【正文】 專業(yè)課程設(shè)計(jì)報(bào)告 題 目： 基于單片機(jī)的射頻無(wú)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(wú)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(zhǎng)足的進(jìn)步。在無(wú)線通信領(lǐng)域 ,越來(lái)越多的通信產(chǎn)品大量涌現(xiàn)出來(lái)。但 設(shè)計(jì)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸產(chǎn)品往往需要相當(dāng) 的無(wú)線電專業(yè)知識(shí)和價(jià)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(gè)為 433MHz ISM 頻段設(shè)計(jì)的無(wú)線收發(fā)芯片，它為短距離無(wú)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(chǎng) 。 本文提出了一種應(yīng)用于無(wú)線數(shù)據(jù)收發(fā)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路及實(shí)現(xiàn)方案，給出了基于無(wú)線射頻芯片 nRF24L01 和 STC89C52 單片機(jī)的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊的設(shè)計(jì)方法 ,詳細(xì)分析了各部分 實(shí)現(xiàn)原理， 并對(duì)系統(tǒng)的傳輸距離、傳輸數(shù)據(jù)的正確性進(jìn)行了測(cè)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(jià)值。 關(guān)鍵詞： 無(wú)線 通信 無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊 單片機(jī) 射頻 目 錄 前言 ???????????????????????????????? 1 1 系統(tǒng)設(shè)計(jì) ??????????????????????????? 1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)??????????? ?????????????????? 2 實(shí)現(xiàn)過(guò)程????????????????????????????? 2 2 系統(tǒng)組成 ???????????????????????????? 2 射頻收發(fā)控制模塊??????????????????????? 3 無(wú)線射頻收發(fā)芯片 nRF24L01介紹????????????????? 3 穩(wěn)壓部分??????????????????????????? 5 單片機(jī)控制部分?????????????????????????? 6 STC89C52RC 功能介紹?????????????????????? 6 內(nèi)部結(jié)構(gòu)??????????????????????????? 6 串口通信??????????????????????????? 8 顯示部分 ???????????????? ???????????? 10 3 軟件設(shè)計(jì) ?????????????????????????????? 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???????????????????????? 13 4 測(cè)試結(jié)果及分析 ??????????????????????????? 13 硬件電路測(cè)試?????????????????????????? 14 系統(tǒng)測(cè)試???????????????????????????? 14 測(cè)試方法?????????????????????????? 14 功能測(cè)試及分析??????????????????????? 14 5 結(jié)論 ??? ??????????????????????????? 16 6 參考文獻(xiàn) ????????????????????????????? 17 致謝????????????????????????????????? 18 附錄 1： 無(wú)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(wú)線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的成熟， 無(wú)線 數(shù)據(jù)傳輸 被越來(lái)越多地應(yīng)用到新的領(lǐng)域。與有線通信方式相比，無(wú)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(wú)線產(chǎn)品存在范圍和方向上的局限。例如，一些無(wú)線產(chǎn)品在使用時(shí)，無(wú)法將信息反饋給控制者；還有一些無(wú)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(wú)線通信 雙工通信并且選 無(wú)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(jì)，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(huì)出現(xiàn)許多新應(yīng)用。 本次設(shè)計(jì)主要是利用無(wú)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)?？紤]到目前市場(chǎng)上的一些需求，設(shè)計(jì)的主要要求是方案成本低， 體積小，低功耗 ，集成度高，盡量無(wú)需調(diào)外部元件，傳輸時(shí)間短，接口簡(jiǎn)單 。 。 第一章 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)有點(diǎn)對(duì)點(diǎn)，點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)和多點(diǎn)對(duì)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(guò) NRF24L01 進(jìn)行，構(gòu)成點(diǎn)對(duì)點(diǎn)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)中，兩數(shù)據(jù)終端之間的無(wú)線通信采用 433MHz 的頻段作為載波頻率，收發(fā)通過(guò)串口通信。 無(wú)線數(shù)據(jù)收發(fā)系統(tǒng)可以分為無(wú)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： 圖 11 無(wú)線數(shù)據(jù)收發(fā)系統(tǒng)原理圖 實(shí)現(xiàn)過(guò)程 當(dāng)我們需要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，使用 按鍵來(lái)輸入所需發(fā)送的信息。按鍵與 單片機(jī)的STC89C52RC 的 口相接，單片機(jī) 的 口控制信息的發(fā)送與接收，并且TXD 端與收發(fā)器輸入端相連，通過(guò) 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(guò) FSK 調(diào)制，將信號(hào)發(fā)送出去；接收端的 收發(fā)器 通過(guò)解調(diào)，將載波信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，完成信息傳輸過(guò)程； 收發(fā)器 的輸出端通過(guò) RXD 端將數(shù)字信號(hào)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(guò)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(shí)既發(fā)送信息又接收信息，即在指定的時(shí)刻，只能沿某一個(gè)方向傳送信息。所以上述實(shí)現(xiàn)過(guò)程只介紹了由一方傳送到另一方的過(guò)程，而相反方向與其原理相同。 無(wú)線收發(fā)器 按鍵 單片機(jī)系統(tǒng) 無(wú)線收發(fā)器 液晶 顯示屏 單片機(jī)系統(tǒng) 第二章 系統(tǒng)組成 射頻收發(fā)控制模塊 該模塊主要由 NRF24L01 構(gòu)成， RF24L01 是一款工作在 ~ 世界通用ISM 頻段的單片無(wú)線收發(fā)器芯片。無(wú)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(guò) SPI 接口進(jìn)行設(shè)置。 無(wú)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(shuō)明表 接口電路管腳說(shuō)明管腳 名稱 管腳功能 說(shuō)明 1 GND 接地電源 電源地 2 VCC 接電源正 電源正。范圍在 。 3 CE 模塊輸入信號(hào) 由 單 片 機(jī) 給 出 信 號(hào) 控 制NRF24L01模塊內(nèi)部射頻電路工作與否 4 CSN 模塊輸入信號(hào) 模塊的片選信號(hào)，單片機(jī)發(fā)出信號(hào)來(lái)控制允許向模塊讀或?qū)憯?shù)據(jù) 5 SCK 模塊輸入信號(hào) 串行時(shí)鐘信 號(hào)。由單片機(jī)發(fā)出，來(lái)控制模塊的讀或?qū)懙倪\(yùn)作節(jié)拍 6 MOSI 模塊輸入信號(hào) 是單片機(jī)向 NRF24L01發(fā)送數(shù)據(jù)的接口 7 MISO 模塊輸出信號(hào) 是 NRF24L01模塊向單片機(jī)送數(shù)據(jù)的接口 8 IRQ 模塊輸出信號(hào) 是 NRF24L01產(chǎn)生中斷信號(hào)發(fā)送給單片機(jī)的接口 2. 內(nèi)部結(jié)構(gòu) 圖 22NRF24L01 無(wú)線收發(fā)芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 3. NRF24L01 無(wú)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(dòng)應(yīng)答和自動(dòng)再發(fā)射功能 。 (4)片內(nèi)自動(dòng)生成報(bào)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(gè)頻道： (8)與其他 nRF24 系列射頻器件相兼容； 調(diào)制 本系統(tǒng)中的 NRF24L01 是具備 GFSK 調(diào)制的無(wú)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(shí) ,能夠通過(guò)改變高斯低通濾波器的 3dB 帶寬對(duì)已調(diào)信號(hào)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(wú)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(dòng)通信、航空與航海通信等諸多領(lǐng)域中。 穩(wěn)壓部分 由于 NRF24L01 的 VCC 腳接電壓范圍為 ~ 之間，不能在這個(gè)區(qū)間之外，超過(guò) 將會(huì)燒毀模塊，因此選用 電壓。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(jì)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(dòng)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(shí)的高壓把LM317 燒壞。 單片機(jī)控制部分 控制電路主要組成部分為單片機(jī) STC89C52RC， 通過(guò) 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(chǔ)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(shí)器 ，內(nèi)置 4KB EEPROM， MAX810 復(fù)位電路， 3 個(gè) 16 位 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器， 4 個(gè)外部中斷，一個(gè) 7 向量 4 級(jí)中斷結(jié)構(gòu)（兼容傳統(tǒng) 51 的 5 向量 2 級(jí)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