基于单片机自动无线抄表系统设计-毕业论文

摘要长期以来，水电供应部门对用户电表、水表、煤气计量都来用传统的手工抄表方式，该方法费时、费力，缺乏准确性和及时性，不利于供应部门进行更深层次的分析和管理决策，在行业信息化过程之中，户表数据的自动化抄送具有非常重大的意义。本设计从硬件、软件两大角度对无线抄表系统进行全面设计。其中，硬件设计包括：单片机最小系统、数据显示模块、数据采集模块、信号发射模块和串行通信等部件的设计。软件设计包括主程序、显示程序、脉冲计数器子程序、键盘程序、串行通信子程序这五大模块。通过硬件电路和软件设计协调工作完成了系统所要求的所有功能。硬件电路采用CC400单片集成无线收发芯片和89C51单片机为核心，配以适当的外围电路，手持机具有键盘和LED显示功能，并可通过串口将抄得数据传给计算机。软件设计采用汇编语言对整个系统进行编程。本系统适用于电、气、热表的无线抄收。通过构建自动抄表系统，使电力公司和物业管理部门大大提高了工作效率和经济效益，而且从根本上解决了入户抄表收费给用户和抄表人员带来的麻烦，同时也避免了不必要的纠纷。关键词：单片机；CC400；LEDAbstractAbstract:Ithasbeenalongtimethatsupportdepartmentadoptedtraditionalmethodtoreadthedatafromammeter,waterandmeter,thiswaycostsalotoftimeandforce,lackveracityandpunctuality.Itisn'tconvenienttoanalyseandvider.withmoreandmoredeparmentsrelyoninformationtechnologytoday,Itisveryimportanttoreaddatafrommeterbyautomaticmeans.Thedesignofhardware,software,twowirelessmeterreadingsystemintermsofoveralldesign.Amongthem,thehardwaredesigninclude:thesmallestsingle-chipsystems,datadisplaymodule,dataacquisitionmodule,signaltransmission,suchasserialcommunicationmoduleandthedesignofcomponents.Softwaredesign,includingthemainprogram,displayprogram,pulsecountersubroutine,keyboardprocedures,serialcommunicationsubroutinethesefivemodules.Throughthehardwarecircuitandsoftwaredesignofthesystemtocoordinatethecompletionofallthefeaturesrequired.CC400hardwaresingle-chipintegratedcircuitchipwirelesstransceiverand89C51single-chipmicrocomputerasthecore,withappropriateexternalcircuitry,handsetwithakeyboardandLEDdisplay,andthroughtheserialdatawillbecopiedtothecomputer.Softwaredesignusingassemblylanguageprogrammingtotheentiresystem.Thesystemappliestoelectricity,gas,wirelessCollectingheat.Throughtheconstructionofautomaticmeterreadingsystemstopowercompaniesandpropertymanagementsectorgreatlyenhancedtheefficiencyandcost-effectiveandfundamentalsolutiontothehousemeterreadingandmeterreadingchargestotheuserthetroubleofstaff,butalsotoavoidtheunnecessarydisputes.Keywords：Single-ChipMicrocomputer；CC400；LED

目录TOC\o"1-3"\f\h\z第1章绪论 11.1引言 11.2无线抄表应用系统应用的意义 11.3无线抄表应用系统的总体方案设计 2第2章无线抄表应用系统的硬件设计 52.1信号发射装置的硬件设计 52.1.1信号发射装置硬件设计方案论证 52.1.2信号发射装置的单片机最小系统设计 52.1.3对CC400和AT89C51芯片的介绍 62.1.4信号采集 112.1.5信号存储及转换 132.1.6看门狗电路 132.1.7CC400和89C51接口电路 172.2手持机硬件装置电路设计 192.2.1手持机硬件装置电路设计方案论证 192.2.2手持机装置电路的单片机最小系统设计 192.2.3信号接收模块 192.2.4按键电路 202.2.5显示电路模块 212.2.6串行通信口电路 25第3章无线抄表应用系统软件设计 273.1计算机语言 273.2主程序设计 293.2.1信号发射装置主程序设计 293.2.2信号接收装置（手持机）主程序设计 303.3子程序设计 313.3.1软件脉冲计数器子程序设计 313.3.2键盘子程序设计 323.3.3显示子程序设计 333.3.4串行通信子程序设计 34第4章程序清单 354.1信号发射系统程序清单 354.2信号接收系统（手持机）程序清单 37第5章结论 44参考文献 45致谢 47附录 48绪论引言长期以来，“三表”数据抄送问题一直是相关供应部门非常想解决但又得不到切实解决的问题。在行业信息化过程之中，户表数据的自动化抄送具有非常重大的意义，因为户表数据是相关行业销售过程中最原始的数据，这个数据的准确度和及时性直接影响了行业内部其他信息化水平。传统的手工抄表费时、费力，准确性和及时性得不到可靠的保障，这导致了相关营销和企业管理类软件不能获得足够详细和准确的原始数据。一般手工抄表都按月抄表，对于用户计量来说是可行的，但对于相关供应部门进行更深层次的分析和管理决策却不够。以PIC单片机为核心，以无线电波作为信息传递的媒介，在电表的基础上把水、煤气的测量加上把三表集成为一体。物业部门的主控机与下位单片机之间可实现双向无线传递数据。一方面将购费额及其他信息传人单片机，另一方面又将存储器中的耗能数据以及仪表工作状态等信息传给物业管理部门，单片机根据处理后的数据情况向限电、限气装置发出开或关的指令。物业部门通过接收装置接收信息并把相关数据显示在界面上，以PIC单片机为核心进行数据采集及处理和控制。无线抄表应用系统应用的意义随着科学技术的不断发展，电力系统也逐渐信息化。电表数据抄送的准确性、及时性，直接影响电力系统的信息化发展水平、甚至管理决策和经济效益等，所以，构建一个无线抄表应用系统就显得十分有意义，也是行业单位迫切想要解决的问题。该系统适用于电、气、热表的无线抄收。该系统以无线收发芯片和单片机为核心，配以适当的外围电路，手持机具有键盘和显示功能，并可通过串口将抄得数据传给计算机。通过构建自动抄表系统，使电力公司和物业管理部门大大提高了工作效率和经济效益，而且从根本上解决了入户抄表收费给用户和抄表人员带来的麻烦，同时也避免了不必要的纠纷。

无线抄表应用系统的总体方案设计该无线抄表应用系统，大体上由四个基本部分构成：（1）传感器元件；（2）信号调整部分；（3）信号发射模块；（4）信号接收模块。其整体原理框图如下图1所示：图1.1整体设计原理框图各部分的主要组成及功能：（1）传感器元件：本设计采用红外反射式光电传感器，它由红外发射管和红外光敏管组成，如下图2所示：当表盘转一周，在刻线处反射红外光信号，从而接收一个光脉冲信号。图1.2电传感检测框图（2）信号调整：信号调整部分由脉冲计数器和信号转换器组成，脉冲计数器用来计数一定时间内传感器送来的总的脉冲个数，信号转换器将总的脉冲信号个数通过信号转换，转换成总的用电量，然后传送给信号发射模块。其基本框图3如下所示：图1.3信号调整（3）信号发射部分：该部分的主要功能是把经过信号调整后、并通过发射模块的外围电路，将已变换成所需要的电信号传送给CC400芯片并利用天线以电磁波的形式发射出去。如图1.4所示：图1.4信号发射模块（4）信号接收部分：如图1.5所示：图1.5信号接收模块信号接收部分，本设计采用的是无线接收方式，信号接收部分主要由接收电路，键盘控制电路，单片机（89C51），时钟电路，USB接口电路和显示电路组成，键盘控制电路主要用来控制对数据的显示和清零等，显示电路主要用来显示总的用电量，CC400芯片在接收模式中,CC400是被配置成传统的外差式接收机。

无线抄表应用系统的硬件设计对于无线抄表应用系统的硬件设计分成，信号发射部分硬件设计和手持机的硬件设计两部分。信号发射装置的硬件设计信号发射装置硬件设计方案论证该信号发射装置，以无线收发芯片CC400和单片机（89C51）为核心，配以适当的外围电路，如图2.1所示，光电传感器不断的检测信号并转换成脉冲信号，同时将脉冲信号传递给89C51，89C51的主要作用是计数，并将脉冲信号数转换成用电量，并传给CC400，CC400将用电量信号发射出去，X5043是一个看门狗芯片。图2.1信号发射装置系统硬件设计结构图信号发射装置的单片机最小系统设计本设计将采用的CC400是ChipconCompononts公司推出的单片可编程RF收发芯片,它集成了高频发射、高频接收、PLL合成、FSK调制/解调以及可编程控制等多种功能。MCS-51系列的89C51，主要用到89C51内部数据存储器，运算器，控制器。以下就各主要功能模块简要介绍。对CC400和AT89C51芯片的介绍对CC400芯片的介绍本设计将采用的CC400是ChipconCompononts公司推出的单片可编程RF收发芯片,它集成了高频发射、高频接收、PLL合成、FSK调制/解调以及可编程控制等多种功能。CC400是基于Chipcon''sSmartRF技术的单片、可编程、半双工UHF收发芯片,电路主要工作在ISM频段（418MHz和433MHz）,但也能够被编程工作在其它频段（如：300MHz～500MHz）。CC400主要的工作参数能够经由一个串行接口编程来设定,这使得它容易被使用并且具有很大灵活性。在其典型的应用中,CC400将与一个微控制器和少数几个外接元件一起被使用。它的工作频率为300MHz～500MHz,灵敏度为-112dB,输出功率可编程到25mW,可进行FSK调制,数据速率可达9.6kb/s,并可在2.7～3.3V低电源下工作。CC400在计算机遥测遥控、安防、无线数据发射/接收等系统中得到广泛的使用。如图2.2图2.2CC400芯片引脚图CC400采用SSOP-28封装,各引脚功能如下：1、7、8、13、14脚AVDD：模拟回路电源；2、3、4、10、11、17脚AGND：模拟回路地；5脚RF-IN：射频输入；6脚RF-OUT：射频输出；9脚VCO-IN：压控振荡器输入；12脚CHP-OUT：充电泵输出；15、16脚XOSC-Q1/Q2：外接晶振输入/输出端；18、20脚DGND：数字回路地；19LOCK：同步信号输出;21、22脚DVDD：数字回路电源；23脚DIO：数字输入/输出;24脚CLOCK：时钟输入；25脚PDATA：编程数据输入;26脚STROBE；选通脉冲输入;27脚IF-IN：IF输入；28脚IF-OUT：IF输出。对AT89C51芯片的介绍AT89C51有PDIP，PLCC，TQFP三种封装方式，其中最常见的就是采用40PIN封装的双列直接PDIP封装。芯片共有40个引脚，引脚的排列顺序为从靠芯片的缺口（如图2.3所示）左边那列逆时针数起，依次为1，2，3，4。。。40，其中芯片的1脚顶上有一个凹点（如图2.3所示）。在单片机的40个引脚中，电源引脚2根，外接晶体振荡器引脚2根，控制引脚4根以及4组8为可编程I/O引脚32根。AT89C51是带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（EPEROM）的低电压、128*8字节RAM、高性能CMOS8位微处理器（俗称单片机）。该单片机与工业标准的MCS－51型机的指令集和输出引脚兼容。AT89C51将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，为很多嵌入式控制提供了灵活性高且价格低廉的方案。以下将对其各个引脚及功能做简单的介绍，如图2.3所示。图2.389C51芯片引脚图引脚说明：

①电源引脚

Vcc（40脚）：典型值＋5V。

Vss（20脚）：接低电平。

②外部晶振

X1、X2分别与晶体两端相连接。当采用外部时钟信号时，X2接振荡信号，X1接地。

③输入输出口引脚：

P0口：I/O双向口。作输入口时，应先软件置“1”。

P1口：I/O双向口。作输入口时，应先软件置“1”。

P2口：I/O双向口。作输入口时，应先软件置“1”。

P3口：I/O双向口。作输入口时，应先软件置“1”。

④控制引脚：

RST/Vpd、ALE/-PROG、-PSEN、-EA/Vpp组成了MSC-51的控制总线。

RST/Vpd（9脚）：复位信号输入端（高电平有效）。

第二功能：加+5V备用电源，可以实现掉电保护RAM信息不丢失。ALE/-PROG(30脚）：地址锁存信号输出端。

第二功能：编程脉冲输入。-PSEN（29脚）：外部程序存储器读选通信号。

-EA/Vpp(31脚）：外部程序存储器使能端。

第二功能：编程电压输入端（+21V）。

98c51外部引脚：（可以直接拷入ASM程序文件中，作注释使用，十分方便）89C51单片机的P口特点：

P1口：P1口是一个8位双向I/O端口，其中P1.2～P1.7引脚带有内部上拉电阻，P1.0和P1.1要求外部上拉电阻。P1.0和P1.1还分别作为片内精密模拟比较器的同相输入(AIN0)和反相输入(AIN1)。P1口输出缓冲器可吸收20mA电流，并能直接驱动LED显示。

对端口写1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可作输入口。P2口作输入口使用时，因为内部有上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流（Iil）。P3口：P3.0～P3.5、P3.7是带有内部上拉电阻的7个双向I/O端口。P3.6用于固定输入片内比较器的输出信号并且它作为一通用I/O口引脚而只读。P3口输出缓冲器可吸收20mA电流。对端口写1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可作输入口。P3口作输入口使用时，因为内部有上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流（Iil）。

AT89C51单片机的P口特点：

P0口：是一个8位漏极开路输出型双向I/O端口。作为输出端口时，每位能以吸收电

流的方式驱动8个TTL输入，对端口写1时，又可作高阻抗输入端用。在访问外部程序或数据存储器时，它是时分多路转换的地址（低8位）/数据总线，在访问期间将激活内部的上拉电阻。

P1口：P1口是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O端口。P1口的输出缓冲器可驱动

（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。对端口写1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可作输入口。P2口作输入口使用时，因为内部有上拉电阻，那些被外部信号

拉低的引脚会输出一个电流（Iil）。

P2口：P2口是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O端口。P2口的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。对端口写1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可作输入口。P2口作输入口使用时，因为内部有上拉电阻，那些被外部信号

拉低的引脚会输出一个电流（Iil）。

在访问外部程序存储器时和16位外部地址的外部数据存储器（如执行MOVX@DPTR）

时，P2口送出高8位地址。在访问8位地址的外部数据存储器（如执行MOVX@RI）时，

P2口引脚上的内容（就是专用寄存器(SFR)区中的P2寄存器的内容），在整个访问期间不会改变。

P3口：P3口是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O端口。P3口的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。对端口写1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可作输入口。P3口作输入口使用时，因为内部有上拉电阻，那些被外部信号

拉低的引脚会输出一个电流（Iil）。

在稳定的状态条件下Io低被外部限制如下：

1、每个管脚的最大IOL15mA注85规格

2、每个8位口的最大IOL26mA

3、IOL输出最大总和71mA

4、如果IOL超过测试条件VOL可能会超过相应规格不能保证超过测试电流

内部单元：

运算器：

1、算术／逻辑部件ALU：用以完成+、-、*、/的算术运算及布尔代数的逻辑运算，并通过运算结果影响程序状态寄存器PSW的某些位，从而为判断、转移、十进制修正和出错等提供依据。

2、累加器A：在算术／逻辑运算中存放一个操作数或结果，在与外部存储器和I/O接口打交道时，进行数据传送都要经过A来完成。

3、寄存器B：在*、/运算中要使用寄存器B。乘法时，B用来存放乘数以及积的高字节；除法时，B用来存放除数及余数。不作乘除时，B可作通用寄存器使用。

4、程序状态标志寄存器PSW：用来存放当前指令执行后操作结果的某些特征，以便为下一条指令的执行提供依据。Cy：进位标志。有进位或借位，则Cy＝1,否则Cy＝0；在布尔运算时，Cy（简称C）作为布尔处理器。

AC：辅助进位标志位。

F0：用户标志位：用户可用软件对F0置位“1”或清“0”，以决定程序的流向。

OV：溢出标志位：当运算结果溢出时，OV为“1”，否则为“0”。

D.1：未定义。

P：奇偶校验位：当累加器A中的“1”的个数为奇数时，P置“1”，否则P置“0”。

控制器：

1、指令寄存器IR和指令译码器。

2、程序计数器：存放CPU执行下一条指令的地址。是一个16位寄存器，可寻址64KB。

3、堆栈指针SP：用于子程序调用和中断处理。机器复位后，SP←#07H，因此压入的第一个数据在08H单元中。

4、数据指针寄存器DPTR：16位的寄存器，也可以作为两个8位寄存器DPH和DPL。DPTR主要作外部数据指针，可对64KB外部RAM进行间接寻址。

MCS-51由包括PC在内的22个特殊功能寄存器，它们除有各自的名称外，还有唯一的地址，离散的分布在片内RAM中的80H～FFH共128个存储单元中。在这128个储存单元构成的SFR块中，未被占用的单元不可使用。信号采集传感器是以一定的精度和规律把被测量转换为与之有确定关系的、便于应用的某种物理量的测量装置。传感器通常由三部分组成：敏感元件：接感受被测量，输出与被测量成确定关系。转换元件：感应元件的输出就是转换元件的输入，它把输入转换成电量参量。转换电路：转换元件输出的电量信号转换为便于处理、显示、记录或控制的有用的电信号的电路。实际上，有些传感器很简单，一个敏感元件(兼转换元件)就可以组成；有些传感器很复杂。大多数传感器是开环系统,也有些是带反馈的闭环系统。有些传感器由敏感元件和转换元件组成，没有转换电路,如压电式加速度传感器，其中质量块是敏感元件，压电片(块)是转换元件。有些传感器转换元件不只一个，要经过若干次转换。传感器的分类：按传感器的工作机理，分为物理型、化学型和生物型。按传感器的构成原理，分为结构型和物性型两大类。按传感器的能量转换情况，分为能量控制型和能量转换型。按传感器的物理原理，分为电参量式传感器、压电式传感器、磁电式传感器、光电式传感器、气电式传感器、热电式传感器、射线式传感器、波式传感器、半导体式传感器、其他原理传感器。按传感器的输出量，可分为模拟式传感器和数字式传感器。按转换过程是否可逆，分为双向传感器、单向传感器。有时也把传感器分为机械式传感器等。CD4093简介：他由4个施密特触发器构成。每个触发器有一个2输入与非门。当正极性或负极性信号输入时，触发器在不同的点翻转。正极性(VP)和负极刑(VN)电压的不同之处由迟滞电压(VH)确定。信号采集电路图如下图2.3所示图2.4光电传感检测电路 本设计利用光电传感器，在抄表系统中，可以在机械表的转盘上作一黑色标记，由于表盘对红外线有反射能力，而黑色标记无反射能力，则当转盘旋转至对准光电开关的发射、接收孔时，光敏三极管通过电流，从而使CD4093的输出vo为高电平;反之，当黑条转至发射、接收孔时，VO=O。应用电路如图2.3所示。因此，表盘每转一周传感器就可输出一个电脉冲，表盘不断地旋转，V0便输出脉冲序列，供系统采集。通过采集模块对电脉冲的记数，就可计算出电能的多少。信号存储及转换信号的存储和转换主要由89C51来完成，如下图2.4所示：图2.5传感器和89C51的接口电路89C51的P2.0口不断检测是否有电平变化（0变），只要有1电平的变化89C51内部计数器就自动加1，就这样不停的检测并计数，同时将在一定时间内的计数值同过简单的算法（指计数器值和用电量之间的转变）转变成用电量数据并存储，当CC400发出信号时就将用电量数据传递给CC400。看门狗电路本设计采用的X5043是一种集看门狗、电压监控和串行EEOROM三种功能于一身的可编程电路。这种组合设计减少了电路对电路板空间的需求。功能X5043有四种功能:（1）上电复位：上电时，当电源电压超过门槛电压，经过约200ms稳定后，由低电平变为高电平。（2）看门狗定时器：定时时间可编程设定。在定时时间内，若信号一直没发生变化，则立即产生低电平，延时约200ms后，再由低电平变为高电平。（3）电压监控：当电源电压低于预先设置的最小门槛电压后，立即由高电平变为低电平并一直保持到电源电压超过预先设置门槛电压为止。（4）串行EEPROM：串行EEPROM为512*8位，采用四线总线工作，每次最多可连续写16个字节的数据。工作原理（1）指令X5043有6条指令，6条指令都以最高有效位在前方式传送。READ和WRITE指令中位3（A8）是X5043的EEPROM高地址位。当A8=0时，EEPROM地址范围为000H～0FFH，当A8=1时，EEPROM地址范围为100H～1FFH。表2.1X5043指令系统表指令名指令格式操作WREN00000110设置写使能锁存器(允许写操作)WRDI00000100复位写使能锁存器(禁止写操作)RDSR00000101读状态寄存器WRSR00000001写状态寄存器READ0000A8011从所选地址开始的E2PROM中读出数据WRITE0000A8010把数据写入所选地址开始的E2PROM中（2）状态寄存器表2.2X5043的状态寄存器76543210XXWD1WD0BL1BL0WELWIPWIP位为只读位，当WIP=0时，表示没有进行写操作，此时可向EEPROM中写数据。当WIP=1时，表示正在进行写操作，此时不能向EEPROM中写数据。WEL位表示写使能锁存器的状态。当WEL=0时，禁止向EEPROM中写数据。BL1和BL0为可编程位，确定EEPROM的块保持地址范围。块保护地址范围内的EEPROM数据可被读出，但无法写入。WD1和WD0为可编程位，确定看门狗定时器定时时间。表2.3BL0、BL1与块地址范围关系BL1BL0块保护地址范围00无01180H～1FFH01100H～1FFH11000H～1FFH表2.4WD0、WD1与定时时间的关系WD1WD0定时时间001.4s01600ms10200ms11禁止WRSR指令可以对状态寄存器中的WD1、WD0、BL1和BL0进行设置，RDSR指令可以了解WEL、WIP的状态。（1）读时序从EEPROM中读数据的操作为：①=0；②发送8位的读（READ）指令（其中A8为EEPROM高地址位）；③发送EEPROM低8位地址；④将该地址EEPROM中数据移到SO线上。继续提供时钟脉冲，可连续读出下一地址空间数据，每移出一个字节数据后，EEPROM地址计数器自动加1。值得注意的是：当地址为0FFH时，地址计数器加1指向100H，到最后地址1FFH时，地址计数器加1回到000H，无限循环下去，直到CS=1，终止读操作。（2）在写时序前,必须先发WREN指令使WEL=1。写数据到E2PROM中的操作为：①=0；②发送8位的写(WRITE)指令(其中A8为EEPROM高地址位)；③发送E2PROM低8位地址；④将待写的数据移到SI线上。在同一页(XXXXX0000～XXXXX1111)上，继续提供时钟脉冲，可连续写数据到下一地址，每移入一个字节数据后，EEPROM地址计数器自动加1。值得注意的是：当最低4位地址为1111时，移入一个字节数据后，地址计数器加1，回到同一页的0000地址。若此时再移入一个字节数据，先前写入的数据可能被覆盖，故每次最多可连续写16个字节数据，若要继续写数据，要设置EEPROM另一页面地址。=1，终止写操作。X5043中的看门狗对系统提供了保护功能。当系统发生故障而超过设置时间时，电路中的看门狗将通过信号向CPU作反应。X5043提供了三个时间值，供用户选择使用。它所具有的电压监控功能还可以保护系统免受低电压的影响，当电源电压降到允许范围以下时，系统将复位，直到电源电压返回到稳定值为止。X5043的存储器与CPU可通过串行通信方式接口，共有4096个位，可以按512*8个字节来放置数据。X5043与89C51接口电路如图2.5所示：图2.6X5043和89C51接口电路CC400和89C51接口电路图2.7CC400与89C51的接口有关参数：为使用在不同应用中得到较好的性能,ChipconComponents公司提供给CC400用户一个SmartRFStudio（Windows界面）的软件,SmartRFSurdio将根据用户的不同选择,产生设置CC400工作状态所需8个16进制的数据。这8个16进制的数据必须输入到与CC400连接的微控制器中,可通过3线数字串行接口输入到CC400的可编程的寄存器中,从而完成对CC400工作状态的设置。图中A为发射装置接口电路，B为接收装置（手持机）接口电路。以下为一些可编程的关键参数：1.接收和发射模式;2.RF输出功率电平;3.功率放大器工作类型（A、AB、BorC）;4.频率合成关键参数（RF输出频率,FSK调制频率分离偏差,晶振基准频率）;5.低功耗/高功耗模式;6.基准振荡器在低功耗模式中导通或截止（当在导通时,较短的频率同步器启动时间被完成）;7.使用片上的滤波器,IF能够设置为60kHz,200kHz或455kHz,使用外接滤波器;8.数据速率可选;9.另外SmartRFStudio将提供给用户PLL回路和输入/输出匹配电路所需的元件参数。接口电路：CC400与89C51的接口如图2.7中所示。图2.8CC400编程时序89C51的3个I/O口与CC400串行接口（PDATASTROBE和CLOCK）相连,1个串行数据输入口RXD（或输出口TXD）与CC400的DIO端相连,（用来进行数据的发送和接收）,一个输入端用来监视同步信号（LOCK）,当PLL在锁定状时,LOCK输出逻辑高电平。完成CC400的一个完整设置需要发送8个16位一帧的数据其编程时序如图3所示,在每一个写周期,每帧16位数据被发送在PDATA上,Bit15、Bit14、Bit13是地址位（000～111共八个地址）,Bit15是地址的最高位（MSB）并作为第一位发送,Bit0是最低位（LSB）。在PDATA上的位数据（Bit15～Bit0）是在CLOCK的下降沿装入,当最后一位（Bit0）数据被装入即16位数据全部装入后,读取脉冲有效（从低变到高）;16位数据被输入到CC400芯片内的控制器,由它完成CC400的工作状态和设置。用2MHz的时钟速率,完成整个工作状态设置所需的时间少于100μs。手持机硬件装置电路设计手持机硬件装置电路设计方案论证该装置和信号发射装置相似，也是以无线收发芯片CC400和单片机（89C51）为核心，配以按键电路，显示电路，串行通信接口电路及适当的外围电路如图2.9所示：图2.9手持机信号发射装置系统硬件设计结构图CC400将接收到的数字信号传给单片机89C51，89C51将通过按键的控制将数据通过MAX7219驱动LED显示出来，X5043是看门狗芯片，MAX485是串行口通行芯片，通过MAX485将数据上报给主机。手持机装置电路的单片机最小系统设计本设计将采用的CC400是ChipconCompononts公司推出的单片可编程RF收发芯片,它集成了高频发射、高频接收、PLL合成、FSK调制/解调以及可编程控制等多种功能。MCS-51系列的89C51，主要用到89C51内部数据存储器，运算器，控制器。以下就各主要功能模块简要介绍。信号接收模块信号接收模块主要是以CC400为核心其外围电路和信号发射模块电路外围电路一样，本设计将采用的CC400是ChipconCompononts公司推出的单片可编程RF收发芯片,它集成了高频发射、高频接收、PLL合成、FSK调制/解调以及可编程控制等多种功能。CC400是基于Chipcon''sSmartRF技术的单片、可编程、半双工UHF收发芯片,电路主要工作在ISM频段（418MHz和433MHz）,但也能够被编程工作在其它频段（如：300MHz～500MHz）。CC400主要的工作参数能够经由一个串行接口编程来设定,这使得它容易被使用并且具有很大灵活性。在其典型的应用中,CC400将与一个微控制器和少数几个外接元件一起被使用。它的工作频率为300MHz～500MHz,灵敏度为-112dB,输出功率可编程到25mW,可进行FSK调制,数据速率可达9.6kb/s,并可在2.7～3.3V低电源下工作。因此只要将它编程成信号接收工作模式就行，这里就不再做详细介绍。按键电路按键按照结构原理可分为两类，一类是触点式开关按键，如机械式开关、导电橡胶式开关等；另一类是无触点式开关按键，如电气式按键，磁感应按键等。前者造价低，后者寿命长。目前，微机系统中最常见的是触点式开关按键。键盘与89C51单片机的接口电路如图2.10所示。图2.10键盘与89C51的接口电路按键按照接口原理可分为编码键盘与非编码键盘两类，这两类键盘的主要区别是识别键符及给出相应键码的方法。编码键盘主要是用硬件来实现对键的识别，非编码键盘主要是由软件来实现键盘的定义与识别。

全编码键盘能够由硬件逻辑自动提供与键对应的编码，此外，一般还具有去抖动和多键、窜键，保护电路。这种键盘使用方便，但需要较多的硬件，价格较贵，一般的单片机应用系统较少采用。非编码键盘只简单地提供行和列的矩阵，其它工作均由软件完成。由于其经济实用，较多地应用于单片机系统中。在本套设计中由于只需要3个功能键，此时，可采用独立式按键结构。独立式按键是直接用I/O口线构成的单个按键电路，其特点是每个按键单独占用一根I/O口线，每个按键的工作不会影响其它I/O口线的状态。独立式按键电路配置灵活，软件结构简单，但每个按键必须占用一根I/O口线，因此，在按键较多时，I/O口线浪费较大。独立式按键的软件常采用查询式结构。先逐位查询每根I/O口线的输入状态，如某一根I/O口线输入为低电平，则可确认该I/O口线所对应的按键已按下，然后，再转向该键的功能处理程序。该电路中的I/O口，采用P1口，系统设有3个按键，通过软件编程，实现对参数的设置。显示电路模块本设计采用的MAX7219芯片是一种集成化的串行输入/输出共阴极显示驱动器,它连接微处理器与8位数字的7段数字LED显示，也可以连接条线图显示器或者64个独立的LED。其上包括一个片上的B型BCD编码器、多路扫描回路，段字驱动器，而且还有一个8*8的静态RAM用来存储每一个数据。只有一个外部寄存器用来设置各个LED的段电流。一个方便的四线串行接口可以联接所有通用的微处理器。每个数据可以寻址在更新时不需要改写所有的显示。MAX7219同样允许用户对每一个数据选择编码或者不编码。整个设备包含一个150μA的低功耗关闭模式，模拟和数字亮度控制，一个扫描限制寄存器允许用户显示1-8位数据，还有一个让所有LED发光的检测模式。图2.11是MAX7219与89C51接口电路图。其中：

(1)DIN为串行数据输入端。当CLK为上升沿时，数据被载入16b内部移位寄存器。

(2)CLK为串行时钟输入端。其最大工作频率可达10MHz。

(3)LOAD为片选端，当LOAD为低电平时，芯片接收来自DIN的数据，接收完毕，LOAD回到高电平时，接收的数据将被锁定。(4)DIG0～DIG7为吸收显示器共阴极电流的位驱动线。其最大值可达500mA，关闭状态时，输出＋VCC。

(5)SEGA～SEGG，DP为驱动显示器7段及小数点的输出电流，一般为40mA左右，可软件调整，关闭状态时，接入GND。

(6)DOUT为串行数据输出端，通常直接接入下一片MAX7219的DIN端。MAX7219有5个工作状态寄存器，分别是译码方式选择、亮度调节、扫描位数设定、待机开关、显示器检测。除空指令外，7219的所有操作指令都是2个字节，前一个是操作代码，后一个是操作数。操作代码为“09H”，操作数为“0”或“0FFH”。选中“0”则不使用BCD译码器，在显示数字或符号时，按每段点亮与否编排传送码。而选中“0FFH”时，则按8421标准二进制编码来代表相应的显示数字。(1)扫描位数设定：

操作代码为“0BH”，操作数如表2.5所示。表2.5扫描位数设定操作数00H01H02H03H04H05H06H07H位数12345678如果所用的显示器少于8位，则应通过这条指令设置相应的位数。因为设置的位数如果比实际使用的位数大，就会形成“虚位”，而一旦对“虚位”进行操作，将会引起整个显示器的混乱，这是需要加以注意的。

另外，扫描位数的设置，会影响到扫描频率的变化，相应地，显示器亮度也会随着变化，所以应先确定扫描位数，再设置显示器亮度(2)待机开关

操作代码为“0CH”，操作数为“0”或“1”。

操作数为“0”，则显示器不工作(灭灯)，反之，显示器正常工作。待机状态下，7219的工作电流仅为150μA。(3)显示器检测

操作代码为“0FH”，操作数为“0”或“1”。

选择操作数为“1”时，可点亮整个显示器，通常用来检查数码管及连接电路是否存在故障。检测时，不会改变各位原有的显示数据，即检测完毕后，再送入不检测指令“0”，又可恢复显示原数据。

(4)位操作指令

位操作指令就是对8个数码管，显示内容的操作，也是2个字节，第1个字节是位的代码，如表2.6所示，第2个字节则根据译码方式的选择，来使用表1中的编码。表2.6位的代码位的代码01H02H03H04H05H06H07H08H位12345678需要说明的是，上述所有指令的输入，不分先后(但每个指令2个字节的秩序不能颠倒)。通常，前5条指令一般在上电初始化程序中加以设置，而在工作程序中，仅使用位操作指令即可。另外，MAX7219上电时，译码方式、亮度调节、扫描位数、待机开关、显示检测等5个控制寄存器全部归零。（5）与单片机的连接

MAX7219与51单片机的连接形式有2种，一种是将MAX7219的3个输入端DIN，CLK和LOAD与51单片机的任意3个端口连接；一种则是直接与51单片机的串行接口相连,本设计采用第一种连接方式。MAX7219与89C51的接口电路如图2.11所示：图2.11显示电路模块电路图如果将MAX7219的DIN接入单片机的RXD，CLK接入TXD，LOAD选任一口线，则可通过单片机串行口对MAX7219像对其他设备一样按模式0进行发送操作。但由于串行口数据缓冲寄存器SBUF为右移发送，所以MAX7219的所有命令和操作数与第一种方式相比均应反转，见表2.7～2.11，注意表2.8中操作数的最低位D0为小数点。表2.7操作数一览表操作数代码90H50HD0H30HF0H操作内容译码方式亮度选择扫描位数待机开关显示检测表2.8反转后译码与不译码的比较显示内容0123456789——EHLP黑屏使用BCD码00H80H40HC0H20HA0H60HE0H10H90H50HD0H30HB0H70HFH0不用BCD码7EH0CHB6H9EHCCHdAHFAH0EHFEHDEH80HF2HECH70HE6H00H表2.9反转后亮度调节操作数00H80H40HC0H20HA0H60HE0H10H90H50HD0H30HB0H70HFH0驱动电流1/323/325/327/329/3211/3213/3215/3217/3219/3221/3223/3225/3227/3229/3231/32表2.10反转后扫描位数操作数操作数00H80H40HC0H30HA0H60HE0H扫描位12345678表2.11反转后位的代码位的代码00H80H40HC0H20H6HE0H10H位12345678串行通信口电路由于RS—232—C接口标准出现较早，难免有不足之处，主要有以下四点：

接口的信号电平值较高，易损坏接口电路的芯片，又因为与TTL电平不兼容故需使用电平转换电路方能与TTL电路连接；传输速率较低，在异步传输时，波特率为20Kbps；接口使用一根信号线和一根信号返回线构成共地的传输形式，这种共地传输容易产生共模干扰，所以抗噪声干扰性弱；传输距离有限，最大传输距离标准值为50英尺，实际上只能用在50米左右。

针对RS—232—C的不足，RS—485具有以下特点：

RS—485的接口信号电平比RS—232—C低，不易损坏接口电路的芯片，而且该电平与TTL电平兼容，可方便与TTL电路连接；RS—485的数据最高传输速率为10Mbps；RS—485接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗噪声干扰性好；RS—485接口的最大传输距离标准值为4000英尺，实际上可达3000米，且RS—232—C接口在总线上只允许连接1个收发器，而RS—485接口在总线上是允许连接多达128个收发器，这样用户可以利用单一的RS—485接口方便地建立起设备网络。

在工业控制领域，数据采集与传输是经常性的工作，\o"RS-485货源和PDF资料"RS-485协议通信由于采用差分方式接收，对共模干扰抑制能力强，故广泛应用于工业控制领域。MAX485接口芯片采用单一电源+5V工作，额定电流为300μA，采用半双工通讯方式。它完成将TTL电平转换为RS－485电平的功能。MAX485芯片的结构和引脚都非常简单，内部含有一个驱动器和接收器。RO和DI端分别为接收器的输出和驱动器的输入端，分别与89C51单片机的RXD和TXD相连即可；和DE端分别为接收和发送的使能端，当为逻辑0时，器件处于接收状态；当DE为逻辑1时，器件处于发送状态，因为MAX485工作在半双工状态，所以只需用单片机的一个管脚控制这两个引脚即可；A端和B端分别为接收和发送的差分信号端，当A引脚的电平高于B时，代表发送的数据为1；当A的电平低于B端时，代表发送的数据为0。在与单片机连接时接线非常简单，只需要一个信号控制MAX485的接收和发送即可。同时将A和B端之间加匹配电阻，一般可选120Ω的电阻。本设计采用的MAX485接口芯片是Maxim公司的一种RS－485芯片。如图2.12所示：图2.12串行通信接口电路无线抄表应用系统软件设计计算机语言计算机语言指用于人与计算机之间通讯的语言。计算机语言是人与计算机之间传递信息的媒介。计算机程序设计语言的发展，经历了从机器语言、汇编语言到高级语言的历程。计算机语言主要分为三类：低级语言、高级语言和专用语言。低级语言机器语言、汇编语言和符号语言。汇编语言源程序必须经过汇编，生成目标文件，然后执行。高级语言BASIC（Truebasic、Qbasic、VirtualBasic）、C、PASCAL、FORTRAN、智能化语言（LISP、Prolog）等等。高级语言源程序可以用解释、编译两种方式执行。通常用后一种。我们使用的C语言就是使用的后者。专用语言CAD系统中的绘图语言和DBMS的数据库查询语言。(1)机器语言机器语言是指一台计算机全部的指令集合。电子计算机所使用的是由"0"和"1"组成的二进制数，二进制是计算机的语言的基础。计算机发明之初，人们只能降贵于尊，用计算机的语言去命令计算机干这干那，一句话，就是写出一串串由"0"和"1"组成的指令序列交由计算机执行，这种计算机能够认识的语言，就是机器语言。使用机器语言是十分痛苦的，特别是在程序有错需要修改时，更是如此。因此程序就是一个个的二进制文件。一条机器语言成为一条指令。指令是不可分割的最小功能单元。而且，由于每台计算机的指令系统往往各不相同，所以，在一台计算机上执行的程序，要想在另一台计算机上执行，必须另编程序，造成了重复工作。但由于使用的是针对特定型号计算机的语言，故而运算效率是所有语言中最高的。机器语言，是第一代计算机语言。(2)汇编语言为了减轻使用机器语言编程的痛苦，人们进行了一种有益的改进：用一些简洁的英文字母、符号串来替代一个特定的指令的二进制串，比如，用"ADD"代表加法，"MOV"代表数据传递等等，这样一来，人们很容易读懂并理解程序在干什么，纠错及维护都变得方便了，这种程序设计语言就称为汇编语言，即第二代计算机语言。然而计算机是不认识这些符号的，这就需要一个专门的程序，专门负责将这些符号翻译成二进制数的机器语言，这种翻译程序被称为汇编程序。汇编语言同样十分依赖于机器硬件，移植性不好，但效率仍十分高，针对计算机特定硬件而编制的汇编语言程序，能准确发挥计算机硬件的功能和特长，程序精炼而质量高，所以至今仍是一种常用而强有力的软件开发工具。(3)高级语言从最初与计算机交流的痛苦经历中，人们意识到，应该设计一种这样的语言，这种语言接近于数学语言或人的自然语言，同时又不依赖于计算机硬件，编出的程序能在所有机器上通用。经过努力，1954年，第一个完全脱离机器硬件的高级语言—FORTRAN问世了，40多年来，共有几百种高级语言出现，有重要意义的有几十种，影响较大、使用较普遍的有FORTRAN、ALGOL、COBOL、BASIC、LISP、SNOBOL、PL/1、Pascal、C、PROLOG、Ada、C++、VC、VB、Delphi、JAVA等。本设计采用汇编语言编程汇编语言(AssemblyLanguage)是面向机器的程序设计语言。汇编语言是一种功能很强的程序设计语言，也是利用\o"计算机"计算机所有\o"硬件"硬件特性并能直接控制硬件的语言。汇编语言，作为一门语言，对应于高级语言的\o"编译器"编译器，需要一个“\o"汇编器"汇编器”来把汇编语言原文件汇编成机器可执行的代码。高级的汇编器如\o"MASM"MASM，\o"TASM"TASM等等为我们写汇编程序提供了很多类似于高级语言的特征，比如结构化、抽象等。在这样的环境中编写的汇编程序，有很大一部分是面向汇编器的伪指令，已经类同于高级语言。现在的汇编环境已经如此高级，即使全部用汇编语言来编写windows的应用程序也是可行的，但这不是汇编语言的长处。汇编语言的长处在于编写高效且需要对机器硬件精确控制的程序。汇编语言直接同计算机的底层软件甚至硬件进行交互，它具有如下一些优点：（1）能够直接访问与硬件相关的\o"存储器"存储器或I/O端口；

（2）能够不受编译器的限制，对生成的\o"二进制代码"二进制代码进行完全的控制；

（3）能够对关键代码进行更准确的控制，避免因线程共同访问或者\o"硬件设备共享"硬件设备共享引起的\o"死锁"死锁；

（4）能够根据特定的应用对代码做最佳的优化，提高运行速度；

（5）能够最大限度地发挥硬件的功能。同时还应该认识到，汇编语言是一种层次非常低的语言，它仅仅高于直接手工编写二进制的机器指令码，因此不可避免地存在一些缺点：编写的代码非常难懂，不好维护；很容易产生\o"bug"bug，难于调试；只能针对特定的\o"体系结构"体系结构和\o"处理器"处理器进行优化；开发效率很低，时间长且单调。主程序设计该装置分为信号发射和信号接收（手持机）两个独立的部分，因此它们的程序也是相互独立的信号发射装置主程序设计图3.1信号发射系统软件流程图根据信号发射装置系统的设计要求，将软件设计部分按照图3.1的思路进行设计。数据采集及处理放到脉冲计数器子程序中考虑。首先需要对CPU进行初始化，然后开软件定时器中断，开始数据采集与处理。当CPU发出数据传输指令开始发送数据当数据发送完毕后然后返回。整个过程是不断循环的。信号接收装置（手持机）主程序设计图3.2信号接收系统流程图图3.2信号接收装置软件流程框图根据信号接收装置系统的设计要求，将软件设计部分按照图3.2的思路进行设计。首先需要对CPU进行初始化，然后运行键盘子程序，开始对数据接收与存储等处理。当数据接收完毕然后再运行键盘子程序进一步对数据的显示以及串行通信等然后返回。整个过程是不断循环的。子程序设计软件脉冲计数器子程序设计图3.3软件定时器中断子程序流程图软件脉冲计数器子程序，也就是数据在89C51单片机内进行数据采集与处理的过程。首先对单片机进行初始化，启动单片机片内计数器对信号进行采集，然后将数据做简单乘法处理后再做存储，而每次存储的数据都将覆盖上次的数据，整个过程也是一个不断循环的过程。键盘子程序设计图3.3键盘子程序流程图键盘子程序主要通过软件的设计对三个独立式按键的功能进行调用。键盘的操作，无论是按键或键盘都是利用机械触点的合、断作用。由于机械触点的弹性作用，在闭合及断开瞬间均有抖动过程，则必须去除抖动。当检测到有键按下，执行一个10ms的延时程序后，再确认该键电平是否处于闭合状态电平，如保持闭合状态电平则可确认确实有键按下，从而消除抖动影响。当确实有键按下时，查询按键号，执行其所在程序。显示子程序设计图3.4显示子程序对于MAX7219驱动LED显示的编程，首先将LED初始化全部清零。初始化完成后，调用写入命令子程序，从RAM中取数据。调用写入命令子程序，将显示的初始地址送入，将显示数据初始地址。当所有数据显示完成，返回。串行通信子程序设计图3.5串行通信子程序

RS-485网络和普通的RS-232网络从程序上来讲，唯一的区别是就是有方向控制。

数据发送时芯片需要工作在输出方式，这样数据才能被有效发出。不发送数据时一定要把RS-485芯片设置为输入状态，否则会影响网络上其它设备。首先应确定485的硬件连接，然后启动串口，将串口初始化。将存储区数据取出并由串口发送出去，所有数据发送完毕，等待PC机发送命令数据，最终获取数据并返回。程序清单信号发射系统程序清单CPU主系统程序清单：TAN:MOVTMAD,#10H;定时器1设置为模式1MOVTL1,#0FDH;定时器1赋初值MOVTH1,#0FDHSETBEA；CPU开中断SETBET1;定时器1开中断CLRES;串行口关中断SETBPT1；定时器1置高中断优先级CLRPS；串行口置低中断优先级SETBTR1；启动定时器1工作CLRT1；清发送中断MOVSCON,#40H；串行口工作模式1MOVSBUF,78H；输出高位地址JNBTI,$；等待地址发送CLRTI；清TI清0MOVSBUF,77H；输出低位地址JNBTI,$CLRTIMOVSBUF,76H；输出末位地址高位字节JNBTI,$CLPTIMOVSBUF,75HSETBES；串行口开中断SJMP$….（定时器1中断服务程序）TIN:CLRTR1；关定时器MOVTL1,0FDH；T1重新赋初值MOVTH1,0FDHSETBTR1；启动T1工作RETI；中断返回…（串行口中断服务程序）ESS:PUSHDPL；把DPTR压入堆栈保护PUSHDPHPUSHACC；把A压入堆栈保护MOVDPH,78H；发送数据地址DPTRMOVDPL,77HMOVXA,@DPTR；发送数据ACLRTIMOVSBUF,A；输出数据MOVA,DPHCJNEA,76H,EN1；数据未送完转至EN1MOVA,DPLCJNEA,75H,EN1CLRES；串行口关中断CLRET1；定时器1关中断CLRTR1；关定时器1ESC:POPACC；恢复现场POPDPHPOPDPLRETIEN1:INC77H；低位地址加1MOVA,77HJNZEN2；低位地址非0转移INC78H；高位地址加1EN2:SIMPESC脉冲计数器子程序清单：MOVAL,88HMOVDX,0FF7FHOUTDX,MOVAL，00HMOVDX，0FF7EHOUTDX，ALMOVAL，0DMOVDX，0FF7EHWAIT：INAL，0FF7EHTESTAL，P2.0JZWAITWAIT1：MOVDL，0FAHINAL，DXORLAL，00HMOV@R7,ALDJNZR7,LOOP1AJMPWAITLOOP:INCAMOVB,1HMULABMOV78H,ALMOV77H,AHRET信号接收系统（手持机）程序清单主系统程序清单：REV:MOVTMAD,#10H;定时器1设置为模式1MOVTL1,#0FDH;定时器1赋初值MOVTH1,#0FDHSETBEA；CPU开中断SETBET1;定时器1开中断SETBES;串行口开中断SETBPT1；定时器1置高中断优先级CLRPS；串行口，置低中断优先级SETBTR1；启动定时器工作MOVSCON,#50H；串行口工作模式1接收CLRB.0；设置接收起始地址标志MOV70H,#78H；设置起始地址JNBTI,$；等待接受…（定时器1中断服务程序）REV1:CLRTR1;关定时器1MOVTL1,#0FDH；定时器1重新赋初值SETBTR1,#0FDHSETBTR1;启动定时器1工作RET……(串行口中断服务程序)ESS:PUSHDPL；DPTR压栈保护PUSHDPHPUSHACC;A压栈保护MOVA,R0；R0压栈保护PUSHACCJBB.0,DA0;非地址转移MOVR0,70HMOVA,SBUF；接收地址信息MOV@R0,ADEC70H；修改接收地址CLRRIMOVA,#74HCJNEA,70H,DA2；地址未接收完转移SETBB.0；设置接收数据标志DA2:POPACC；将A弹出堆栈送R0MOVR0,APOPACCPOPDPH；恢复现场POPDPLRETIDA0;MOVDPH,78H；接收的起始地址送DPTRMOVDPL,77HMOVA,SBUF；接收数据信息MOVX@DPTR,ACLRRIINC77HMOVA,77H；低位地址非0转移JNZDA3INC78HDA3:MOVA,76HCJNEA,78H,DA2；数据未接收完转至DA2MOVA,75HCJNEA,77H.DA2CLRES；串行口关中断CLRET1；定时器1关中断CLRTR1；关定时器1SETBPSW.5；设置传送结束标志AJMPDA2END键盘子程序清单；MOVAL,88HMOVDX,0FF7FHOUTDX,MOVAL，00HMOVDX，0FF7EHOUTDX，ALMOVAL，0DMOVDX，0FF7EHWAIT：INAL，0FF7EHTEST