毕业设计（论文）-基于CDMA技术的灯光照明控制系统

题目基于CDMA技术的灯光照明系统控制学院物理电气信息学院专业电气工程及自动化年级07级自动化（1）班学生学号学生姓名指导教师年月日摘要本文基于CDMA技术的灯光照明控制系统为主要研究内容，围绕“单片机连接CDMA模块控制灯光照明系统”这一热点课题，利用美国Cygnal公司的C8051F020和中兴集讯公司的MG801A模块制作了一款具有短信控制灯光照明的数据终端，给出系统的总体设计方案并阐述了数据终端的设计方法。利用此数据终端，以CDMA网络为平台在PC机与应用系统之间实现远程数据的无线传输。课题完成了基于CDMA技术的灯光照明控制系统的硬件设计和软件开发，成功实现了通过单片机控制CDMA模块来实现控制灯光照明系统。在系统硬件开发中，设计了单片机与MG801A接口电路、单片机与手机模块的接口电路以及外围电路。数据终端软件设计采用C语言，分析了软件中个功能模块的设计思想以及实现流程，并完成了单片机初始化程序、主程序的设计。关键词：CDMA；C8051F020；MG801A模块；远程控制；灯光照明Abstract目录绪论．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11.1本课题研究的意义．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11.2课题国内、外研究现状．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11.3主要研究工作．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2第二章设计的总体思路．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3第三章CDMA网络技术．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4第四章数据终端的硬件设施．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．54.1数据终端的总体设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．54.2无线通信模块设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．74.3单片机控制模块设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．114.4驱动电路模块设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．154.5RS-232C串口模块设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．164.6稳压电源模块设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．174.7系统抗干扰设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．18第五章数据终端的软件设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．195.1主函数设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．205.2单片机初始化程序设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．215.3模块初始化程序设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．255.4串口中断设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．26第六章结论与展望．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．306.1结论．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．306.2展望．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．30致谢．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．31参考文献．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．32附录A．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．33附录B．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．34物理电气信息学院本科毕业论文第1章.绪论1.1本课题研究的意义进入21世纪，移动通信技术以惊人的速度迅猛发展。无论是CDMA、2.5G还是3G，移动通信的发展目标都是在更好的语音通信之外向用户提供更加丰富多彩的高速无线数据应用。移动通信技术的进步使得高速的无线数据应用成为可能。高速的无线数据应用的发展也将使新的移动通信技术更具吸引力。随着3G的逐渐成熟，基于无线数据应用的各项服务展现出其独特的魅力。短消息业务作为GSM/C单片机和PC机通过串行接口构成的多微机系统己经广泛应用于工业控制、环境监测等场合，这些系统大多采用RS232，RS485或是有线Modem的通信方式，虽然经济实用，但是有线数据传输方式很大程度上限制了其使用的场合。远程监控系统大多采用接入Internet或Intranet的方式实现，这些方式己经应用在视频会议、远程加工或远程诊断等领域。但是接入Internet一般要按时间计费或租用专线、Intranet需要铺设专用线缆，成本高。在数据量不大、需要长时间连接或所要监控的现场节点位置经常变化的情况下这两种方法都不合适。针对这种情况，可以利用无线公共网进行数据传输的方法，即在传统的单片机系统中利用支持短消息业务的手机模块进行无线数据传输。而监控终端也不再仅局限于PC机，也可以是移动电话或其他终端。这样，在许多工业控制控领域，对于信息点分布广、难以集中、有线通信铺线工程浩大、有线数据传输难以实现的情况下，采用短消息的方式利用无线公共网络实现无线数据传输成为解决问题的好办法。无线数据传输网络结构如图1.1所示。1.2课题国内、外研究现状1.3主要研究工作本文在总结了前人关于GSM/SMS通信系统各种研究和应用的基础上，利用单片机控制CDMA模块实现短消息远程控制灯光照明系统。本课题的主要工作：（1）查询关于本课题的一些资料，编辑整理有用的信息。（2）对单片机的合理选型及其外围电路的设计、CDMA模块的选择和整个系统的软件设计。（3）深入理解C8051F系列单片机的特点和功能；CDMA模块选择中兴集讯公司的MG8O1（4）采用Portel99SE作为系统硬件设计的开发工具，设计系统电路原理图。数据终端的单片机程序开发以Cygnal公司的UE2集成开发环境为开发平台，其软件包括主程序、单片机初始化、模块初始化、短消息收发子程序。第2章.设计的总体思路2.1硬件模块介绍通过对模块的选型，采用Cygnal公司的C8051F020作为数据终端的主控芯片，无线通信模块选择中兴集讯公司的MG8O1A模块，来设计基于CDMA技术的灯光照明控制系统。基于CDMA技术的灯光照明控制系统功能划分可分为五个模块，即单片机控制模块、无线通信模块、被控对象模块、RS232串口模块和稳压电源模块等。总的实现框架主要分为两部分：（1）单片机循环检测无线CDMA通信模块否有手机数据发送，如果有数据，就把接收到的数据进行存储和处理，然后通过继电器来控制灯光照明系统。如下图所示：（2）通过无线通信模块传输给PC机进行显示并保存或者由PC机把控制参数通过无线通信模块传输给单片机，单片机按要求对被控对象进行控制。如下图所示：2.2软件模块介绍软件模块的设计是基于所选芯片的类型，对各自的芯片进行软件的开发。主要有单片机主程序、单片机初始化、短消息收发子程序、中断程序。整个程序采用实时多任务程序设计技术，层次化和模块化的设计思想。每个模块都具有其独立性。2.3无线通信模块介绍无线通信模块作为数据终端的无线收发模块，它是通过短消息的方式接收和发送数据。本系统的无线通信模块是中兴公司的MG801A，这是一个具有完整功能的CDMA移动通信模块，通过串口可以实现对此模块的控制和数据传输。MG801A模块是标准工业级一体化应用模块，具有高通信质量、高抗干扰、高保密性、容量大、辐射小、低功耗和体积小的特点。模块通过80脚的插座与外围电路进行接口，要完成的硬件设计包括电源接口、开关机控制、通信接口。此设计在第三章介绍。第3章.CDMA网络技术3.1CDMA网络的特点CDMA是码分多址的英文缩写，它是数字技术的分支，是在扩频通信技术上发展起来的一种崭新而成熟的无线通信技术。目前中国的CDMAIX网是世界上最大的CDMA网络。该网络始建于1999年，建成于2002年并正式投入商用，经过一期、二期和三期建设，网络规模逐步扩大和完善，己成为成熟和稳定的网络。CDMA网络已经覆盖全国，能够实现全国无限制漫游。其主要特点：(1)系统容量大电频率是有限的资源，在当今移动用户猛增而频率资源日趋紧张的情况下，提高系统的频谱利用率，增加用户容量是一个重要的课题。因此，CDMA有着特别的优势。按理论分析和实测结果，在保持用户正常通话的情况下，以相同的频带作比较，CDMA的容量是GSM的4倍。(2)采用语音激活技术，可提高系统容量据统计，人们在通话过程中，通常只有35%的时间在讲话，而65%的时间处于听对方讲话、语句间停顿或其它等待状态。在CDMA系统中，采用了相应的语音编码技术，使手机所发射的功率随着用户语音编码的需求来作调整，当用户讲话时语音编码器输出速率高，发射机所发射的平均功率增大，而当用户不讲话时发射的平均功率很小，这就是语音激活技术CDMA可以方便而充分地运用语音激活技术，使各用户之间的干扰大大减小，从而可提高系统容量。(3)扇区划分技术，有利于提高系统容量在蜂窝网络工程设计时，常采用扇区划分技术，这就是蜂窝基站利用定向天线的定向特性，把蜂窝小区分成不同的扇区。对于FDMA和TDMA，采用扇区划分技术不能增加系统容量，而CDMA由于自身的特性，采用该技术后，随着各用户之间多址干扰分量的减少可增加系统容量。(4)软容量当通信系统采用FDMA和TDMA多址技术时，蜂窝小区的信道数量按规划确定后，若某一时刻小区信道已被全部占用而又有新的用户打进时(如遇高峰期业务繁忙或用户越区切换的情况)，便不可以接纳新用户了，只有等到有空闲信道时才可接通。CDMA具有所谓“软容量”的特点，在遇到上述情况时，还允许接纳少量用户。在这种情况下，虽然对通话质量稍有影响，但对于解决通信高峰期的阻塞和提高用户越区切换的成功率非常有益。(5)越区软切换在FDMA和TDMA系统中，若手机需要越区切换时，新的小区必须要有空闲信道。当有空闲信道时，移动台的收发频率都要作相应的调整，这称之为硬切换。其切换过程是先切断原通话信道，然后才与新的小区基站接通新的通路，这种先断后通的切换方式会引起通信的短暂间断，或产生“咔嗒”声，切换时间也较长。而在CDMA系统中，由于所有小区都可以使用相同的频率，小区之间是以不同码型来区分的。当CDMA手机越区切换时，不需要改变频率，只需对码序列作相应的调整，这称之为软切换。其优点是先与新基站接通新通路，而后才切断原通路，这样便克服了硬切换的缺点，加上CDMA还具有软容量的特点，故其切换的成功率要远大于FDMA和TDMA。(6)应用了分集接收技术，克服多径衰落，亦可减小发射功率由于移动通信使用环境的复杂性和手机的移动性，接收到的信号往往是多个反射波的叠加，会形成多径衰落现象。为了解决多径衰落对通信质量产生的不利影响，CDMA系统可以采用它特有的分集接收技术，将多径信号分离出来，分别接收，再进行同相位信号叠加，这不仅克服了多径衰落带来的不利影响，提高了话音的质量，还等效增加了接收有用信号的功率，或等效增加了发射信号的功率。这也是CDMA系统发射功率相对很低的原因之一。(7)保密性能好CDMA采用了扩频技术，该技术将发射信号的频谱扩展到一个频段，从而使发射的信号完全隐蔽在噪声和干扰之中，不易被发现和接收。其次，在通信过程中，所传输的数据经过与用户号码对应的随机码的变换序列调制后再传输，以使通信保密。因此，CDMA可以防止有意或无意的窃取，具有良好的保密性能。(8)发射功率低由于在CDMA系统中，可采用多种特有的技术来提高系统性能，所要求的发射功率大大降低，可减少对人体的辐射影响，也有利于减轻电池甚至手机的重量，延长电池使用时间。(9)频率规划和管理简单FDMA和TDMA系统的频率规划和管理比较复杂，动态管理就更复杂。而在CDMA系统中，所有用户可以使用相同的频率，不需要动态分配，其频率规划和管理都很简单。3.2无线通信模块3.2.1CDMA模块MG801A的介绍CDMA模块是继CDMA手机外又一种非常重要的CDMA移动通信系统终端设备，它是传统调制解调器与CDMA无线移动通信系统相结合的一种数据终端设备，因此也叫无线调制解调器。它的出现给CDMA的发展注入了新的活力，改变了传统的以话音为主的通信手段，打开了CDMA网络数据通信及其应用的大门。凡是使用调制解调器的地方大多数可以用CDMA模块代替，而CDMA模块却没有一般调制解调器在地域、线路方面的限制，所以基于这种模块，以CDMA网络作为无线传输网络，可以开发出多种前景乐观的各类应用产品。在国内已经使用的CDMA模块有Bellware的BCM-860L、AnyDATA的DTU-800、WAVECOM的Q2385C56等。本次设计选用的是中兴集讯公司开发生产的MG801A-CDMA模块，该模块提供的峰值数据传输率高达153kbPs，无须为了数据性能而牺牲语音性能，它的容量接近于以前的CDMA系统容量的两倍(比TDMA和GSM更好)，且具有待机时间长、容量大、辐射小、低功耗、体积小的特点。MG801A系列CDMA模块是ZTEiT基于CDMA2000REV0标准的工业级应用模块，工作频段为800MHz。通过接口连接器和天线连接器分别接UIM卡和天线。对于模块所提供的TTL电平的232接口，单片机可通过串口直接与之相连进行异步串行通信，该接口提供单片机与模块命令和数据传输通道。单片机通过串口发送AT，命令实现对CDMA模块的控制，并完成短消息的发送、接收和存储。MG801A结构如图3.2所示。模块主要由电源部分、射频部分、基带处理部分、存储器和系统连接器组成。电源部分用来给模块供电。RF射频部分包括三个主要部分：发射机、接收机和频率合成器。发射机将基带信号进行I/Q制后，上变频到发射频段，并通过功放模块将射频信号放大到所需水平；接收机将从天线接收到的射频信号放大后下变频到中频，经滤波后进行I/Q解调；频率合成器为发射机和接收机提供所需的LO(本机振荡器)频率。存储器包括工业标准的SRAM存储器和Flash存储器。模块的核心部分采用的是高通公司的MSM5105作为基带部分的硬件，内置QDSP2000数字信号处理器，具有语音识别、语音信箱、数据压缩和消除回声等功能。3.2.2MG801AMG801A-CDMA模块通过一个80pin连接器提供外部连接，80pin连接器是管脚中心距为0.5mm的双排表面贴装器件。该模块包括的接口有以下几个部分构成：电源和开关机控制充电数字I/OLCD接口键盘接口通信接口R-UIM接口模数转换接口音频接口射频连接本次设计主要考虑的是电源和开关机控制，通信接口和R-UIM接口。(1)电源系统连接器的71-75引脚是用来为模块提供输入电源的，这些引脚被标注为V_MAIN，V_MAIN为模块内部的PM1000芯片和其它调节器供电，同时还为射频部分供电。虽然PM1000芯片能处理很宽的输入电压，但射频放大器将模块的允许输入电压限定在一定的范围。因此，电源的供电电压的最小值为3.3VDC，最大值为4.25VDC，典型值为3.8VDC。系统连接器上的第5、6、11、12、45、46、53、54引脚设计时要可靠接地。在设计电源模块时，必须保证MG80lA的瞬时供电电压不能超过电源的最大值，否则可能永久性损坏MG8O1A模块。(2)开关机控制有两种方法可以使模块开机，第一种方法是通过系统连接器上的ON/OFF引脚，第二种方法是使用外部充电器。系统连接器上的第51引脚是ON/OFF引脚，在此引脚上加一瞬时低电平会使模块开机，模块关机是通过AT指令实现的，关机指令为AT+ZPWROFF。第二种方法是使用外部充电器为模块供电，如果外部电压同时加于V_MAIN(Pin71，72，73，74，75)和VCHG(Pin79)就会使模块开机，当充电电源移走后，模块会关机。本次设计采用第一种方法，把ON/OFF引脚接到一个按键开关上，按键开关的另一个引脚直接接地。(3)通信接口MG801A-CDMA模块提供2路通用异步收发器，它与串口的数据通信遵从RS-232接口协议。第一路UART利用系统连接器上的8个引脚，其中4个为预定义引脚，软件还未开放，见表3.1。第二路为可选择的UART，当第二路用于R-UIM接口时，UART功能不可用，第二路UART只有收/发两条数据线。2路UART可作为串行数据端口来传送数据、测试及调试、下载或升级系统软件。在本次设计中，串口主要功能是与单片机通信，实现对CDMA模块的控制。在设计时首先应该考虑MG801A模块和单片机的串口输入输出电平是否匹配，如果电平不匹配，可以通过接入反向二极管实现该电路的电平转换，否则有可能烧毁模块。因为本次设计中选择的单片机供电电压为3V，单片机与MG80lA进行通信时，单片机与MG801A的串行接口的电压都是3V左右，都符合TTL电平标准，所以单片机的发送端/接收端(Pin60/Pin59)与MG80lA的接收端/发送端(Pin16/15)可以直接连接，实现通信功能。表3.1第一路UART引脚定义信号名称I/O类型引脚号说明TXDO15发送数据RXDI16接受数据/CTSI14消除发送/RTSO13请求发送RII41预定义DSRI43预定义DCDI47预定义DTRO48预定义(4)R-UIM接口UIM卡是CDMA手机运用的一种智能卡。UIM卡在CDMA系统中所起的作用与GSM系统中的SIM卡所起的作用极其相似，是一种安全机制。UIM提供了个人认证信息，可以允许MS或手机连接网络。UIM卡可以允许用户拨打或接听电话和收发短消息。使用户可以安全、方便地使用CDMA网络提供的各种服务，可以避免由于个别用户号码盗用而带来的经济损失。UIM卡固定在卡座上，通过卡座的六个引脚与外部连接。MG801A模块的19引脚(UIM_EN)，用来使能外部线性调节器为UMI卡供电。R_UIM接口电路设计如图3.3所示。其中AAT3215是美国研诺逻辑科技有限公司(AATI)推出的一款低压差线性稳压器，该器件具有高性能、低功率的特点。可以为UIM卡提供15mA电流，在此用做UMI卡的开关芯片。AAT3215的输入电容可以是luF或较大的陶瓷电容和电解电容，在设计中选择使用典型的luF的陶瓷电容，这是由陶瓷电容的内在属性决定的，在此起稳定输入的作用，电容尽量靠近输入引脚。输出和旁路电容也是选择的陶瓷电容起到滤波的作用。本课题设计时，尽量将UIM卡座靠近CDMA模块连接器接口，以提高抗干扰能力。图3.2R_UIM的接口电路目前中国的CDMAIX网络系统升级无需更换终端，可全面平滑地向第三代的先进移动通信过渡。用户端的设备也无需更换，保证用户的投资不被浪费。未来的第3代移动通信系统虽然有几种模式，但毫无例外地都是CDMA码分多址的。随着通信技术的不断成熟以及用户对通信质量越来越高的要求，现有的GSM网络将不可避免的向W-CDMA演变，而这个演变的过程估计需要若干年。CDMA网络以其覆盖范围广、使用费用低，技术完善、安全可靠性高等优点，是我们可以选择的网络。第4章.数据终端的硬件设计4.1数据终端的总体设计(1)单片机控制模块单片机一方面与PC机或现场采集仪器交换数据，另一方面控制无线通信模块，由于无线通信模块使用串口与单片机相连。在本次设计中，采用Cygnal公司的C8051F020作为数据终端的主控芯片。选择此单片机作为主控芯片不仅仅是因为它具有硬件串口而是基于诸多因素考虑:C805IF020功能强大，几乎在单片机中包括了所有常用的功能;与普通的8051有相同的内核，开发容易，而且支持C语言源程序调试。在本次开发中，主要考虑对C8051F020的一下功能部件的设计：首先，使用一个硬件串口。这个串口的波特率产生是独立的，使用起来相当灵活。串口1与无线通信模块连接，与CDMA网络通信。其次，使用JTAG接口。通过JTAG接口与用户系统直接连接，不再需要另外的仿真工具，可以在线调试和下载。再次，使用64K字节大容量闪速存储器和4352字节内部数据RAM(4K十256)，64KFlashROM可以满足本次开发的需要，不需要另外扩展程序存储器。数据存储器用来做数据缓冲区。(2)驱动电路模块继电器是电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路），通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护的作用。(3)RS-232CRS-232C(4)UIM卡接口UIM卡是一种安全机制，提供了个人认证信息，允许用户安全、方便地使用CDMA网络提供的各种服务。UIM卡固定在卡座上，通过卡座的六个引脚与外部MG801A模块连接。(5)稳压电源模块稳压电源模块设计中，我们采用了工业级稳压电源芯片，可以保证数据终端工作稳定可靠。在硬件设计中采用了模块化设计思想。采用模块化设计可以使系统结构清晰，不仅容易设计也容易管理和修改，方便系统测试和调试，有助于提高系统的可靠性和可修改性。同时，模块化设计也有助于系统开发的组织管理。以下各节将详细叙述各模块接口的设计情况。4.2单片机控制模块4.2.1单片机C8051F在嵌入式系统开发过程中，8051系列一直扮演着一个重要角色。近年来，由于8051的速度低(每一条指令至少需要12个时钟周期)、功耗高(几毫安到几十毫安)和功能少(不能直接处理模拟信号)等等，8051系列单片机似乎已经走到了尽头。然而，美国Cygnal公司新近推出的高性能的C8051FX系列单片机彻底改变了人们对以前8051单片机速度慢、性能低的印象。C8051F020是完全集成的混合信号系统级芯片SOC，使用Cygnal的专利CIP-51微控制器内核。CPI-51与MCS-51单片机兼容，但是具有其独特的功能。CygnalC8051F020有100个引脚，是TQFP封装，工作温度为-45℃~85CPI-51内核具有标准8052的所有外设部件，包括5个16位的计数器/定时器，两个全双工UARI，，256字节内部RAM，128字节特殊功能寄存器地址空间及8个字节宽的I/O口。CIP-51与MCS-51指令集完全兼容，可以使用标准803X/805X的汇编器和编译器进行软件开发。C8051F020内部集成了4K字节的RAM、64字节的FlashROM以及2个UARI，串行接口等。该单片机具有片内调试电路，通过4脚的JTAG接口可以进行非侵入式、全速的在系统调试。本次设计选用的是C8051F020作为数据终端的主控芯片，该芯片是一种在系统可编程、完全集成的混合信号系列级MCU芯片。由于采用了高性能的MCU，省掉了大量的外围器件，如外扩RAM、ROM存储器和UART串行接口等，使硬件结构大大简化，提高了系统的可靠性，而且为日后的扩展设计提供了良好的片内资源。与以往的8051系列单片机相比C805lF020具有几个明显的优点：(1)提高了指令的运行速度C8051F020系列采用CIP-51的CPU模式，废除了8051机器周期的概念，指令以时钟周期为运行单位。平均每个时钟周期可以执行完1条单周期指令。与8051相比，在相同的时钟下，单周期指令运行速度为原来的12倍，全指令集平均运行速度为原来的9.5倍。(2)最小功耗系统的最佳支持C8051F020实现了片内模拟与数字电路的3V供电标准(电压范围为2.7~3.6)，大大降低了系统功耗；完善的时钟系统可以保证系统在满足响应速度要求下，使系统的平均时钟频率最低；众多的复位源使系统在掉电方式下，可随意唤醒，从而可灵活地实现零功耗系统设计。因此，C805Fl具有极佳的最小功耗系统设计环境。(3)增强了复位方式C8051F020把8051单一的外部复位变成多源复位，C8051F020提供了多达7分复位产生源：一个片内VDD监视器、一个看门狗定时器、一个时钟丢失检测器、一个由比较器0和比较器1提供的电压检测器、一个软件强制复位CNVSTR引脚及RST引脚。RST引脚是双向的可接受外部复位或将内部产生的上电复位信号输出到RT引脚。除了VDD监视器和复位输入引脚以外，每个复位源都可以由用户用软件禁止。(4)增加了中断源标准的8051只有7个中断源，CygnalC8051F020单片机扩展了中断处理。这对于实时多任务系统的处理是很重要的。扩展的中断系统向CIP-51提供22个中断源，允许大量的模拟和数字外设中断。一个中断处理需要较少的CPU干预却有更高的执行效率。(5)大容量存储器CIP-51具有标准8051的程序和数据地址配置。像其他单片机一样有256字节RAM，另外不同的是C8051F020具有位于外部数据存储器地址空间的4K字节的RAM块和一个用于访问外部数据存储器的外部存储器接口(EMIF)。C805IF020单片机程序存储器为64K字节的Flash存储器。该存储器可按512字节为一扇区，编程可以在线编程且不需在片外提供编程电压，该程序存储器未用到的扇区均可由用户按扇区作为非易失性数据的存储区。(6)先进的系统的调试C805Fl改变了传统的仿真调试，使用基于标准的JTAG接口(IEEEI149.1)在系统调试。片内JTAG调试电路允许使用安装在最终应用系统上的单片机进行非侵入式(不占用片内资源)、全速、系统调试。该调试系统支持观察和修改存储器和寄存器，支持断点、观察点、单步及运行和停机命令。在使用JTAG调试时，所有的模拟和数字外设都可全功能运行。而且它的JTAG逻辑还为在系统测试提供了边界扫描功能。(7)外部器件的高度集成C8051F020系列单片机在一个芯片内集成了构成一个控制系统所需要的大部分功能部件，包括ADC、PLD、DAC、UART、SPI、PCA、电压比较器、内部振荡器、看门狗定时器及电源监视器，甚至还有温度传感器等等。(8)可编程数字FO和交叉开关C8051F020系列单片机具有标准8051的端口(0，1，2和3)另外还有4个附加的端口(4，5，6和7)，这些端口I/O的工作情况与标准8051相似，但有一些改进。每个端口I/O引脚都可以被配置为推挽或漏极开路输出。在标准8051中固定的“弱上拉”可以被总体禁止，这为低功耗应用提供了进一步节电的能力。最独特的改进是引入了数字交叉开关。这是一个大的数字开关网络，允许将内部数字系统资源映射到P0，Pl，P2和P3的端口I/O引脚。与具有标准复用数字I/O的微控制器不同，这种结构可支持所有的功能组合。可通过设置交叉开关控制寄存器，使片内的计数器/定时器、串行总线、硬件中断、ADC转换启动输入、比较器输出以及微控制器内部的其它数字信号出现在端口I/O引脚。这一特性允许用户根据自己的特定应用选择通用端口I/O和所需数字资源的组合。交叉开关是一个多路选择器，用于为器件内部的硬件外设分配I/O端口。使用交叉开关的关键点如下：为了使用端口0、端口1或端口2的任何一个引脚作为输出，交叉开关必须被允许。交叉开关译码器必须在任何一个数字外设被允许前配置。交叉开关通常在复位时被配置一次(在复位处理过程的最开始处)，以后不再进行配置。交叉开关的设置改变器件的引脚分配。每一种交叉开关设置导致惟一的器件引脚分配，如果在交叉开关中允许或禁止外设，则引脚分配将发生变化。对于输出端口引脚，其输出方式(漏极开路或推挽)必须被明确设置，即使那些由交叉开关分配的端口引脚也是如此。例外情况是SMBus上的SDA和SCL及UART的RXD引脚，这些引脚被自动配置为漏极开路。交叉开关分配的输入引脚(例如NSS或删TO)是漏极开路还是推挽并不重要。这些引脚被配置为输入，而与相应端口配置寄存器的设置无关。为了将一个通用I/O引脚配置为输入。首先，通过与这个引脚相关的端口配置寄存器位设置该引脚为漏极开路输出方式。其次，与该引脚相关的端口位必须被置“1”，使该引脚处于高阻态。在任意时刻可以通过读取相应端口SFR得到端口引脚的电平值，而不管交叉开关寄存器的设置如何或引脚被配置为输入还是输出。交叉开关寄存器中的允许位是独立的，与数字外设本身的允许位是分开的。那些在交叉开关中被允许但在它们自己的SFR中被禁止的外设，仍然控制端口引脚。这就是说，端口引脚可以在任何时刻读取，但是输出被占用它的外设所控制，不能作为通用输出口来访问。交叉开关配置通过XBAR0，XBAR1，XBAR2寄存器来完成。注意当端口中某些口被配置为模拟输入端口或外部存储器接口时，在交叉开关配置中会跳过。交叉开关配置是严格按照优先级顺序的，依次在P0-P3口上进行配置，而不是任意配置的。4.C8051F模块的接口电路。时钟电路与复位电路采用的是传统8051单片机的典型电路，在此不做介绍。(1)JTAG接口电路C8051F了传统单片机需要专门的仿真器的开发方法。JTAG接口使用C8051F020的四个专用引脚,它们是:TCK、TMS、TDI、TDO。JTAG引脚的定义如表3.2所示。通过JTAG接口加适配器把用户最终产品连接到计算机上。JTAG的接口电路如图3.5。表3.2JTAG引脚的定义引线说明12.7~3.6VDC输入2，3，9接地4TCK5TMS6TDO7TDI8,10没接地(2)C8051F020与MG801单片机通过串口对MG801A模块实现初始化和短消息的收发控制。单片机与手机模块都具有异步串行接口，单片机是2.7V~3.6V电压供电，MG801A供电电压是3.3V~4.25V，典型值为3.8V。单片机与MG801A进行通信时，单片机与MG801A的串行接口4.3驱动电路模块4.3.1驱动电路的作用是主电路和控制电路之间，用于对控制电路的信号进行放大的中间电路，在本设计中主要是连接灯光照明设备。本设计中所采用的是晶体管驱动继电器，继电器应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。具体电路如下所示：4.3.2NPN晶体管驱动时：当晶体管Q2基极被输入高电平时，晶体管饱和导通，集电极变为低电平，因此继电器线圈通电，触点K1吸合。当晶体管Q2基极被输入低电平时，晶体管截止，继电器线圈断电，触点K1断开。4.4RS-232C串口模块4.4.1目前RS-232C是PC机与通信工业中应用最广泛的一种串行接口。RS-232C标准(协议)规定连接电缆和机械、电气特性、信号功能及传送过程。RS-232C中规定的最大传输速率为20kbps，在当时看来是足够了，但随着科学技术的发展，20kbPs的通信速度己远不能满足人们的需要，因此新的修订版本中，RS-232C的最高通信速率可以达到2MPbs。通常在单片机系统中，由于其处理能力的限制，最高波特率一般为112kbps左右。现在最长用的RS-232C采用负逻辑规定的逻辑电平，即逻辑“1”表示-3V~-15V，逻辑“0”表示+3V~+l5V。大家知道RS-232接口不能与单片机的异步串行通信接口直接相连就是因为单片机的TTL电平是正逻辑规定的逻辑电平。协议规定传输的最大距离为15米，实际应用中可以通过降低通信速率为代价适当延长通信距离。在应用RS-232C时必须了解RS-232C的连接，才能正确使用。RS-232C定义的9芯连接器对应的引脚说明如表3.3所示:对于一般全双工通信，仅需几条信号线就可实现，如一条发送线、一条接收线及一条地线。表3.3串口引脚定义引脚号信号名称简称信号功能1数据载波检出DCDDCD已接收到远程信号，通知DTE准备接收2接受数据RXDDTE接收串行数据3发送数据TXDDTE发送串行数据4数据终端准备好DTRDTE准备就绪5信号地GND信号地6数传设备就绪DSRDCE准备就绪7请求发送RTSDCE请求切换到发送方式8消除发送CTRDCE已切换到接收方式9振铃提示RI通知DTE已被呼叫4.由于RS-232是早期为促进公用电话网络进行数据通信而制定的标准，其逻辑电平对地是对称的，与TTL、MOS逻辑电平不同，所以单片机与计算机不能直接相连。本论文中C8051F020与PC机的串行接口数据通信电路以SP3223E芯片为核心，实现电平转换及串口通信功能。SP3223E是SIPEX公司生产的RS-232收发器，SP3223E内有一个高效电荷泵，可在单+3.0V~+5.5V电源下产生5.5V的RS-232电平，满负载时，SP3223E器件可工作于235kbps的数据传输率。兼容5V逻辑输入，内含2路接收、2路发送串行通信接口，具有低功耗、高数据速率、增强型ESD保护等特性。增强型ESD结构为所有发送器输出和接收器输入提供保护，可承受月15kVIEC1000-4-2气隙放电、8kVIEC1000-4-2接触放电和15kV人体放电模式。芯片的最大特点是在串行口无数据输入的情况下可以灵活的进行电源管理，即当ONLINE为低电平，SHUTDOWN为高电平时，ONLINE功能有效。在正常运行模式下，若芯片在接收引脚没有检测到有效信号，将自动进入SHUTDOWN模式，此时耗电luA。在ONLINE功能有效时，如果检测到接收或发送引脚有信号输入，该芯片自动被激活而转入正常工作状态。接口电路如图3.6所示。 图3.6串行口与PC机接口电路4.5稳压电源模块数据终端的工作电压为12VDC。从图3.7中可以看出电源分两部分，一部分为MG801A提供3.3~4.25V的电压，连接了两个二极管用来降低电压和限制电流起到保护的作用；另一部分通过LDO芯片ASI117输出3V电压给单片机、UIM卡、SP3223芯片供电。需要说明的是电源要接在VBAT(pin76)上，VBAT引脚为电池电压引脚，模块通过这个引脚检测电池电源，如果检测不到模块会自动关机。另外，电源的指标不仅仅有电压的要求，而且功率等指标都要满足要求。故采用图3.7的设计方案。在该系统中，开关电源芯片LM7805完成12V到5V的转换，电容在电源电路中起滤波作用。电源电路主要由LM7805和AS1117-3.0两个三端稳压电源模块构成，电源模块AS1117-3.0接收LM7805输入的5V电压，输出为整个单片机系统和UIM卡的3V供电电压。电源的输出基本不会受外部输入变动的干扰，而且有效的消除了电磁干扰。图3.7稳压电源接口电路4.6系统抗干扰抗干扰设计是单片机应用系统设计的重要组成部分，没有良好的抗干扰措施，系统就无法安全可靠的工作。当然，只能通过系统软件、硬件设计尽可能的减少干扰带来的影响，而不可能完全消除干扰。本系统在抗干扰方面考虑了如下的问题。4.合理的设置插接件，电源插接件与信号插接件之间保持一定的距离，在接插座上增加接地针数。信号针尽量分散配置，增大彼此间的距离。印制板元件布局时，相关元件尽量靠近，例如晶振紧靠单片机摆放。电源去耦，在电源线和地线之间并联330uF和0.luF多个去耦电容，并联大电容为了去除低频干扰，并联小电容为了去除高频干扰。加宽地线和电源线，加宽后的地线和电源线是信号线的7倍。所有芯片可靠接地，并且接地线绕电路板一圈，但不构成回路。手工布置元件和布线，连线尽可能短。双面板两面的线条尽量垂直交叉。采用工业级的芯片等措施提高抗干扰能力。4.软件设计可以提高系统的可靠性和抗干扰性，这对于整个系统具有很大意义。一个好的软件设计，要充分考虑采取必要的抗干扰措施，利用软、硬件相结合实现系统的抗干扰是单片机控制系统具有的特殊优点之一。采用设置软件陷阱防止程序“跑飞”。在软件抗干扰技术中重要方面是防止程序出现“跑飞”的情况，即程序可能进入非程序区，造成系统运行的一系列错误现象。采用设置程序监视器(Watchdog-看门狗)有效的解决死循环问题。程序执行过程中若进入死循环，同时又没有撞上陷阱，就会使程序长时间运行不下去，无法正常实现程序功能。需要注意的是为了防止复位必须在溢出发生前由应用软件重新触发WDT，即“喂狗”。如果系统出现了软件/硬件错误时应用软件不能重新触发WDT，则WDT将溢出并产生一个复位，这可以防止系统失控。4.在程序的编写过程中使用了软件冗余技术，采用软件冗余技术，使程序运转的可靠性大大增加。具体的做法是在手机模块初始化、短消息的发送和接收程序中，设置了AT指令的发送次数，反复发送AT指令，直到网络响应才退出。为了提高软件自身的可靠性，在进行程序设计时，程序分段和采用层次结构，将程序分成若干个具有独立功能的子程序块。各个程序块可以单独使用，也可以与其他程序块一起使用。各程序块之间可通过一些指定的单元进行信息的传递。每个程序块都可单独进行调整和修改而不影响其他程序块的功能。采用可测试性设计，在编制软件的过程中会出现一些错误，使程序不能正确执行，为了便于查出程序的错误，编写了专门的测试程序，把程序结构本身组织成方便测试的形式，这样做提高了软件开发的效率。第5章.数据终端的软件设计在前一章已经介绍了以单片机为主控的数据终端的硬件设计过程，它是一种无线数据传输设备。该系统总的设计思想：用户通过手机将相应的信息或控制参数发送，通过无线CDMA通信模块将数据接收至单片机，由单片机把接收到的信息传输给PC机进行显示并保存或把控制参数传输给现场采集仪器。本系统采用cygnal公司的C8051F020单片机，它具有2个串口UART0和UATR1，设计时UART0通过电平转换芯片连接PC机，UART1连接MG801A模块，两个串口都是双向通信，这样单片机既可控制MG801A发送数据，又可通过MG801A接收数据，同时，还可以接收PC机的数据和给PC机发送数据。单片机数据流向如图4.1所示。为了方便单片机程序设计，各功能程序实现模块化、子程序化。首先针对串口通信编写串口中断函数和读写串口函数，完成数据的发送和接收。然后在串口函数的基础上编写短消息收发函数，单片机通过AT指令控制CDMA模块，实现短消息的收发，专门编写了对CDMA网络返回参数的判断函数，及时获得有短消息到达的提示信息。短消息发送前要先设置发送语言，然后按固定格式进行编码，最后发送短消息。在此基础上编写主函数，主函数是一个程序不可缺少的部分，有功能子函数作为基础将使主函数的编写更加方便，在主函数中完成初始化工作和功能子函数的调用。采用模块化编程最大的优点是，当某个功能需要改变时，只需改变相应功能子函数。在软件设计过程中，有效使用标志位，合理规划数据存储区，划定接收和发送缓冲区的范围，这样既能节约内存容量，又使操作方便。单片机程序设计力求软件结构清晰、简洁、流程合理。5.1主程序设计开机上电后，程序在主函数中运行，首先初始化单片机与手机模块。单片机的初始化包括设置两个串口的工作方式、波特率、初始化交叉开关和清空接收缓冲区。手机模块的初始化包括关闭回显，删除所有短消息和设置短消息的接收方式。在进行模块的初始化之前要确保网络已经连接好。发送指令“AT”，如果返回“OK”说明已经连接好。模块初始化完毕，发送信息给PC机，通知可以开始发送数据。串口0与串口1接收数据都采用中断方式，做到及时处理。单片机不停的监控是否有数据要发送或有没有接收到新的短消息要处理。单片机接收完PC机发送的数据后，置发送短消息标志位为“1”，一旦检测到有短消息要发送，调用发送短消息子程序。单片机监控到有短消息或网络信息到来，首先判断是什么信息，当接收到短消息时，单片机读取短消息进行解码，把得到的手机号和短消息内容发送给PC机显示。另外，单片机在完成串口初始化和CDMA模块初始化之后，将立即开放串口中断，实时接收PC机发来的数据和CDMA模块返回的参数及收到短消息的提示信息。主程序流程如图4.2所示。为了控制程序执行不同的操作，程序设置了可以位寻址的标志位。如表4.1所示。单片机与PC机通信的数据帧结构如表4.2所示。表4.1标志位含义说明标志位含义SendsmsFlag有短信发送标志EnglishFlag发送英文短消息标志ReceiveFlag串口1接受到模块返回参数标志NewsmsFlag读短消息标志123….1314151617……nn+1起始位语言手机号数据结束位表4.2单片机与PC机通信的数据帧结构5.2单片机初始化程序设计C8051F单片机的初始化与普通51系列单片机基本相同，但因为增加了许多功能模块，例如：定时器和串行口还有中断源等。特别是改变了以往单片机I/O固定的模式，引入了交叉开关，可以自由分配资源。因此，引入了许多新的特殊功能寄存器。单片机初始化子程序包括系统时钟、两个串口、定时器和I/O的初始化。5.2.1每个MCU都有一个内部振荡器和一个外部振荡器驱动电路，每个驱动电路都能产生系统时钟，MCU在复位后从内部振荡器启动。内部振荡器可以被允许(禁止)，同时可使用内部振荡器控制寄存器(OSCICN)中的CLKSL位在两个振荡器之间随意切换，其内部振荡频可以用OSCICN寄存器设置。在本设计中采用外部振荡器驱动电路产生系统时钟，MCU复位后一旦检测到外部振荡器控制寄存器(OSCXCN)的最高位为高电平，就说明晶体振荡器运行稳定，就可以由内部振荡器转换为外部晶体振荡器。同时外部振荡器控制寄存器6-4位控制外部振荡器运行方式，外部振荡器控制寄存器2-0位控制外部振荡器频率。下面是使用一个11.0592MHz的外部石英晶体作为系统时钟源的初始化程序。从允许振荡器工作到外部振荡器控制寄存器的最高位为高电平，这个过程至少需要1ms的启动时间，所以在程序中加了一个大于lms的延时语句。voidSYSCLK_Init(void){inti；OSCXCN=0x67；For(i=0；i<3000；i++)；//大于1ms的间隔时间while(!(OSCXCN&0x80))；//等待石英晶振复位OSCICN=0x88；//选择外部石英晶体作为系统时钟源5.2.2I通过设置交叉开关控制寄存器将片内的数字信号映射到I/O引脚，这一特性允许用户根据自己的特定应用选择通用端口I/O和所需数字资源的组合。当交叉开关配置寄存器XBR0、XBR1和XBR2中外设的对应允许位被设置为逻辑“1”时，交叉开关将端口引脚分配给外设。交叉开关配置是严格按优先权顺序将端口0-3的引脚分配给器件上的数字外设UART、SMBus、PCA、定时器等。端口引脚的分配顺序是从P0.0开始可以一直分配到P3.7。未被指定的端口引脚作为通用I/O引脚，通过读或写相应的端口数据寄存器访问端口，既可以按位寻址也可以按字节寻址。被交叉开关分配的那些端口引脚的输出状态受使用这些引脚的数字外设的控制，再向端口数据寄存器(或相关的端口位)写入数据时对这些引脚的状态没有影响。不管交叉开关是否将引脚分配给外设，读一个端口数据寄存器(或端口位)将总是返回引脚本身的逻辑状态。因为交叉开关寄存器影响器件外设的引出脚，所以它们通常在外设被配置前由系统的初始化代码配置。一旦配置完毕，将不再对其重新编程。要正确分配端口，必须熟悉交叉开关寄存器和各种外设的优先权顺序。在本设计中需要把串行口映射到I/O端口上，UART0具有最高把UATR0NE(XBR0.2)设置成逻辑“1”，则TX0和RX0引脚分别被分配到P0.0和P0.1。当选择了串行通信外设(即SMBusSPI或UART)时交叉开关将为所有相关功能分配引脚，例如:不能为UART0功能只分配TX0引脚而不分配RX0引脚。同样，把UATRIEN(XBR2.2)设置成逻辑“1”，则TX1和RX1引脚分别被分配到P0.2和P0.3，被交叉开关分配给输入信号(例如RX0)的引脚所对应的输出驱动器被禁止。因此，端口数据寄存器和端口输出方式寄存器(PnMDOUT)的值对这些引脚的状态没有影响。交叉开关寄存器被正确配置后通过将XBARE(XBR2.6)设置为逻辑“1”来使能交叉开关。在XBARE被设置为逻辑“1”之前端口0-3的输出驱动器被禁止，以防止对交叉开关寄存器和其它寄存器写入时在端口引脚上产生争用。每个端口引脚的输出方式都可被配置为漏极开路或推挽方式，缺省状态为漏极开路。端口0-3引脚的输出方式由PnMDOUT寄存器中的对应位决定，对应位设置为逻辑“1”时配置为推挽方式;对应位设置为逻辑“0”时配置为漏极开路方式。下面是I/O端口初始化程序：voidPORT_Init(void){XBR0=0x04；//EnableUART0XBR1=0x00；XBR2=0x04；//EnableUART1；XBR2=0x40；//Enablecrossbarandweakpull-ups P0MDOUT=0x05；//EnableTX0,TX1asapush-pulloutputP1MDOUT=0x40；//EnableP1.6(LED)aspush-pulloutput }5.2.3C8051F020有两个独立的增强型全双工的串行口，两个串口总线都是用硬件实现，都能向CIP-51产生中断，因此需要很少的CPU的干预。对串口的初始化是通过相关的特殊功能寄存器，即串口控制寄存器(SCON0、SCON1)来实现的。UARE0提供四种工作方式(一种同步方式和三种异步方式)。通过设置SCON0寄存器中的配置位选择不同方式，这四种方式提供不同的波特率和通信协议，如表.43所示。UART1工作在方式1或方式3时，用定时器4溢出作为波特率时钟。表4.3串口1的4种工作方式方式同步性波特率时钟数据位起始/停止位0同步SYSCL/128无1异步定时器1或定时器2溢出8一个起始位，一个停止位2异步SYSCL/32或SYSCL/649一个起始位，一个停止位3异步定时器1或定时器2溢出9一个起始位，一个停止位在本设计中串口1工作在方式1，UART0可以使用定时器1工作在8位自动重装载方式或定时器2工作在波特率发生器方式产生波特率(注意，TX和RX时钟可以分别选择)，每次定时器发生溢出，即从全1(对定时器1为0xFF，对定时器2为0xFFFF)返回到0时向波特率电路发送一个时钟脉冲。当TCLK0(T2CON.4)或RCLK0(T2CO.N5)中的任何一个被置“1”时，定时器2就被强制进入波特率发生器方式，并使用系统时钟的二分频作为时钟源。下面给出了方式1的波特率方程，其中TIM为定时器1时钟选择位(CKCON.4)，该位控制提供定时器1的系统时钟的分频数。SMOD0是波特率选择位(PCON0.7)，该位用于波特率的计算。TH1是定时器1的8位重装载寄存器，[RCAP2H：RCAP2L]是定时器2的重装载寄存器。[RCAP4H：RCAP4L]是定时器4的重装载寄存器。使用定时器1：波特率=(4.1)使用定时器2：波特率=(4.2)使用定时器4：波特率=(4.3)*******************************************************************************串口初始化程序*******************************************************************************voidUTRT_Init(void){SCON0=0x40；//SCON0：mode1，8-bitUARTSCON1=0x40；//SCON1：mode1，8-bitUART}*******************************************************************************使用定时器1产生波特率时钟的初始化程序，SMOD0=1，T1M=1：使用系统时钟。*******************************************************************************voidTimer1_Init(void){TMOD=0x20；CKCON=0x10；PCON=0x90；TH1=-(SYSCLK/BAUDRAD/16)；//nCount=SYSCLK/BAUDRAD/32TH2=1；//startTimer1}*******************************************************************************使用定时器2做波特率时钟*******************************************************************************VoidTimer2_Init（intnCout）//nCount=SYSCLK/BAUDRAD/32{T2CON=0；//Timer2offCKCON=0x20；//Timer2usesystemclocktocountRCAP2L=0XFF&(-nCount)；//BAUDRATEsetRCAP2H=(-nCount)>>8；T2CON=0x34；//RCLK0=1,TCLK0=1,startTimer2}5.3模块初始化程序设计模块初始化是模块上电运行后对其设置的一组参数。首先，发送AT<CR>测试网络是否已经连接。如果没有连接上网络，程序复位，重新开始。模块自身运行的参数设置，主要包括设置回显开关值，运行时关闭回显，AT指令为“ATE0”;设置新短消息内容存储而不直接显示和发送短消息后没有状态报告，AT指令为“AT十CNMI=2，1，0，0，0”，这样做是为了更好的获得有效信息。由于普通的UIM卡所能够存储的短消息数量有限，因此，为了使新的数据信息能够及时收到，在系统开始运行时，设置删除CDMA模块中的所有短消息，A“AT+CMGD=l，4”。同时，在模块的初始化程序中完成接收缓冲区的清零工作。其源程序代码参见附录5.4串口中断设计短消息的发送和接收还有返回信息的判断，都是在串口中断函数和底层操作函数的支持下实现的，底层操作函数包括:读写串口函数、清空接收缓冲区函数和定时器中断函数。在实现短消息发送和接收的过程中经常要调用这些函数。5.4.单片机通过AT指令控制手机模块实现短消息的发送，实际上数据的发送与接收都是通过异步串行口完成的。对UART1的控制和访问是通过相关的特殊功能寄存器即串行控制寄存器(SCON1)和串行数据缓冲器(SBUF1)来实现的，一个SBUF1地址可以访问发送寄存器或接收寄存器。读操作将自动访问接收寄存器，而写操作自动访问发送寄存器。使用中断方式接收和发送数据，首先要开中断和允许接收，而且SCON1不可以位寻址。在发送完一个字节后，发送标志位被硬件置“1”，如果要发送下一个字节，必须用软件给发送标志位清“0”。在允许接收的情况下，接收到停止位后，如果满足接收标志位为逻辑“0”，则数据字节将被装入接收寄存器，接收标志位被置“1”。在本次设计中，中断函数只负责数据的发送与接收，接收缓冲区设置成512个字节，而且数据存储采用了循环队列的方式。串口1中断服务函数流程如图4.7，其源程序代码参见附录B。5.4串口中断函数只负责数据的接收和发送，要知道接收到了什么数据是通过读串口函数实现的，要发送什么数据是通过写串口函数实现的。读串口函数设计:如果没有接收到字符，函数输出0x00;当接收到字符时，函数输出接收到的字符。写串口函数设计:首先，清空发送缓冲区，将要发送的数据送到发送缓冲区，用0x0a来判断一条AT指令是否写完。发送第一个字节启动发送，清中断发送标志位，置位数据发送标志位。读写串口函数程序流程如图4.8和4.9，其源程序代码参见附录B。第6章.结论与展望6.1结论此次毕业设计不仅要求我们能充分利用在校期间所学的相关课程的专业知识，同时也要求我们具有良好的理解能力、较强实践动手能力和实际运用的灵活度。

随着单片机技术的成熟，单片机在无线控制中的作用也日益增大。单片机具有体积小，处理速度快，价格低廉，功能强大。应用单片机作为控制系统避免了设备多，检修困难，运行维护不便，造价成本高的特点，也可以取消选层器和大量的中间继电器，而且又相对于应用其他系统控制减少了外围设备的接口芯片、增强了可靠性，运用单片机控制可以大大降低成本，而且程序被固化，加强了保密性、提高了可靠性，可以做成专用控制系统，所以单片机是合适的控制元件。但由于单片机种类繁多，人们采用不同的单片机作为电机的主控制器件，电机所实现的功能也不尽相同。

1、 针对毕业设计要求进行了细致的资料收集工作和广泛的调研，确定了此次设计的方案，并进行了详细论证。同时，针对设计具体要求考虑了远程控制灯光照明在实际应用中所面对的一系列问题。

2、 设计中选用单片机C8051F020为主控芯片，通过连接无线控制模块来实现远程控制灯光照明系统；

3、设计中选用 中兴集讯公司的MG8O1A芯片为无线控制模块，4、 对基于CDMA技术的灯光照明控制系统进行了硬件电路设计，其中包括单片机控制模块、无线通信模块、被控对象模块、RS232串口模块和稳压电源模块和其他子模块电路等；

5、 针对硬件电路进行了软件编程实现和软件抗干扰设计，实现了利于CDMA网络远程控制灯光照明系统的过程。该设备可以应用于远程控制照明灯光、无线抄表、车辆调度和工业控制等领域。基于CDMA技术的灯光照明控制系统，具有以下特点：1．利用移动通信网络覆盖面广、网络设施完备的整体优势，不再需投资基础设施、随时随地实现“个性化”的服务。2．实施与运行费用低，只需把数据终端加入己有系统中，短消息收费方式采用包月计费或按短消息条数来计费的方式，这样就降低了费用。3．可以在无人值守、环境恶劣、超远距离的情况下控制信息的收集和传送，硬件的品质保证了通信安全可靠。4．独立性好，可以不需PC机支持，在应用现场独立完成数据的传输，给用户使用带来方便。5．可以进行二次开发，与其他应用系统集成为新的产品。6.2展望由于所学知识的有限，该设计的比较简单，对于单片机利用CDMA控制灯光照明系统进行了仔细的深入研究和实现，这次的设计基本满足了无线控制的一些基本要求，在设计过程中，尽量做到使设计更加明白简单。选择这一方向来作为此次毕业设计，不仅是对四年知识学习的考察，也是对这些能力的应用考察，尽力使自己的设计减少错误。

但是，由于知识和能力的欠缺，这套设计依然不够完善在硬件电路设计方面还有所欠缺，建议今后在以下几个方面开展进一步的工作：（1）增加数据终端的供电方式，现采用外部供电方式，显然使应用受到了一定的限制，可以采用充电电池供电方式作为补充。（2）根据用户需求，可以开发出功能强大的上位机软件，如：进行数据分析处理、波形显示、打印等功能。使其成为一功能强大的应用软件。近几十年来，随着无线技术的发展，无线控制的发展也越来越成熟，而远程控制灯光照明系统也将向更精确、更可靠、更经济的方向发展，在这些不断发展的过程中，远程控制方面还需要解决很多问题。

通过本次的毕业设计，对以前所学的理论知识有了更进一步的了解，同时能更加合理的查阅及利用资料，为达到课题要求儿对在大学期间所学习的课程进行了全面、综合的巩固和加深。

致谢衷心感谢我的指导老师李世芳教授，感谢对于我论文的指导。指导老师严谨的治学态度、踏实的工作作风和对事业、学术的执着追求以及对我的谆谆教诲给我留下了深刻的印象，使我受益终身。本论文是在她的精心指导和关怀下完成的，从论文的选题、到电路设计方案，王老师都提出了宝贵的意见。在此，谨向导师致以衷心的谢意与崇高的敬礼!在本文的设计过程中得到了物理电气信息学院电气自动化（1）班的班长杨伟峰及马元同学的帮助，在此也向他们表示最衷心的感谢!同时还要感谢我的父母和家人给予我生活上的经济资助以及精神上的支持和鼓励，在此向他们表示最真挚的感谢!参考文献[1]郭丙君，俞金寿基于GSM的远程监控系统.自动化仪表.2004年8月第25卷第8期[2]王德凡漫话CMDA移动通信.移动通信2002.4[3]竺南直，肖辉码分多址(DCMA)移动通信系统.[M]北京:电子工业出版社.1999.4[4]兰华军基于CDMA的视频图像无线传输解决方式.计算机世界[5]王鹏，雷斌.基于CDMA的无线数传系统设计.单片机与嵌入式系统应用2005.10[6]琢金等，施国君.C8051F高速SOC单片机原理及应用.[M]北京：北京航空航天大学出版社.2002.5[7]求是科技编著.单片机通信技术与工程实践.[M]北京：人民邮电出版社2005.3[8]房小翠，王金凤.单片机实用系统设计技术.[M].北京：国防工业出版社.1999.6[9]何立民编著.单片机应用系统设计[M].北京：北京航空航天大学出版社.2002.7附录附录A:英文缩写对照表ADDS应用数据发送服务B/S浏览器/服务器BS基站BSS基站系统 BUFFER缓冲器BSC基站控制器CDMA码分多址C/S客户机/服务器DAO数据访问对象DBCS双字节字符系统DCE数据通信设备DTE数据终端设备ESD静电释放FDMA频分多址GSM全球移动通信系统GMSC移动交换中心网关HLR归属位置寄存器IDE集成开发环境IWMSC互联移动交换中心JTAG连接测试行动小组LDO低压差线性稳压器MAP移动台应用部分MO移动台发起MS移动台MT移动台终结PLMN公共陆地移动通信网RDO远程数据对象SFR特殊功能寄存器SMDPP短消息传输点到点操作SME短消息实体SMS短消息业务SMSC短消息中心SOC系统级芯片TDMA时分多址VLP访问位置寄存器W-CDMA宽带码分多址WDT看门狗定时器附录B：数据终端部分单片机源代码/*-------------------------------------------------------------------------------主函数----------------------------------------------------------------------------------*/voidmain(){uchari,j；SYSCLK_Init()；Port_Init()；//configureportEA=1；//EnableglobaliterruptES0=1；EIE2=0x40；WDTCN=0xFF；Timer2_I