【正文】 ............................. 21 按鍵電路圖 ..................................................................................................... 22 第 5 章 軟件設(shè)計及 系統(tǒng)測試 ........................................................................................23 軟件總體設(shè)計流程 .................................................................................... 23 NRF24L01 的初始化 ................................................................................... 23 NRF24L01 的數(shù)據(jù)收發(fā) ................................................................................ 24 系統(tǒng)測試 .................................................................................................. 24 結(jié)論 ..............................................................................................................................................26 致謝 ..............................................................................................................................................27 參考文獻 ....................................................................................................................................28 附錄 A ..........................................................................................................................................29 附錄 B ..........................................................................................................................................30 附錄 C ..........................................................................................................................................31 1 引 言 近幾年來 ，全球通信技術(shù)的發(fā)展日新月異，尤其是近兩三年來，無線通信技術(shù)的發(fā)展速度與應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)超過了固定通信技術(shù)，呈現(xiàn)出如火如荼的發(fā)展態(tài)勢。從歐美發(fā)達國家的經(jīng)驗來看，由于其移動話音用戶的普及率高，通過發(fā)展用戶實現(xiàn)增長的模式已成為歷史。 2 第 1章 緒論 本章主要介紹了 本設(shè)計的概況，設(shè)計背景和主要實現(xiàn)的功能，以及硬件設(shè)計思路和 軟件設(shè)計思路。 NRF24L01 無線通信模塊 采用 FSK調(diào)制，內(nèi)部集成 NORDIC 自己的 Enhanced Short Burst協(xié)議。 單片機接收模塊：此模塊主要有 ATMEGA48 單片機構(gòu)成。若發(fā)送成功，則產(chǎn)生 TX_DS中斷；若重發(fā)超限，則產(chǎn)生 MAX_RT中斷；若發(fā)送成功，則繼續(xù)發(fā)送，否則進行出錯處理。 SRAM 數(shù)據(jù)存儲器 ： ATmega48 是一個復(fù)雜的微控制器，其支持的外設(shè)要比預(yù)留的64個 I/O(通過 IN/OUT指令訪問 )所能支持的要多。 EEPROM的訪問由地址寄存器，數(shù)據(jù)寄存器和控制寄存器決定。因為所有的 AVR 指令為 16 位或 32位，故而 Flash 組織成 2K x 16。如指令集所述，所有 ALU 運算都將影響狀態(tài)寄存器的內(nèi)容。 I 也可以通過 SEI 和 CLI 指令來置位和清零。 ? Bit 1 – Z: 零標(biāo)志 表明算術(shù)或邏輯操作結(jié)果為零。在此聚集了子程序和中斷堆棧。 10 第 3章 NRF24L01 無線模塊特性 NRF24L01是單片射頻收發(fā)芯片，工作于 ～ 2． 5 GHz ISM頻段。 硬件電路總體設(shè)計 硬件設(shè)計是整個系統(tǒng)的基礎(chǔ)，要考慮的方方面面很多，除了實現(xiàn)此設(shè)計基本功能以外，主要還要考慮如下幾個因素：①系統(tǒng)穩(wěn)定度；②器件的通用性或易選購性；③ 軟件編程的易實現(xiàn)性；④系統(tǒng)其它功能及性能指標(biāo)；因此硬件設(shè)計至關(guān)重要。 ATMEGA48 芯片與 NRF24L01 無線模塊連接電路設(shè)計 電路連接圖如下 : 15 圖 45 AVR48 與 NRF24L01 電路連接圖 本設(shè)計采用 6線插槽實現(xiàn)單片機 ATMEGA48 與 NRF24L01 的連接，具體連接如上圖所示， 從 單片機控制的角度來看，我們只需關(guān)注 NRF24L01 的 六個控制和數(shù)據(jù)信號，分別為 CSN、 SCK、 MISO、 MOSI、 IRQ、 CE。在 CSN 為低的情況下， CE 協(xié)同 NRF24L01 的 CONFIG 寄 存器共同決定 NRF24L01 的狀態(tài) 。沒有寫入緩沖。 SPI 工作模式 SPI 的工作模式主要有 3 種：主機模式、從機模式和雙工模式。在從機模式下，串行時鐘 (SCLK)由主機產(chǎn)生，從機 SPI 的 SCK 引腳作為輸入口。每次 SPISR 中 SPIF或 MODF 標(biāo)志置位時，發(fā)出硬件中斷請求。 0 隨從模式； 1 主控模式。 SSOE：隨從選擇輸出使能位。當(dāng) SPI工作從機模式時，不管 MODFEN位為何值， SS引腳僅輸入有效。 SPC0：串行引腳控制位 (Serial PinContr01)。對該寄存器進行讀操作時所訪問的輸入部分是雙 緩沖的，但寫操作則直接將數(shù)據(jù)送到串行移位寄存器。 MODF： SPI模式錯誤標(biāo)志位。 S1S7 鍵發(fā)射一次 ,接收板上面 LED閃爍一次，代表接收到數(shù)據(jù)一次。即按鍵一次按下或抬起被錯誤地認為是多次按鍵動作，這種情況是不允許出現(xiàn)的。若從按鍵模塊接收到數(shù)據(jù)．則啟動 nRF24L01發(fā)送數(shù)據(jù)。即可判斷是發(fā)送完成中斷。 uint8 nRf24l01_receive_data(void) { while(IRQ_Source!=RX_DR)。 在 測試 中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)有人員走 動或其他信號出現(xiàn)的時候，通信的距離會變得不穩(wěn)定，這是由于天線是一個輻射器件，在其附近的物質(zhì)或尺寸的任何改變都會影響天線的性能，包括輻射增益分布、天線阻抗和調(diào)諧等等 。體會到理論知識對實踐有很大的指導(dǎo)作用，只有在正確理論的指引下才能設(shè)計出合乎實際需要的硬件電路。正是由于老師和同學(xué)對我的幫助和支持，我才能克服一個一個困難和疑惑，直至本文的順利完成。另外此設(shè)計還可以做一些擴展，如更換 LED為LCD，顯示更復(fù)雜的數(shù)據(jù)，更換 NRF24L01通信模塊的天線為 高增益天線，可以是無線通信的距離大大的增加。 由于無線通信環(huán)境的不確定性，各種環(huán)境下的傳輸效果是不盡相同的，路徑損耗、建筑物影響、人體影響、外界干擾、多徑現(xiàn)象和周圍環(huán)境的吸收等都會對傳輸?shù)木嚯x產(chǎn)生一定的影響，只能在一個給定的條件下進行測試和評估．因此，分別選擇了不同的 場地 來進行測試。//清除中斷 } (2)接收數(shù)據(jù) 當(dāng) nRF24L01模塊配置成接收模式后，在接收到數(shù)據(jù)中斷發(fā)生時，從接收 FIFO讀取數(shù)據(jù)。則表示發(fā)送失敗，器件自動重新發(fā)送，如果重新發(fā)送的次數(shù)超過在 ARC_CNT寄存器中的設(shè)定值時，會在 IRQ引腳產(chǎn)生重發(fā)次數(shù)超限中斷。其中主要操作有 ATMEGA48的初始化， NRF24L01模式的配置， NRF24L01傳送和接收數(shù)據(jù)，NRF24L01發(fā)送錯誤處理等等。 機械式按鍵在按下或抬起時，由于機械彈性作用的影響，通常伴隨一定時間的觸點機械抖動，然后其觸點才穩(wěn)定下來，抖動的時間長短與開關(guān)的機械特性有關(guān)，一般為 510ms。設(shè)計用 八 個鍵。 SPTEF： SPI傳輸空中斷標(biāo)志位。 SPPR2～ SPPR0和 SPR2～ SPR0確定 SPI的波特率。 在等待模式下，使用節(jié)電功能。如果MODF標(biāo)志置位， MODFEN清零并不能清零 MODF標(biāo)志。該位用于 SCK串行時鐘的移位。 0 SPIEF 中斷禁止； 1 SPIEF 中斷使能。數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆较蛲ㄟ^ SPICR2 寄存器的 BIDIROE 位來設(shè) 置 。 從機模式。 6. 從 SPDR中讀取從機發(fā)送過來的數(shù)據(jù)，并向 SPSR的 SPIF 位寫“ 1”清除標(biāo)志。該數(shù)據(jù)寄存器中有一個讀取緩沖，系統(tǒng)每完成一個字節(jié)的移位通訊就會自動將接收的數(shù)據(jù)復(fù)制到讀取緩沖中，該數(shù)據(jù)直到下次通訊完成前都是有效的。無線通信過程中 MCU 主要是通過 IRQ 與 NRF24L01 進行通信。 LED 顯示模塊功能比較簡單，主要負責(zé)顯示發(fā)射端發(fā)過來的 數(shù)據(jù)，用一個發(fā)光二極管就可以表示出來，和單片機的 PB7 口相連 。 NRF24L01 的結(jié)構(gòu)方框圖 圖 31 NRF24L01 及外部接口 NRF24L01 的引腳功能及其封裝 NRF24L01 的引腳及功能如下圖所示： 11 引腳 名稱 引腳功能 描述 1 CE 數(shù)字輸入 RX 或 TX模式選擇 2 CSN 數(shù)字輸入 SPI 片選信號 3 SCK 數(shù)字輸入 SPI 時鐘 4 MOSI 數(shù)字輸入 從 SPI 數(shù)據(jù)輸入腳 5 MISO 數(shù)字輸出 從 SPI 數(shù)據(jù)輸出腳 6 IRQ 數(shù)字輸出 可屏蔽中斷腳 7 VDD 電源 電源 (+3V) 8 VSS 電源 接地（ 0V） 9 XC2 模擬輸出 晶體振蕩器 2 腳 10 XC1 模擬輸入 晶體振蕩器 1 腳 /外部時鐘輸入腳 11 VDD_PA 電源輸出 給 RF 的功率放大器提供的 + 12 ANT1 天線 天線接口 1 13 ANT2 天線 天線接口 2 14 VSS 電源 接地（ 0V） 15 VDD 電源 電源 (+3V) 16 IREF 模擬輸入 參考電流 17 VSS 電源 接地（ 0V） 18 VDD 電源 電源 (+3V) 19 DVDD 電源輸出 去耦電路電源正極端 20 VSS 電源 接地（ 0V） 圖 32 NRF24L01 的引腳及功能 NRF24L01 無線模塊主要有 20 引腳，采用 QFN 封裝，其引腳封裝圖如下所示： 圖 33 引腳封裝 12 第 4 章 硬件設(shè)計 本次設(shè)計的硬件 主要 由單片機發(fā)射模塊，單片機接收模塊 ， NRF24L01 無線 模塊部分構(gòu)成。注意到某些 AVR 器件的數(shù)據(jù)區(qū)太小，用 SPL 就足夠了。要注意 AVR的堆棧是向下生長的，即新數(shù)據(jù)推入堆棧時，堆棧指針的數(shù)值將減小。 ? Bit 3 – V: 2 的補碼溢出標(biāo)志 支持 2 的補碼運算。如果 I清零，則不論單獨中斷標(biāo)志置位與否，都不會產(chǎn)生中斷。 7 ATMEGA48 結(jié)構(gòu)的方框圖 圖 24 結(jié)構(gòu)方框圖 寄存器詳述 (1)狀態(tài)寄存器 狀態(tài)寄存器包含了最近執(zhí)行的算術(shù)指令的結(jié)果信息。當(dāng)執(zhí)行 EEPROM 讀操作時， CPU 會停止工作 4 個周期，然后再執(zhí)行后續(xù)指令；當(dāng)執(zhí)行 EEPROM 寫操作時， CPU 會停止工作 2個周期，然后再執(zhí)行后續(xù)指令。它是作為一個獨立的空間而存在的，可以按字節(jié)讀寫。此外，還有 I/O 存儲器空間 。 在 發(fā)送端 主要設(shè)置 ATMEGA48的 初始化 ，先把 nRF24L01配置成 PTX工作模式。 主要設(shè)計包括以下四部分：