【正文】 專業(yè)課程設(shè)計報告 題 目： 基于單片機(jī)的射頻無線收發(fā)系統(tǒng) 南昌航空大學(xué)信息工程學(xué)院20 13 年 0 7 月 05 日基于單片機(jī)的無線射頻收發(fā)系統(tǒng)摘　要：隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的飛速發(fā)展，通信技術(shù)也取得了長足的進(jìn)步。在無線通信領(lǐng)域,越來越多的通信產(chǎn)品大量涌現(xiàn)出來。但設(shè)計無線數(shù)據(jù)傳輸產(chǎn)品往往需要相當(dāng)?shù)臒o線電專業(yè)知識和價格高昂的專業(yè)設(shè)備，因而影響了用戶的使用和新產(chǎn)品的開發(fā)。nRF24L01是一個為433MHz　ISM頻段設(shè)計的無線收發(fā)芯片，它為短距離無線數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用提供了較好的解決辦法, 使用nRF24L01降低了開發(fā)難度，縮短了開發(fā)周期，使產(chǎn)品能更快地推向市場。本文提出了一種應(yīng)用于無線數(shù)據(jù)收發(fā)系統(tǒng)的設(shè)計思路及實(shí)現(xiàn)方案，給出了基于無線射頻芯片nRF24L01和STC89C52單片機(jī)的無線數(shù)據(jù)傳輸模塊的設(shè)計方法,詳細(xì)分析了各部分實(shí)現(xiàn)原理，并對系統(tǒng)的傳輸距離、傳輸數(shù)據(jù)的正確性進(jìn)行了測試。試驗(yàn)表明，該系統(tǒng)性能穩(wěn)定，具有較強(qiáng)的抗干擾能力，有較強(qiáng)的實(shí)用價值。關(guān)鍵詞：無線通信 無線數(shù)據(jù)傳輸模塊 單片機(jī) 射頻 目 錄 前言 ……………………………………………………………………………………11系統(tǒng)設(shè)計………………………………………………………………………1……………………………………………………………………………2 ……………………………………………………………………………22系統(tǒng)組成…………………………………………………………………………2 射頻收發(fā)控制模塊……………………………………………………………3 無線射頻收發(fā)芯片nRF24L01介紹……………………………………………3 穩(wěn)壓部分………………………………………………………………………5……………………………………………………………………6 STC89C52RC功能介紹…………………………………………………………6 內(nèi)部結(jié)構(gòu)………………………………………………………………………6 串口通信………………………………………………………………………8 顯示部分…………………………………………………………………………103軟件設(shè)計………………………………………………………………………………11 主程序流程圖……………………………………………………………………11 數(shù)據(jù)收發(fā)子程序流程圖…………………………………………………………12 鍵盤子程序流程圖………………………………………………………………134測試結(jié)果及分析………………………………………………………………………13 硬件電路測試……………………………………………………………………14 系統(tǒng)測試…………………………………………………………………………14 測試方法……………………………………………………………………14 功能測試及分析……………………………………………………………145結(jié)論………………………………………………………………………………166參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………17致謝………………………………………………………………………………………18附錄1：無線發(fā)射系統(tǒng)電路圖…………………………………………………………19附錄 2：發(fā)送程序……………………………………………………………………… 20前言伴隨著短距離、低功率無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的成熟，無線數(shù)據(jù)傳輸被越來越多地應(yīng)用到新的領(lǐng)域。與有線通信方式相比，無線通信以其不需鋪設(shè)明線，使用便捷等一系列優(yōu)點(diǎn)，在現(xiàn)代通信領(lǐng)域占重要地位。但以往的無線產(chǎn)品存在范圍和方向上的局限。例如，一些無線產(chǎn)品在使用時，無法將信息反饋給控制者；還有一些無線產(chǎn)品不能很好地顯示參數(shù)或狀態(tài)信息，如果能在系統(tǒng)中增加一塊小型液晶顯示電路，產(chǎn)品不僅能向用戶顯示其狀態(tài)或狀態(tài)的改變，而且可以大大降低成本。正如人們所發(fā)現(xiàn)的，只要建立雙向無線通信雙工通信并且選無線數(shù)據(jù)傳輸模塊基于微功耗單片射頻收發(fā)器NRF24L01設(shè)計，采用89C52單片機(jī)完成數(shù)據(jù)的處理和控制擇成本低的收發(fā)芯片，就會出現(xiàn)許多新應(yīng)用。本次設(shè)計主要是利用無線收發(fā)電路，加上單片機(jī)控制與液晶顯示制成一套完整的數(shù)據(jù)收發(fā)系統(tǒng)。考慮到目前市場上的一些需求，設(shè)計的主要要求是方案成本低，體積小，低功耗，集成度高，盡量無需調(diào)外部元件，傳輸時間短，接口簡單。 第一章 系統(tǒng)設(shè)計 系統(tǒng)設(shè)計無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)有點(diǎn)對點(diǎn)，點(diǎn)對多點(diǎn)和多點(diǎn)對多點(diǎn)三種。本系統(tǒng)由于實(shí)際應(yīng)用的需要，接收器和數(shù)據(jù)終端之間的數(shù)據(jù)傳輸通過NRF24L01進(jìn)行，構(gòu)成點(diǎn)對點(diǎn)無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。整個系統(tǒng)中，兩數(shù)據(jù)終端之間的無線通信采用433MHz的頻段作為載波頻率，收發(fā)通過串口通信。 無線數(shù)據(jù)收發(fā)系統(tǒng)可以分為無線收發(fā)控制電路、單片機(jī)控制電路、顯示電路和按鍵電路四部分組成，系統(tǒng)原理框如圖11所示：液晶顯示屏單片機(jī)系統(tǒng)無線收發(fā)器按鍵單片機(jī)系統(tǒng)無線收發(fā)器 圖11 無線數(shù)據(jù)收發(fā)系統(tǒng)原理圖 實(shí)現(xiàn)過程當(dāng)我們需要發(fā)送數(shù)據(jù)時，使用按鍵來輸入所需發(fā)送的信息。，單片機(jī)的 ，并且TXD端與收發(fā)器輸入端相連，通過TXD將數(shù)據(jù)傳入收發(fā)器，收發(fā)器接收到數(shù)據(jù)后，通過FSK調(diào)制，將信號發(fā)送出去；接收端的收發(fā)器通過解調(diào)，將載波信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，完成信息傳輸過程；收發(fā)器的輸出端通過RXD端將數(shù)字信號輸入到單片機(jī)；單片機(jī)將數(shù)據(jù)傳送到顯示器，這樣就完成了一次數(shù)據(jù)發(fā)送與接收并顯示的過程。本系統(tǒng)采用的是半雙工傳送方式。 所謂半雙工就是通信的雙方均具有發(fā)送和接收信息的能力，信道也具有雙向傳輸性能，但是，通信的任何一方都不能同時既發(fā)送信息又接收信息，即在指定的時刻，只能沿某一個方向傳送信息。所以上述實(shí)現(xiàn)過程只介紹了由一方傳送到另一方的過程，而相反方向與其原理相同。第二章 系統(tǒng)組成該模塊主要由NRF24L01構(gòu)成，~ 世界通用ISM 頻段的單片無線收發(fā)器芯片。無線收發(fā)器包括：頻率發(fā)生器、增強(qiáng)型SchockBurst模式控制器、功率放大器、晶體振蕩器調(diào)制器、解調(diào)器。輸出功率頻道選擇和協(xié)議的設(shè)置可以通過SPI接口進(jìn)行設(shè)置。 無線收發(fā)芯片nRF24L01介紹1. 主要引腳功能圖21NRF24L01引腳圖表21 NRF24L01主要引腳說明表接口電路管腳說明管腳名稱管腳功能說明1GND接地電源電源地2VCC接電源正電源正。3CE模塊輸入信號由單片機(jī)給出信號控制NRF24L01模塊內(nèi)部射頻電路工作與否4CSN模塊輸入信號模塊的片選信號，單片機(jī)發(fā)出信號來控制允許向模塊讀或?qū)憯?shù)據(jù)5SCK模塊輸入信號串行時鐘信號。由單片機(jī)發(fā)出，來控制模塊的讀或?qū)懙倪\(yùn)作節(jié)拍6MOSI模塊輸入信號是單片機(jī)向NRF24L01發(fā)送數(shù)據(jù)的接口7MISO模塊輸出信號是NRF24L01模塊向單片機(jī)送數(shù)據(jù)的接口8IRQ模塊輸出信號是NRF24L01產(chǎn)生中斷信號發(fā)送給單片機(jī)的接口2. 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖22NRF24L01無線收發(fā)芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖3. NRF24L01無線模塊特點(diǎn)：(1)GFSK 調(diào)制：(2)硬件集成 OSI 鏈路層；(3)具有自動應(yīng)答和自動再發(fā)射功能。(4)片內(nèi)自動生成報頭和 CRC 校驗(yàn)碼；(5)數(shù)據(jù)傳輸率為 l Mb/s 或2Mb/s；(6)SPI 速率為0 Mb/s～10 Mb/s；(7)125 個頻道：(8)與其他 nRF24 系列射頻器件相兼容；本系統(tǒng)中的NRF24L01是具備GFSK調(diào)制的無線收發(fā)芯片。GFSK 高斯頻移鍵控調(diào)制是把輸入數(shù)據(jù)經(jīng)高斯低通濾波器預(yù)調(diào)制濾波后，再進(jìn)行FSK調(diào)制的數(shù)字調(diào)制方式。它在保持恒定幅度的同時,能夠通過改變高斯低通濾波器的3dB帶寬對已調(diào)信號的頻譜進(jìn)行控制，具有恒幅包絡(luò)、功率譜集中、頻譜較窄等無線通信系統(tǒng)所希望的特性。因此,GFSK調(diào)制解調(diào)技術(shù)被廣泛地應(yīng)用在移動通信、航空與航海通信等諸多領(lǐng)域中。 穩(wěn)壓部分~，不能在這個區(qū)間之外。該穩(wěn)壓部分電路如下圖所示： 圖23 穩(wěn)壓電路該穩(wěn)壓部分主要由LM317和外圍電路構(gòu)成。LM317作為輸出電壓可變的集成三端穩(wěn)壓塊，是一種使用方便、應(yīng)用廣泛的集成穩(wěn)壓塊。穩(wěn)壓電源的輸出電壓可用下式計算：Vo＝（1＋R2/R1） （21）因此選擇R1為200歐姆，為了便于調(diào)試R2使用滑動變阻器。在應(yīng)用中，為了電路的穩(wěn)定工作，需要接二極管作為保護(hù)電路，防止電路中的電容放電時的高壓把LM317燒壞。控制電路主要組成部分為單片機(jī)STC89C52RC，通過STC89C52RC與nRF905進(jìn)行串行通信，并用其控制NRF24L01的工作模式和SPI輸入輸出，從而調(diào)整收發(fā)狀態(tài)。STC89C52RC還控制液晶屏的顯示和按鍵等系統(tǒng)工作。 STC89C52RC功能介紹STC89C52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程Flash存儲器。STC89C52使用經(jīng)典的MCS51內(nèi)核，但做了很多的改進(jìn)使得芯片具有傳統(tǒng)51單片機(jī)不具備的功能。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM， 32 位I/O 口線，看門狗定時器，內(nèi)置4KB EEPROM，MAX810復(fù)位電路，3個16 位定時器/計數(shù)器，4個外部中斷，一個7向量4級中斷結(jié)構(gòu)（兼容傳統(tǒng)51的5向量2級中斷結(jié)構(gòu)），全雙工串行口。另外 STC89C52 可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU 停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。最高運(yùn)作頻率35MHz，6T/12T可選。 內(nèi)部結(jié)構(gòu)STC89C52RC單片機(jī)包含中央處理器、程序存儲器(ROM)、數(shù)據(jù)存