硬件電路的具體設(shè)計 - 基于MC9S08QG8低端微控制器的無線控制器設(shè)計

　　3 硬件電路的具體設(shè)計

　　根據(jù)前面器件選擇和總體構(gòu)建的考慮，本文完成的無線控制器具體設(shè)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(shè)計中，即以MC9S08QG8為核心，實現(xiàn)各種控制。

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

　　各部分的供電電源為低電壓3 V，可用兩節(jié)7號電池供電。MCU的時鐘電路無需外接晶振，直接使用MCU內(nèi)部自帶的時鐘；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(shù)據(jù)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MOSI，MISO，SPSCK信號線可以配置收發(fā)器，并發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。同時也可以通過SPI配置收發(fā)器提供的定時器和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）還需要另外一個信號，該信號稱為RXTXEN，由MCU的通用I／O口PTB7進行處理。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)一個字（16 b），都通過中斷由MCU控制處理，這樣可以最大限度地保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性。

　　16×2 LCD的RS，R／W，E信號由MCU通用I／O口PTB的三個引腳進行控制，實際上可以將R／W直接接低電平，或者軟件控制使始終為低點平，因為應(yīng)用時只需對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個按鍵也接在MCU的PTA0～PTA3，與LCD數(shù)據(jù)線復用，按鍵的上拉電阻使用MCU內(nèi)部配置的，無需外接上拉以減省元件。同時當?shù)却幚戆存I時，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MCU自動轉(zhuǎn)去讀取按鍵輸入及按鍵處理，當要進行LCD顯示時，MCU又將復用線臨時配置成數(shù)據(jù)輸出，配合LCD控制信號完成LCD的內(nèi)容顯示。

　　MCU的8 KB FLASH和512 B的存儲器資源對于一般的無線控制是足夠的，另外，設(shè)計中還會用到MCU的定時器資源，通過定時比較器生成一般無線控制應(yīng)用中都需要的定時時間，通過軟件編程可以方便地實現(xiàn)。

　　4 無線控制功能示例

　　以上設(shè)計方案適用于多種無線控制應(yīng)用，如空調(diào)、智能風扇等的無線控制。在此方案基礎(chǔ)上還可以擴展出更復雜的無線控制應(yīng)用，因為MCU還有少量口線（比如再增加一個設(shè)備開關(guān)按鍵）、MCl3192還有很多接口如它自帶的GPIO、定時器等都是可利用資源；同時此方案其實仍然可以精簡，比如不需要顯示的無線控制應(yīng)用，就可省去LCD顯示器。

　　以空調(diào)的無線控制應(yīng)用為例，按本文硬件設(shè)計原理，使用LCD來顯示不同的功能菜單，如當前溫度、定時設(shè)置、溫度設(shè)置和工作狀態(tài)報告等。4個按鍵可以分別安排為：

　　SW1為功能菜單或狀態(tài)報告；SW2為增加數(shù)值或功能切換；SW3為減少數(shù)值或功能切換；SW4為確認或接受，兼用開關(guān)設(shè)備。

　　當應(yīng)用開始時，空調(diào)總是處于關(guān)閉狀態(tài)。必須先按SW4按鍵才能打開空調(diào)。當強制關(guān)閉空調(diào)時，SW1+SW4按鍵起作用?？照{(diào)打開后，LCD上會顯示當前溫度和上次設(shè)定溫度，一旦空調(diào)打開，可以分別使用SW2鍵和SW3鍵來降低或增加溫度。這時如果要設(shè)置空調(diào)的各種工作模式如制冷、制熱、除濕、自動、風向、風速、定時時間及溫度等，可以按動SW1切換功能并配合SW2鍵、SW3進行操作，每次用按鍵修改了工作模式、溫度、定時時間等設(shè)置后，系統(tǒng)會采用一個簡單的協(xié)議將控制命令通過MCl3192無限收發(fā)器發(fā)送到加熱／制冷系統(tǒng)。此時可按SW4鍵確認以使LCD恢復到狀態(tài)報告及新的設(shè)定指示。

　　如果沒有設(shè)置定時時間，空調(diào)永遠不會自動關(guān)閉，需要人工強制關(guān)閉。設(shè)置定時時間能自動關(guān)閉空調(diào)，安排定時時間在5～300 min之間。如果設(shè)置希望的定時時間，步驟如下：

　?。?）打開空調(diào)，如果空調(diào)處于關(guān)閉狀態(tài)，則不能設(shè)置定時時間；

　?。?）按SW1鍵。調(diào)整菜單到定時功能，使在LCD上顯示定時設(shè)置菜單；

　?。?）按SW2鍵或SW3鍵來減少或增加希望的定時時間；

　?。?）按SW4來接受新的定時時間；

　?。?）一旦接受新的定時時間后，LCD上會再次顯示工作模式、當前溫度、定時時間、剩余時間等相關(guān)信息。

　　對應(yīng)于設(shè)備定時關(guān)閉，空調(diào)的自動開啟功能則需要在本文電路基礎(chǔ)上增加專門的時鐘芯片來獲得日期、時間信息基準來實現(xiàn)，具體本文不做討論。

　　5 結(jié) 語

　　本文僅使用了一個FREESCALE MC9S08QG8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)具有無線通信能力和人機交互功能。這說明ZigBee無線應(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線網(wǎng)絡(luò)要求的一些基本任務(wù)，從而降低了整個解決方案的成本。同時，本文實現(xiàn)的無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，是嵌入式無線控制應(yīng)用的一種精簡解決方案。