基于低端微控制的無(wú)線(xiàn)控制器系統電路設計

　　無(wú)線(xiàn)通信是人們現代日常生活的一部分，在辦公室、學(xué)?；蚣彝サ葓?chǎng)所，都在接觸無(wú)線(xiàn)通信設備，如筆記本電腦、打印機、攝像機、手持設備、照明控制器和家電設備等。這些設備的復雜程度與它們執行的任務(wù)類(lèi)型有關(guān)，其中許多家庭自動(dòng)化的無(wú)線(xiàn)應用采用小型微控制器和少量代碼執行簡(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(xiàn)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)中，ZigBee技術(shù)作為一種新興的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)，近兩年在工業(yè)控制、消費電子等領(lǐng)域以及科研開(kāi)發(fā)中得到了眾多的關(guān)注和使用，而且越來(lái)越顯示出它的強勁應用勢頭。ZigBee是一種低功耗、短距離和低速的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)，工作在2．4GHz國際免執照的頻段，在 IEEE標準上它和無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)、藍牙同屬802家族中的無(wú)線(xiàn)個(gè)人區域網(wǎng)絡(luò )。

　　通常的ZigBee無(wú)線(xiàn)控制器節點(diǎn)是以一個(gè)高端微控制器為核心，再配合無(wú)線(xiàn)收發(fā)器構成的。本文將設計一個(gè)新型的、低成本的、使用ZigBee無(wú)線(xiàn)技術(shù)的精簡(jiǎn)型無(wú)線(xiàn)控制器，比如用于空調遙控，整個(gè)目標應用板上的元器件極少，走線(xiàn)極少，體積極小。該設計只采用三個(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&TImes;2的LCD，其他需要的元器件為電阻和按鍵之類(lèi)的無(wú)源器件。

　　硬件電路的具體設計

　　根據前面器件選擇和總體構建的考慮，本文完成的無(wú)線(xiàn)控制器具體設計電路如圖2所示。其中MC9S08QG8微控制器（MCU）的大部分管腳具有多重功能，電路設計中，即以MC9S08QG8為核心，實(shí)現各種控制。

　　圖2無(wú)線(xiàn)控制器應用原理圖分為三部分：MC9S08QG8 MCU所需的基本連接；MCl 3192無(wú)線(xiàn)收發(fā)器的連接；16&TImes;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7號電池供電。MCU的時(shí)鐘電路無(wú)需外接晶振，直接使用MCU內部自帶的時(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IRO就接至PTA3／RST／IRQ復用；圖2中MCl3192收發(fā)器其他外圍電路使用數據手冊提供的工作所需的最低硬件要求。MCU與MCl3192的連接按照標準SPI方式連接，MCU為主機，MCl3192為從機，通過(guò) MOSI，MISO，SPSCK信號線(xiàn)可以配置收發(fā)器，并發(fā)送和接收數據。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信號由MCU的通用I／O口PTB5進(jìn)行選通。收發(fā)器要切換運行模式（接收、發(fā)送、半休眠、休眠或空閑）還需要另外一個(gè)信號，該信號稱(chēng)為RXTXEN，由MCU的通用I／O口PTB7進(jìn)行處理。MCU與MCl3192之間的數據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據傳輸的實(shí)時(shí)性。

　　16&TImes;2 LCD的RS，R／W，E信號由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，因為應用時(shí)只需對LCD做命令、數據寫(xiě)入；數據線(xiàn)采用LCD的4線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)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數據線(xiàn)復用，按鍵的上拉電阻使用MCU內部配置的，無(wú)需外接上拉以減省元件。同時(shí)當等待處理按鍵時(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雜度，按鍵發(fā)生時(shí)MCU自動(dòng)轉去讀取按鍵輸入及按鍵處理，當要進(jìn)行LCD顯示時(shí)，MCU又將復用線(xiàn)臨時(shí)配置成數據輸出，配合LCD控制信號完成LCD的內容顯示。MCU的8 KB FLASH和512 B的存儲器資源對于一般的無(wú)線(xiàn)控制是足夠的，另外，設計中還會(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(xiàn)控制應用中都需要的定時(shí)時(shí)間，通過(guò)軟件編程可以方便地實(shí)現。

　　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(xiàn)和硬件資源，已經(jīng)具有無(wú)線(xiàn)通信能力和人機交互功能。這說(shuō)明 ZigBee無(wú)線(xiàn)應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(xiàn)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)現的無(wú)線(xiàn)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(xiàn)控制應用的一種精簡(jiǎn)解決方案。