基于低端微控制的無(wú)線控制器系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)

無(wú)線通信是人們現(xiàn)代日常生活的一部分，在辦公室、學(xué)校或家庭等場(chǎng)所，都在接觸無(wú)線通信設(shè)備，如筆記本電腦、打印機(jī)、攝像機(jī)、手持設(shè)備、照明控制器和家電設(shè)備等。這些設(shè)備的復(fù)雜程度與它們執(zhí)行的任務(wù)類型有關(guān)，其中許多家庭自動(dòng)化的無(wú)線應(yīng)用采用小型微控制器和少量代碼執(zhí)行簡(jiǎn)單的任務(wù)，更加追求低成本、單一性和微型化。在目前眾多的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中，ZigBee技術(shù)作為一種新興的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，近兩年在工業(yè)控制、消費(fèi)電子等領(lǐng)域以及科研開發(fā)中得到了眾多的關(guān)注和使用，而且越來(lái)越顯示出它的強(qiáng)勁應(yīng)用勢(shì)頭。ZigBee是一種低功耗、短距離和低速的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，工作在2.4GHz國(guó)際免執(zhí)照的頻段，在 IEEE標(biāo)準(zhǔn)上它和無(wú)線局域網(wǎng)、藍(lán)牙同屬802家族中的無(wú)線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)。

通常的ZigBee無(wú)線控制器節(jié)點(diǎn)是以一個(gè)高端微控制器為核心，再配合無(wú)線收發(fā)器構(gòu)成的。本文將設(shè)計(jì)一個(gè)新型的、低成本的、使用ZigBee無(wú)線技術(shù)的精簡(jiǎn)型無(wú)線控制器，比如用于空調(diào)遙控，整個(gè)目標(biāo)應(yīng)用板上的元器件極少，走線極少，體積極小。該設(shè)計(jì)只采用三個(gè)電子芯片：一個(gè)低端微控制器(MC9S08QG8)、一個(gè)RF收發(fā)器(MC13192)和一個(gè)16×2的LCD,其他需要的元器件為電阻和按鍵之類的無(wú)源器件。

硬件電路的具體設(shè)計(jì)

根據(jù)前面器件選擇和總體構(gòu)建的考慮，本文完成的無(wú)線控制器具體設(shè)計(jì)電路如圖2所示。其中MC9S08QG8微控制器(MCU)的大部分管腳具有多重功能，電路設(shè)計(jì)中，即以MC9S08QG8為核心，實(shí)現(xiàn)各種控制。

圖 無(wú)線控制器應(yīng)用原理圖分為三部分：MC9S08QG8 MCU所需的基本連接;MCl 3192無(wú)線收發(fā)器的連接;16×2 LCD和4個(gè)按鍵的連接。

各部分的供電電源為低電壓3 V,可用兩節(jié)7號(hào)電池供電。MCU的時(shí)鐘電路無(wú)需外接晶振，直接使用MCU內(nèi)部自帶的時(shí)鐘;MCU的RST和BKGD引腳用于BDM接口的連接，完成程序下載后可另作它用，比如MCl3192的中斷信號(hào)IRO就接至PTA3/RST/IRQ復(fù)用;圖2中MCl3192收發(fā)器其他外圍電路使用數(shù)據(jù)手冊(cè)提供的工作所需的最低硬件要求。MCU與MCl3192的連接按照標(biāo)準(zhǔn)SPI方式連接，MCU為主機(jī)，MCl3192為從機(jī)，通過(guò) MOSI,MISO,SPSCK信號(hào)線可以配置收發(fā)器，并發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。同時(shí)也可以通過(guò)SPI配置收發(fā)器提供的定時(shí)器和GPIO引腳，將其用于其他的目的。收發(fā)器的片選CE信號(hào)由MCU的通用I/O口PTB5進(jìn)行選通。收發(fā)器要切換運(yùn)行模式(接收、發(fā)送、半休眠、休眠或空閑)還需要另外一個(gè)信號(hào)，該信號(hào)稱為RXTXEN,由MCU的通用I/O口PTB7進(jìn)行處理。MCU與MCl3192之間的數(shù)據(jù)傳輸模式可采用流模式，每次收發(fā)一個(gè)字(16 b)，都通過(guò)中斷由MCU控制處理，這樣可以最大限度地保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性。

16×2 LCD的RS,R/W,E信號(hào)由MCU通用I/O口PTB的三個(gè)引腳進(jìn)行控制，實(shí)際上可以將R/W直接接低電平，或者軟件控制使始終為低點(diǎn)平，因?yàn)閼?yīng)用時(shí)只需對(duì)LCD做命令、數(shù)據(jù)寫入;數(shù)據(jù)線采用LCD的4線訪問形式，即只用DB4~DB7,由MCU的 PTA0~PTA3提供;背光電源BKL+,BKL-不接，以減少功耗。4個(gè)按鍵也接在MCU的PTA0~PTA3,與LCD數(shù)據(jù)線復(fù)用，按鍵的上拉電阻使用MCU內(nèi)部配置的，無(wú)需外接上拉以減省元件。同時(shí)當(dāng)?shù)却幚戆存I時(shí)，MCU將按鍵輸入直接配置成按鍵輸入中斷，也減少了硬件連接和軟件復(fù)雜度，按鍵發(fā)生時(shí)MCU自動(dòng)轉(zhuǎn)去讀取按鍵輸入及按鍵處理，當(dāng)要進(jìn)行LCD顯示時(shí)，MCU又將復(fù)用線臨時(shí)配置成數(shù)據(jù)輸出，配合LCD控制信號(hào)完成LCD的內(nèi)容顯示。MCU的8 KB FLASH和512 B的存儲(chǔ)器資源對(duì)于一般的無(wú)線控制是足夠的，另外，設(shè)計(jì)中還會(huì)用到MCU的定時(shí)器資源，通過(guò)定時(shí)比較器生成一般無(wú)線控制應(yīng)用中都需要的定時(shí)時(shí)間，通過(guò)軟件編程可以方便地實(shí)現(xiàn)。

本文僅使用了一個(gè)FREESCALEMC9S08QG8低端微控制器，再加上很少的一些連接線和硬件資源，已經(jīng)具有無(wú)線通信能力和人機(jī)交互功能。這說(shuō)明 ZigBee無(wú)線應(yīng)用并不一定總是需要高性能的微控制器，低端微控制器也能夠完成無(wú)線網(wǎng)絡(luò)要求的一些基本任務(wù)，從而降低了整個(gè)解決方案的成本。同時(shí)，本文實(shí)現(xiàn)的無(wú)線控制器具有功耗低、元器件少、成本低、性能高而功能全的特點(diǎn)，是嵌入式無(wú)線控制應(yīng)用的一種精簡(jiǎn)解決方案。