【正文】 ................................................................ 18 程序下載 .................................................................................................................. 18 系統(tǒng)測試與設(shè)備連接 .............................................................................................. 19 實(shí)驗(yàn)分析 .................................................................................................................. 20 小結(jié) .......................................................................................................................... 21 結(jié)論 ......................................................................................................................................... 22 參考文獻(xiàn) ................................................................................................................................. 23 附錄一 主函數(shù) ....................................................................................................................... 25 致謝 ........................................................................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。藍(lán)牙和WiFi 無法與低功耗單片機(jī)直接相連，增加硬件復(fù)雜度和軟件成本的同時(shí)也已經(jīng)在增加系統(tǒng)的功耗； ZigBee 技術(shù)的傳輸速率只有 250kbps，不能滿足本系統(tǒng)的高速需求。高度符合市場需求。整個(gè)采集、發(fā)送、接收過程都具有一定的研究價(jià)值與意義?；?51 單片機(jī)收發(fā)系統(tǒng)的應(yīng)用開發(fā) 2 第一章 短距離無線數(shù)據(jù)收發(fā)系統(tǒng)分析 無線收發(fā)系統(tǒng)分析 無線通信的范圍非常廣泛，可分為許多種類。與普通 RF 技術(shù)比，藍(lán)牙和 HomeRF 不僅技術(shù)復(fù)雜度高，軟 硬件技術(shù)及其協(xié)議編程復(fù)雜，而且傳輸距離相對較近。無線通信和有線通信的用途完全 相似，兩者的最大不同是在于傳輸數(shù)據(jù)的媒介不同。典型的無線通信結(jié)構(gòu)包括一個(gè)無線發(fā)射端（數(shù)據(jù)源、調(diào)制器、 RF 源、 RF 功率放大器、天線、電源）和一個(gè)無線接收端（包括數(shù)據(jù)接收電路、 RF 解調(diào)器、譯碼器、 RF 低噪聲 放大器、天線、電源）。 無線模塊的選擇 在無線通信開發(fā)過程中，芯片的選擇上一般來說有兩種不同方法：一是直接使用無線單片機(jī)；另一種選擇則是采用單片機(jī)加無線芯片的形式，這么做的好處在于單片機(jī)與無線芯片之間可靈活搭配。 CC1100 是一種低成本真正單片的 UHF 收發(fā)器，是為低功耗無線應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。 nRF905 由頻率合成器、接收解調(diào)器、功率放大器、晶體振蕩器和調(diào)制器組成，不需外加聲表濾波器，工作于ShockBurstTM 工作模式，能自動(dòng)處理字頭和 CRC（循環(huán)冗余碼校驗(yàn)），使用 SPI 接口與微控制器通信，配置非常方便。與藍(lán)牙不同的是， nRF24L01 沒有復(fù)雜的通信協(xié)議，它對 用于完全透明，同種產(chǎn)品之間可以自由通信。收發(fā)模式由器件配置字決定。這種做法有 3 大好處：盡量節(jié)能；低的系統(tǒng)費(fèi)用（低速微處理器也能進(jìn)行高速射頻發(fā)射）；數(shù)據(jù)在空中停留時(shí)間短，抗干擾性強(qiáng) [2]。 nRF24L01 的工作模式有 4 種：收發(fā)模式、配置模式、空閑模式和關(guān)機(jī)模式。根據(jù)系統(tǒng)特性選擇 nRF24L01 無線收發(fā)模塊，并分析其工作流程及工作方式 。本設(shè)計(jì)要求使用普通 IO 口模擬 SPI 時(shí)序 ； 二是系統(tǒng)擴(kuò)展，即分別制造出滿足系統(tǒng)要求的外圍電路，選擇適當(dāng)?shù)男酒?，設(shè)計(jì)相應(yīng)的電路 [3]。具有 無線協(xié)議，很容易實(shí)現(xiàn)無線通信的功能 ； 液晶顯示模塊 使用 1602LCD 液晶顯示 ， 具有字符型液晶顯示，這種字符型液晶顯示模塊已經(jīng)是單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)中最常用的信息顯示器件了。 在很多現(xiàn)場操作中需要對大量的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和處理，對于單片機(jī)本身的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器以及在外部擴(kuò)展的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器而言，這些數(shù)據(jù)是十分龐大的，其容量遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了需要采集的數(shù)據(jù)，于是要將數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)進(jìn)行處理和分析 [4]。這些采用51 微處理器內(nèi)核的片上系統(tǒng)，一方面能繼續(xù)使用 51 微處理器幾十年來積累的各種應(yīng)用軟件資源，另一方面具有更多的功能、更快的速度、更小的體積、更低的功耗，因此，具有更廣闊的市場和發(fā)展空間。其工作頻率可達(dá) 48MHz。支持 ISP 在系統(tǒng)可編程，即可通過串口直接下載用戶程序， 8K 程序 3 秒即可完成一片 [6]。共 40 引腳，其中共分為 P0， P1， P2， P3 四個(gè) IO口。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、警惕振蕩器、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。 nRF24L01 集成了所有高速鏈路層操作，比如：重發(fā)丟失數(shù)據(jù)包和產(chǎn)生應(yīng)答信號。 （ 4） 由于鏈路層完全集成在芯片上，非常便于軟硬件的開發(fā)。由 MCU 發(fā)送讀取的數(shù)據(jù)值給 nRF24L01，同時(shí)與另 一個(gè) nRF24L01 完成一個(gè)發(fā)送接收過程 。 基于 51 單片機(jī)收發(fā)系統(tǒng)的應(yīng)用開發(fā) 8 圖 22 nRF24L01 原理圖 nRF24L01 的接收與發(fā)射 建立 nRF24L01 與 nRF24xx 接收數(shù)據(jù) 過程如下 ：使用與 nRF24L01 相同的 CRC 配置 、 設(shè)置 PRIM_RX 位為 相應(yīng)通道禁止自 動(dòng)應(yīng)答 功能、 與發(fā)射模塊使用相同的地址寬度、 與發(fā)射模塊使用相同的 頻道、 在 nRF24L01 兩端都選擇 1Mbit/s 的數(shù)據(jù) 傳輸率、設(shè)置正確的數(shù)據(jù) 寬度、 設(shè)置 PWR_UP 和 CE為 高。本設(shè)計(jì)中，以 MXC6225 為傳感器芯片的電路主要由 MXC622電容、電阻即可構(gòu)成。 CMOS 工藝 制造，并采用 3 3 LCC 密封。 1602LCD 分為帶背光和不帶背光兩種。其引腳信息如圖 23 所示。 基于 51 單片機(jī)收發(fā)系統(tǒng)的應(yīng)用開發(fā) 11 第三章 系統(tǒng)軟 件設(shè)計(jì) 開發(fā)環(huán)境 基于 51 單片機(jī)的無線數(shù)據(jù)收發(fā)系統(tǒng)的硬件采用 STC89C51 芯片，該芯片的開發(fā)編譯平臺(tái)有許多，開發(fā)工具都能輕易的獲取到，而且其中有一些還是免費(fèi)并開源的。 選定開發(fā)環(huán)境以后，還不能立即開發(fā) STC89C51，首先需要復(fù)制 STC89C51 的啟動(dòng)文件到工程文件夾中，工程最基本的文件格式為 boot、 interrupt、 src、 library、 list、 obj共六個(gè)文件夾。 主程序設(shè)計(jì) 主程序 完成系統(tǒng)初始化及各個(gè)程序之間的聯(lián)系任務(wù)。采用 C 語言編程，實(shí)現(xiàn)模塊化設(shè)計(jì) ,即系統(tǒng)初始化、 nRF24L01 發(fā)送的初始化及發(fā)送時(shí)序、nRF24L01 接收的初始化及接收時(shí)序 。 接收端單片機(jī)控制軟件先接收 PC 機(jī)通過 UART 串口傳送的地址等參數(shù)，將nRF24L01 設(shè)置為接收模式以接收檢測信號。 傳感器時(shí)序圖如圖 32 所示。 只有當(dāng) SCL 為低時(shí)， SDA 上的數(shù)據(jù)才可以進(jìn)行改變。 無線發(fā)射接收子程序設(shè)計(jì) nRF24L01 是一種單片的無線收發(fā)器，在一個(gè)無線通信系統(tǒng)里， nRF24L01 需要與一個(gè)作為控制器件的單片 機(jī)及若干被動(dòng)組件一起使用，才能成為一個(gè)最簡單的無線通信系統(tǒng) [13]。主機(jī)用 CLK 與從機(jī)時(shí)鐘同步。 下面具體介紹 STC89C51 單片機(jī)如何控制 nRF24L01 進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。之后為單片機(jī)設(shè)置發(fā)送模式，完成數(shù)據(jù)打包，進(jìn)行編碼、調(diào)制和發(fā)送。接著，將數(shù)據(jù)通過 IO 接口傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)中，接收完成后 nRF24L01 繼續(xù)進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)。 圖 33 SPI 讀時(shí)序 基于 51 單片機(jī)收發(fā)系統(tǒng)的應(yīng)用開發(fā) 15 SPI 寫操作時(shí)序圖如圖 34 所示 。但由于內(nèi)帶字符發(fā)生器的控制器來說，顯示字符就比較簡單了，可以讓控制器工作在文本方式，根據(jù)在 LCD 上開始顯示的行列號及每行的行數(shù)找出顯示 RAM 對應(yīng)的地址，設(shè)立光標(biāo)，在此送上該字符對應(yīng)的代碼即可。這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號和日文假名等。 D：控制整體顯示的開與關(guān)，高電平表示開顯示，低電平基于 51 單片機(jī)收發(fā)系統(tǒng)的應(yīng)用開發(fā) 16 表示關(guān)顯示 C：控制光標(biāo)的開與關(guān)，高電平表示有光標(biāo)，低電平表示無光標(biāo) B：控制光標(biāo)是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍 指令 5：光標(biāo)或顯示移位 S/C：高電平時(shí)移動(dòng)顯示的文字低電平時(shí)移動(dòng)光標(biāo) 指令 6：功能設(shè)置命令 DL：高電平時(shí)為 4 位總線，低電平時(shí)為 8 位總線 N：低電平時(shí)為單行顯示，高 電平時(shí)雙行顯示 F：低電平時(shí)顯示 5x7 的點(diǎn)陣字符，高電平時(shí)顯示5x10 的點(diǎn)陣字符 指令 7：字符發(fā)生器 RAM 地址設(shè)置 指令 8： DDRAM 地址設(shè)置 指令 9：讀忙信號和光標(biāo)地址 BF：為忙標(biāo)志位，高電平表示忙，此時(shí)模塊不能接收命令或者數(shù)據(jù)，如果為低電平表示不忙 指令 10：寫數(shù)據(jù) 指令 11：讀數(shù)據(jù) 液晶顯示模塊是一個(gè)慢顯示器件，所以在執(zhí)行每條指令之前一定要確認(rèn)模塊的忙標(biāo)志為低電平，表示不忙，否則此指令失效。 基于 51 單片機(jī)收發(fā)系統(tǒng)的應(yīng)用開發(fā) 17 液 晶 顯 示 應(yīng) 答單 片 機(jī) 發(fā) 寫 命 令清 屏 并 光 標(biāo) 復(fù) 位開 始準(zhǔn) 備 寫 入 數(shù) 據(jù)執(zhí) 行 顯 示 命 令是否 圖 35 LCD 軟件框圖 初始化子程序說明：首先 開始，然后清屏并光標(biāo)復(fù)位，單片機(jī)發(fā)出命令，再液晶顯示應(yīng)答。結(jié)合硬件電路進(jìn)行了試驗(yàn)參數(shù)調(diào)劑，根據(jù)試驗(yàn)效果提出了改進(jìn)方案和處理問題的新方法 。 圖 41 STC_ISP 界面圖 第一步是選擇單片機(jī)型號，與主控芯片一致，即本設(shè)計(jì)中的 STC89C51RC。第五步即為點(diǎn)擊下載按鈕。二是下載線接口接觸不良或者計(jì)算機(jī)串口損壞。最好是等到系統(tǒng)提示上電時(shí)再上電。 （ 2）當(dāng)前的軟件使用串口號和實(shí)際使用的電腦的串口是否相同。此系統(tǒng)中， STC89C51 需要供電電壓為 5V， 1602LCD 需要供電電壓為 5V， nRF24L01 供電電壓為 ， mxc6225 需要供電電壓為 。 G N DG N D G N DG N DG N DI NO U TG N DA S 1 1 1 7C 1 40 . 1 u FC 1 61 0 u FC 1 71 0 u FC 1 50 . 1 u F5 V 3 . 3 V 圖 42 AS1117 原理圖 設(shè)備連接過程中，利用 STC89C51 普通 IO 口進(jìn)行。剛開始以為是程 序不對或是加速度傳感器燒壞了，可是測量后發(fā)現(xiàn)都是沒有任何問題。最后經(jīng)過修正查錯(cuò)得到解決。目前，該無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)已應(yīng)用于高速公路不停車收費(fèi)射頻識別系統(tǒng)中 [20]。 nRF24L01 的高靈敏度為無線數(shù)據(jù)傳輸提供了穩(wěn)定的傳輸距離，利用無增益微帶無線其傳輸距離可達(dá) 300m，采用高增益無線其傳輸距離可達(dá)到 800m以上，該無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)可以廣泛應(yīng)用于射頻識別、環(huán)境監(jiān)基于 51 單片機(jī)收發(fā)系統(tǒng)的應(yīng)用開發(fā) 21 測和無線抄表等領(lǐng)域，具有較好的推廣價(jià)值。 小結(jié) 本章就 實(shí)驗(yàn)程序的下載模塊、 無線收發(fā)系統(tǒng)的整合 和 調(diào)試進(jìn)行介紹，并給出了測試分析。實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、傳送、數(shù)據(jù)處理及實(shí)時(shí)顯示、存儲(chǔ)功能 。論文中所做的工作是 STC89C51最小系統(tǒng) 電路的設(shè)計(jì)和修改，對傳感器進(jìn)行測試，同時(shí)，將無線模塊進(jìn)行調(diào)試和彩色液晶屏進(jìn)行控制。 typedef unsigned char uint。 sbit CE = P1^7。 sbit SDA = P2^4。 extern void IIC_Init(void)。 //寫一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)函數(shù) extern uchar Read_Byte()。 void Delay(unsigned int s)。 uchar SPI_Read(uchar reg)。 uint SPI_Write_Buf(uchar reg, uchar pBuf, uchar uchars)。 //狀態(tài)標(biāo)志 sbit RX_DR = sta^6。 for(i=0。 is。 init_NRF24L01