基于单片机的无线电子点菜系统硬件方案设计

3.2 开发板的各个组成部分原理图以及功能

整个开发板是由单片机最小系统和它的一些外围电路组成，单片机最小系统做为整个开发板的控制中心，控制各个外围电路协调工作，完成系统设计的功能。整个系统原理图见附录2，下面详细叙述各个组成部分的原理及各自实现的功能。原理图由Protel 99SE[18][19]绘制。
3.2.1 单片机最小系统组成电路
单片机最小系统是整个开发板的控制中心，它由电源，复位电路和晶振组成。电源采用5V供电，晶振为12MHZ。为了便于调试，将P0.4-P0.7和发光管相连，发光管为共阳极连接，这是因为开发板初上电或者或者复位后，所有的I/O口均为高电平。由于不使用外部存储器，因此将EA接高电平。为了方便调试和降低成本，因此选用USB（Universial Serial Bus,通用串口总线）方式供电。USB的即插即用特性，使对开发板供电非常方便。图3.1所示为单片机最小系统。
图3.1 单片机最小系统
3.2.2 串行口电平转换部分
大多数PC机都有一个串行通讯端口RS-232用于两台计算机间进行串行通讯。RS - 232通讯接口是一种标准化的串行接口，是为DTE(Data Terminal Equipment，远程通讯连接终端设备)与DCE (Data Communication Equipment，数据通讯设备)定义的物理接口。RS-232采用非平衡连接(又称为单端线路)，在这个线路中，信号电压加到一条导线上，所有的信号电压都使用一个公共的接地线。为了提高抗干扰能力和增加传送距离，RS一232的每个脚线的信号和电平规定采用负逻辑电平，DC(-15一5V)规定为逻辑”1″,DC(+ 5-+15V)规定逻辑”0″, DC(-5一+5V规定为过渡区)。由于单片机的输入、输出电平为TTL电平，与 PC机RS-232标准串行接口的电气规范不一致，因此要实现单片机与PC机之间的数据通读，必须进行电平转换。选用的电平转换芯片为MAX232，它的工作电压为+5V，和单片机的工作电源相同。
由于STC89C58RD+单片机支持ISP下载，因此通过这个串行口既可以用来和PC机通信，又能将程序下载到单片机，不用购买昂贵的编程器。图3.2所示为串口电平转换部分。
图3.2 串口电平转换部分
3.2.3 LED部分
由于单片机复位后，各个引脚输出都为高电平，因此选用共阴极的LED数码管。每个数码管的使能端com1,com2,com3,com4分别接到P1.0,P1.1,P1.2,P1.3，当向使能端输出低电平，即可选通相对应的数码管。74LS244为三态输出的八组缓冲器和总线驱动器,选用的四位八段数码管本身已经集成了译码器，这样既简化了线路的连接，又降低了错误发生的概率。图3.3为LED部分。
图3.3 LED部分

3.2.4 开发板和无线数据传输模块接口部分
这一部分有两部分组成：由于nRF2401的工作电压为1.9V-3.6V，工作电压超过3.6V就会烧坏芯片。而开发板的电源为5V，因此为了使系统工作，必需要有5V电平转换为3.3V电平的部分。为了实现这一过程，选用LM1117-MAX3.3作为核心芯片。LM1117是一个低压差电压调节器系列，其压差在1.2V输出，负载电流为800mA时为1.2V。LM1117提供电流限制和热保护，电路包含1个齐纳调节的带隙参考电压以确保输出电压的精度在±1%以内。LM1117系列具有LLP、TO-263、SOT-223、TO-220和TO-252 D-PAK封装；此外为了使两个模块直接相连，将P2口的部分引脚用排针引到一起，排针间距为 100mil,标准 DIP 插针。图3.4为开发板和无线数据传输模块接口部分，图3.5为5V电平转3.3V电平部分。
图3.4 开发板和无线数据传输模块接口部分
图3.5 5V电平转3.3V电平部分

3.2.5 键盘部分
图3.6 键盘部分

键盘部分用来实现人机通信。有四个按键开关构成，分别为S5(P3.3/INT1), S6(P3.4/T0), S7(P3.5/T0), S5(P3.2/INT0),正常情况下均为高电平。当键按下后，输出为低电平。由于四个键盘的组成一样，这里只画出了S5的电路图。图3.6为键盘部分。

3.3 无线数据传输模块

通过仔细的比较和反复的论证后，决定选用nRF2401芯片作为无线模块的核心芯片，它的特点在上一章已经详细论述，这里不在重复。nRF2401芯片的典型应用电路如图3.7所示。

图3.7 nRF2401芯片的典型应用电路
从图11可以看出，只需要很少外围电路就可以组成无线数据传输模块。
它与开发板的接口电路为图3.8
各个接口的要求如下：
(1) VCC脚接电压范围为 1.9V~3.6V之间，不能在这个区间之外，超过3.6V将会烧毁模块。推荐电压3.3V左右。
(2) 除电源 VCC 和接地端，其余脚都可以直接和普通的 5V 单片机IO 口直接相连，无需电平转换。当然对 3V 左右的单片机更加适用了。
(3) 硬件上面没有SPI的单片机也可以控制本模块，用普通单片机IO口模拟SPI不需要单片机真正的串口介入，只需要普通的单片机IO口就可以了，当然用串口也可以了。
(4)6脚，12脚为接地脚,需要和开发板的逻辑地连接起来。
图3.8 无线数据传输模块与开发板的接口电路