同步时序电路，为了保证同步工作方式的实现，电路应在唯一的时钟信号控制下严格地按时序进行工作。在MCS-
25、51芯片内部有一个高增益反相放大器，其输入端为芯片引脚，输出端为引脚，在芯片的外部跨接晶体振荡器和微调电容，形成反馈电路和微调电容，形成反馈电路，就构成了一个稳定的自激振荡器。此电路采用6MHz的石英晶体。时钟电路如图3.2所示。 图3.2 时钟电路3.3 LCD液晶显示器模块 将单片机的P2-7端口连接RS，控制LCD的寄存器。单片机的P2-6端口连接RW，读写信号。单片机的P2-5端口连接E(或EN)端，控制使能(enable)端。而单片机的P0端口则连接LCD的7到14端口，进行数据信息的显示。 图3.3.1LCD显示电路在这里简单介绍下1602液晶。1602液晶也叫1602字符型液晶它
26、是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块它有若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符。每位之间有一个点距的间隔每行之间也有间隔起到了字符间距和行间距的作用，正因为如此所以他不能显示图形。n1602LCD是指显示的内容为16X2,即可以显示两行，每行16个字符液晶模块（显示字符和数字）。n目前市面上字符液晶绝大多数是基于HD44780液晶芯片的，控制原理是完全相同的，因此基于HD44780写的控制程序可以很方便地应用于市面上大部分的字符型液晶。 1602采用标准的16脚接口，其中：第1脚：VSS为电源地。第2脚：VDD接5V电源正极。第3脚：V0为液
27、晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高（对比度过高时会 产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度）。第4脚：RS为寄存器选择，高电平1时选择数据寄存器、低电平0时选择指令寄存器。第5脚：RW为读写信号线，高电平(1)时进行读操作，低电平(0)时进行写操作。第6脚：E(或EN)端为使能(enable)端。第714脚：D0D7为8位双向数据端。第1516脚：空脚或背灯电源。15脚背光正极，16脚背光负极。 图3.1.2 LCD引脚1602液晶模块内部的字符发生存储器（CGROM)已经存储了160个不同的点阵字符图形，这些字符有：阿拉伯数字、英文字母的大小写
28、、常用的符号、和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码，比如大写的英文字母“A”的代码是01000001B（41H），显示时模块把地址41H中的点阵字符图形显示出来，我们就能看到字母“A”。 因为1602识别的是ASCII码，试验可以用ASCII码直接赋值，在单片机编程中还可以用字符型常量或变量赋值，如A。 以下是1602的16进制ASCII码表地址： 读的时候，先读左边那列，再读上面那行，如：感叹号！的ASCII为0x21，字母B的ASCII为0x42（前面加0x表示十六进制） 以下是1602的16进制ASCII码表地址： 图3.3.3 LCD对应码表3.4数据采集与转换模块数据采集模块采
29、用ADC0809模数转换器和89C51控制数据采集。被测电压为05V通过电位器调节的直流电压；A/D变换器采用芯片ADC0809，ADC0809为8位8通道输入的A/D变换器，具有8位分辨率，最大不可调误差小于满足题目所提出的精度和速度要求。用单片机作为系统的控制核心，接收来自ADC0809的数据，并利用单片机内置的专用串行通信电路将数据进行并-串转换后输出至调制器；单片机通过接口芯片与键盘相连，由键盘控制采集方式是循环采集或选择采集。 图3.4.1 8路电压信号采集部分 图3.4.2 AD转换部分3.5 无线传输模块 发送模块 数据采集模块将数据传输至发射端单片机89C51中，经过单片机对数
30、据的处理后，将数据传送至无线传输模块的发送端NRF24L01中，发送端调制器将数据的发射频率调整到某个适当频率后发送到无线信道中进行传输。将单片机的P0的8个端口与NRF24L01的8个引脚相连，控制数据的传输。而开关s1与s2 则控制系统的循环检测与指定某一路的电压检测的功能。按下S1一次，则计数加1。按下s2一次，则计数减1。图3.5.1 发射模块电路接收模块NRF24L01将数据接收过来之后传给接收端单片机，NRF24L01的6个引脚与单片机的P3的6个引脚相连，控制数据的接收。单片机的P0引脚与LCD液晶相连，控制LCD显示传输数据。图3.5.2 接收模块电路3.6主要芯片介绍3.6.
31、1 AT89S51芯片 AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C单
32、片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。外形及引脚排列如图所示 AT89C51 提供以下标准功能：4k 字节Flash 闪速存储器，128字节内部RAM，32 个I/O 口线，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。 管脚说明VCC：供电电压。GND：接地。P0口：P0口为一个8
33、位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P0口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的低八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须接上拉电阻。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为低八位地址接收。P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收
34、，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口
35、将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，P3.0 RXD（串行输入口）P3.1 TXD（串行输出口）P3.2 /INT0（外部中断0）P3.3 /INT1（外部中断1）P3.4 T0（记时器0外部输入）P3.5 T1（记时器1外部输入）P3.6 /WR（外部数据存储器写选通）P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的低位字节。在FLASH编程期间，此引脚
36、用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。/EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程
37、序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。 3.6.2 ADC0809芯片 ADC0809是CMOS工艺8通道，8位逐次逼近式A/D模数转换器。其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换。是目前国内应用最广泛的8位通用A/D芯片 。ADC0809是CMOS单片型逐次逼
38、近式A/D转换器，内部结构如图所示，它由8路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8位开关树型A/D转换器、逐次逼近寄存器、逻辑控制和定时电路组成 。ADC0809芯片有28条引脚，采用双列直插式封装，如图所示。下面说明各引脚功能。IN0IN7：8路模拟量输入端。2-12-8：8位数字量输出端。ADDA、ADDB、ADDC：3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路ALE：地址锁存允许信号，输入，高电平有效。START： A/D转换启动脉冲输入端，输入一个正脉冲（至少100ns宽）使其启动（脉冲上升沿使0809复位，下降沿启动A/D转换）。EOC： A/D转换结束信号，输出，当A/D转换结束时
39、，此端输出一个高电平（转换期间一直为低电平）。OE：数据输出允许信号，输入，高电平有效。当A/D转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。CLK：时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于640KHZ。REF（+）、REF（-）：基准电压。Vcc：电源，单一+5V。GND：地。 转换数据的传送 A/D转换后得到的数据应及时传送给单片机进行处理。数据传送的关键问题是如何确认A/D转换的完成，因为只有确认完成后，才能进行传送。为此可采用下述三种方式。ADC0809工作过程首先输入3位地址，并使ALE=1，将地址存入地址锁存器中。此地址经译码选通8路模拟输入之一到比较器。START上升
40、沿将逐次逼近寄存器复位。下降沿启动 A/D转换，之后EOC输出信号变低，指示转换正在进行。直到A/D转换完成，EOC变为高电平，指示A/D转换结束，结果数据已存入锁存器，这个信号可用作中断申请。当OE输入高电平 时，输出三态门打开，转换结果的数字量输出到数据总线上。 （1）定时传送方式对于一种A/D转换器来说，转换时间作为一项技术指标是已知的和固定的。例如ADC0809转换时间为128s，相当于6MHz的MCS-51单片机共64个机器周期。可据此设计一个延时子程序，A/D转换启动后即调用此子程序，延迟时间一到，转换肯定已经完成了，接着就可进行数据传送。（2）查询方式A/D转换芯片由表明转换完成
41、的状态信号，例如ADC0809的EOC端。因此可以用查询方式，测试EOC的状态，即可确认转换是否完成，并接着进行数据传送。（3）中断方式把表明转换完成的状态信号（EOC）作为中断请求信号，以中断方式进行数据传送。 3.6.3 NRF24L01无线传输模块nRF24.L01是一款新型单片射频收发器件,工作于2.4 GHz2.5 GHz ISM频段。内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器、调制器等功能模块,并融合了增强型ShockBurst技术，其中输出功率和通信频道可通过程序进行配置。nRF24L01功耗低,在以-6 dBm的功率发射时，工作电流也只有9 mA;接收时，工作电流只有12.3 mA
42、，多种低功率工作模式(掉电模式和空闲模式)使节能设计更方便。 nRF24L01的封装及引脚排列如图1、2所示。各引脚功能如下： 引脚说明1CE：使能发射或接收;CSN，SCK，MOSI，MISO：SPI引脚端，微处理器可通过此引脚配置nRF24L01：IRQ：中断标志位;VDD：电源输入端;VSS：电源地：XC2，XC1：晶体振荡器引脚; 引脚说明2VDD_PA：为功率放大器供电，输出为1.8 V;ANT1,ANT2：天线接口;IREF：参考电流输入。 工作原理发射数据时，首先将nRF24L01配置为发射模式：接着把接收节点地址TX_ADDR和有效数据TX_PLD按照时序由SPI口写入nRF2
43、4L01缓存区，TX_PLD必须在CSN为低时连续写入，而TX_ADDR在发射时写入一次即可，然后CE置为高电平并保持至少10s，延迟130s后发射数据;若自动应答开启，那么nRF24L01在发射数据后立即进入接收模式，接收应答信号（自动应答接收地址应该与接收节点地址TX_ADDR一致）。如果收到应答，则认为此次通信成功，TX_DS置高，同时TX_PLD从TX FIFO中清除;若未收到应答，则自动重新发射该数据(自动重发已开启)，若重发次数(ARC)达到上限，MAX_RT置高，TX FIFO中数据保留以便再次重发;MAX_RT或TX_DS置高时，使IRQ变低，产生中断，通知MCU。最后发射成功
44、时,若CE为低则nRF24L01进入空闲模式1;若发送堆栈中有数据且CE为高，则进入下一次发射;若发送堆栈中无数据且CE为高，则进入空闲模式2。接收数据时,首先将nRF24L01配置为接收模式，接着延迟130s进入接收状态等待数据的到来。当接收方检测到有效的地址和CRC时，就将数据包存储在RX FIFO中，同时中断标志位RX_DR置高，IRQ变低，产生中断，通知MCU去取数据。若此时自动应答开启，接收方则同时进入发射状态回传应答信号。最后接收成功时，若CE变低，则nRF24L01进入空闲模式1。 第4章 系统软件设计4.1系统工作总流程图为实现8路数据的采集和单向传输，在发送端和接收端各用一片
45、可以精确设定波特率的89C51单片机，控制数据采集、通信和结果显示；通信方式为整个系统的软件设计分为发送端和接收端两个部分。在发送端，要完成ADC的读取和控制、信号的调制发送等。接收端负责信号解调显示等.图4.1 系统工作总流程图4.2编码调制流程图当要求的数据传输速率较低（24kbps）时，对原始数据模仿PSK处理（下面有具体分析），方法如下：“1”用“1010”（0相位两个周期的方波）表示“0”用“0101”（相位两个周期发方波）表示其中传输编码后数据的频率为96kHz,这样上述编码调制方法能传输的最大码元速率为24kbps。当要求的数据传输速率大于24kbps时，对原始数据处理的方法如下
46、：“1”用“10”（0相位一个周期的方波）表示“0”用“01”（相位一个周期发方波）表示即进行Manchester编码。编码调制程序初始化当前信息码元速率读入欲传输的数据当前信息速率为低速率？数据按“11010，00101”规则编码数据按“110，001”规则编码将第9位TB8也按相同的规则编码，生成的4位数据依次插入到刚生成的四字节之尾以96k的波特率发送编码后的四字节数据等待发送完毕YN图4.2 编码调制流程图4.3译码解调流程图 译码器以96k的波特率读数，读得的第一字节为帧头则将已读数据清0。译码时当当前信息速率为低速率时，以读取数据小于4字节时则根据相位译成2位二进制数并储存最后位（用于译RB8），然后译出的数据组合成1字节同时译出RB8，当以读入数据大于4字节则显示错误返回程序首；当当强信息速率为高速率时，以读取数据小于2字节时则根据相位译成4位二进制数并储存最后一位（用于译PB8），然后将译出数据组合成1字节同时译出PB8。最后以当前的信源速率输出译出的数据。译码解调程序初始化以96k的波特率读入一字节编码数据
