【正文】 nRF24L01 是一款新型單片射頻收發(fā)器件 ,工作于 GHz～ GHz ISM頻段。在掉電模式下電流損耗最小，同時(shí) nRF24L01 也不工作，但其所有配置寄存器的值仍然保留。若發(fā)送堆棧中無數(shù)據(jù)且 CE 為高，則進(jìn)入空閑模式 2。與SPI 相關(guān)的指令共有 8 個(gè)，使用時(shí)這些控制指令由 nRF24L01 的 MOSI 輸入。當(dāng)鎖存使能端為高時(shí)，這些器件的鎖存對(duì)于數(shù)據(jù)是透明的（也就是說輸出同步）。 單片機(jī)最小系統(tǒng)，或稱為最小應(yīng)用系統(tǒng)，是指用最少的元件組成的單片機(jī)可以工作的系統(tǒng)。測試訪問口）通過專用的 JTAG 測試工具對(duì)進(jìn)行內(nèi)部節(jié)點(diǎn)進(jìn)行測試。寄存器的每一個(gè)單元分配給 IC 芯片的相應(yīng)引腳，每一個(gè)獨(dú)立的單元稱為 BSC（ BoundaryScan Cell）邊界掃描單元。 在 PCB 電路設(shè)計(jì)好后，即可用程序先將對(duì) JTAG 的控制指令，通過 TDI送入 JTAG 控制器的指令寄存器中。 圖 JTAG 電 路圖 電源 電路設(shè)計(jì) 供電電路采用 USB 接口 。能（ AS1117 正常工作環(huán)境溫度范圍極寬，為 50℃ ～ 140℃ ），確保芯片和電源系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 低速晶體振蕩器 (LFXTl)滿足了低功耗及使用 晶振的要求。 無線 接收 選擇 P5 口 （接收部分管腳分配圖如表 所示， DS18B20 電路圖如圖 所示， nRF24L01 電路圖如圖 所示） 。 圖 溫度檢測軟件流程圖 初始化開始返回值為 1跳過讀取 ID發(fā)送溫度轉(zhuǎn)換延時(shí) 800 ms復(fù)位跳過讀取 IDScratchpad 命令讀取溫度轉(zhuǎn)換結(jié)果轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)碼管顯示哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)論文 31 無線發(fā)射模塊軟件設(shè)計(jì) 首先 進(jìn)行初始化操作，初始化包括設(shè)置單片機(jī) I／ O 和 SPI 相關(guān)寄存器兩部分其可以和 nRF24L01 通信。 為 LED 的顯示代碼輸入，依次對(duì)應(yīng) LED 的 a、 b、 c、 d、 e、 f、 g、dp， ～ 為 LED 的位選 輸入，依 次對(duì)應(yīng) D D Dl、 D0， 其中 D3為最高位。 步驟三 將其中一片 430 與四位數(shù)碼管及溫度傳感器 DS18B20 相連，寫入測量溫度的程序。在開通電源的情況下對(duì)發(fā)射端的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的接受，經(jīng) MSP430 處理后在數(shù)碼管上顯示。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 經(jīng)實(shí)驗(yàn) 要求及實(shí)驗(yàn)的目的，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了一些動(dòng)態(tài)值的測量，具體結(jié)果如 表 所示 ： 表 數(shù)據(jù)測試表 測試數(shù)據(jù) 值 發(fā)送端電流 接收端電流 9mA 收發(fā)端電壓 發(fā)送端功率 接收端功率 收發(fā)距離 30m 溫度測試精度 攝氏度 哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)論文 37 從表中看出接收端與發(fā)射端都維持在低功耗，基本達(dá)到了設(shè)計(jì)的初衷。如果有就從 FIFO_buffer 讀入二進(jìn)制數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制在數(shù)碼管上顯示出來 ， 其流程圖如圖 所示 。 圖 無線發(fā)射軟件流程圖 開始初始化置低 CE配置 CONFIG 為發(fā)射模式寫入發(fā)送地址寫入接收地址寫入發(fā)送數(shù)局?jǐn)?shù)據(jù)通道 0 允許設(shè)置工作頻率設(shè)置數(shù)據(jù)傳輸率與功率CE 置高延時(shí)CE 置低清狀態(tài)寄存器哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)論文 32 無線接收模塊軟件設(shè)計(jì) 接收數(shù)據(jù)時(shí)，首先將 nRF24L01 配置為接收模式。通過這一章的介紹，可以了解本系統(tǒng)詳細(xì)的硬件設(shè)計(jì)方案。 圖 晶振電路 引腳分配 發(fā)射部分 發(fā)射部分選擇的是 430 的 P3 口。1 ％ ； 穩(wěn)定工作電壓范圍為高達(dá) 15V； 電壓線性度為 ％ ； 負(fù)載線性度為 ％ ； 環(huán)境溫度： TA 的范圍是 50℃ ~140℃ ； 圖 電源電路圖 哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)論文 25 復(fù)位電路 為確保微機(jī)系統(tǒng)中電路穩(wěn)定可靠工作，復(fù)位電路是必不可少的一部分，復(fù)位電路的第一功能是上電復(fù)位 (復(fù)位電路如 所示 )。該型產(chǎn)品已經(jīng)很多很成熟。程序先對(duì) PC 的并口初始化，對(duì) JTAG口復(fù)位和測試，并讀 Flash，判斷是否加鎖。在設(shè)計(jì) PCB 時(shí)，必須將 SA1110 的數(shù)據(jù)線和地址線及控制線與Flash 的地線線、數(shù)據(jù)線和控制線相連。 JTAG 接口可對(duì) PSD 芯片內(nèi)部的所有部件進(jìn)行編程 。聯(lián)合測試行動(dòng)小組 )是一種國際標(biāo)準(zhǔn)測試協(xié)議（ IEEE 兼容），主要用于芯片內(nèi)部測試。 圖 74HC573 引腳圖 OE1D12D23D34D45D56D67D78D89GND10LE11Q812Q713Q614Q515Q416Q317Q218Q119VCC2074HC573N哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)論文 21 主控制模塊 (Msp430f149 最小系統(tǒng) ) 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用 MSP430F149 作為主控芯片，該芯片具有超低功耗的優(yōu)點(diǎn)：活動(dòng)模式 280 μA1MHz， ； 待機(jī)模式 ；掉電模式 (RAM 數(shù)據(jù)保持 )0． 1μA。 LED 顯示模塊 數(shù)碼管選擇 溫度數(shù)據(jù)顯示是體現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)功能的部分， LED 顯示成本低廉，配置靈活，與單片機(jī)連接方便。最后接收成功時(shí)，若 CE 變低，則 nRF24L01 進(jìn)入空閑模式 1。若未收哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)論文 18 到應(yīng)答，則自動(dòng)重新發(fā)射該數(shù)據(jù) (自動(dòng)重發(fā)已開啟 )，若 重發(fā)次數(shù) (ARC)達(dá)到上限， MAX_RT 置高， TX FIFO 中數(shù)據(jù)保留以便在次重發(fā) 。 nRF24L01 主要特性如下： GFSK 調(diào)制 ， 硬件集成 OSI 鏈路層 ； 具有自動(dòng)應(yīng)答和自動(dòng)再發(fā)射功能 ； 片內(nèi)自動(dòng)生成報(bào)頭和 CRC 校驗(yàn)碼 ； 數(shù)據(jù)傳輸率為 l Mb/s 或 2Mb/s； SPI 速率為 0 Mb/s～ 10 Mb/s； 125 個(gè)頻道 與其他 nRF24 系列射頻器件相兼容 ； n R F 2 4 L 0 1M S P 4 3 03 2 M1 6 M哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)論文 16 QFN20 引腳 4 mm4 mm 封裝 ； 供電電壓為 V～ V； 引腳功能及描述 nRF24L01 的封裝及引腳排列如圖所示 [11]?？赏ㄟ^ SPI 寫入數(shù)據(jù)，最高可達(dá) 10Mbit／ s，數(shù)據(jù)傳輸速率最快可達(dá) 2Mbit／ s，并且具有自動(dòng)應(yīng)答和自動(dòng)再發(fā)射功能。 讀時(shí)隙需 15～ 60μs，且在 2次獨(dú)立的讀時(shí)隙之間至少需要 1μs的恢復(fù)時(shí)間。此后由于芯片忙于溫度轉(zhuǎn)換處理，當(dāng)控制器發(fā)一個(gè)讀時(shí)間隙時(shí)，總線上輸出 “0”，當(dāng)儲(chǔ)存工作完成時(shí)，總線將輸出 “1”。如執(zhí)行溫度轉(zhuǎn)換指令則控制器（單片機(jī)）必須等待 18B20 執(zhí)行其指令，一般轉(zhuǎn)換時(shí)間為 500uS。 （ 3） 控制器發(fā)送 ROM 指令：雙方打完了招呼之后最要將進(jìn)行交流了，ROM 指令共有 5 條，每一個(gè)工作周期只能發(fā)一條， ROM 指令分別是讀 ROM數(shù)據(jù)、指定匹配芯片、跳躍 ROM、芯片搜索、報(bào)警芯片搜索。第 8 個(gè)字節(jié)為計(jì)數(shù)寄存器，是為了讓用戶得到更高的溫度分辨率而設(shè)計(jì)的，同樣也是內(nèi)部溫度轉(zhuǎn)換、計(jì)算的暫存單元。在講解其工作流程之前我們有必要了解 18B20 的內(nèi)部存儲(chǔ)器資源。光刻 ROM 的作用是使每一個(gè) DS18B20 都各不相同，這樣就可以實(shí)現(xiàn)一根總線上掛接多個(gè) DS18B20 的目的。 圖 系統(tǒng)總體架構(gòu)圖 溫度采集模塊 該模塊采用美國 DALLAS 公司推出的數(shù)字測溫芯片 DS18B20，該芯片具有體積小，多種封裝形式 ，獨(dú)特的單線接口等優(yōu)點(diǎn)。 IAR 開發(fā)軟件 IAR Embedded Workbench 是一套高度精密且使用方便的嵌入式應(yīng)用編程開發(fā)工具。其中，看門狗可以使程序失控時(shí)迅速復(fù)位；模擬比較器進(jìn)行模擬電壓的比較，配合 定時(shí)器，可設(shè)計(jì)出 A/D 轉(zhuǎn)換器； 16 位定時(shí)器（ Timer_A 和 Timer_B）具有捕獲 /比較功能，大量的捕獲 /比較寄存器，可用于事件計(jì)數(shù)、時(shí)序發(fā)生、 PWM 等；有的器件更具有可實(shí)現(xiàn)異步、同步及多址訪問串行通信接口可方便的實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信等應(yīng)用；具有較多的 I/O 端口， P0、 PP2 端口能夠接收外部上升沿或下降沿的中斷輸入； 10/12 位硬件 A/D 轉(zhuǎn)換器有較高的轉(zhuǎn)換速率，最高可達(dá) 200kbps ，能夠滿足大多數(shù)數(shù)據(jù)采集應(yīng)用；能直接驅(qū)動(dòng)液晶多達(dá) 160 段；實(shí)現(xiàn)兩路的 12 位 D/A 轉(zhuǎn)換；硬件 I2C 串行總線接口實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)器串行擴(kuò)展；以及為了增加數(shù)據(jù)傳輸速度，而采用的 DMA模塊?？梢灾皇褂靡粋€(gè)晶體振蕩器（ 32768Hz），哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)論文 6 也可以使用兩個(gè)晶體振蕩器。這些特點(diǎn)保證了可編制出高效率的源程序。 第 3 章 硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 本章介紹本課題硬件系統(tǒng)各部分電路的設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn) ，講述了各模塊的功能。要求完成硬件模塊的設(shè)計(jì)和電路板的制作。將采集的溫度無線傳送給接收部分，然后再在數(shù)碼管上顯示 。接收時(shí)，工作電流只有 ，多種低功率工作模式 (掉電模式和空閑模式 )使節(jié)能設(shè)計(jì)更方便。為此，需要設(shè)計(jì)相應(yīng)的接口系統(tǒng)，控制這些射頻芯片工作，完成可哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)論文 2 靠穩(wěn)定的無線數(shù)據(jù)通信，這樣的研究也變得更加有意義了 [1]。而且，當(dāng)數(shù)據(jù)采集點(diǎn)處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、所處的環(huán)境不允許或無法鋪設(shè)電纜時(shí)，數(shù)據(jù)甚至無法傳輸，此時(shí)便需要利用無線傳輸?shù)姆绞竭M(jìn)行數(shù)據(jù)采集。 在經(jīng)過軟硬件測試后， 我們 基本實(shí)現(xiàn)了用溫度傳感器采集溫度，用 nRF24L01進(jìn)行一定距離傳輸后在接受端的數(shù)碼管上顯示出來的模型。不僅要做到低耗，還要求進(jìn)行一定距離的傳輸。Wireless 哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)論文 目 錄 第 1 章 緒 論 ..................................................................................................... 1 課題的背景與意義 ....................................................................................... 1 國內(nèi)外研究狀況及相關(guān)領(lǐng)域中已有的研究成果 ....................................... 2 對(duì)設(shè)計(jì)任務(wù)的分析 ....................................................................................... 2 預(yù) 期 結(jié) 果 .................................................................................................. 3 論文的結(jié)構(gòu)安排 ........................................................................................... 3 第 2 章 主控芯片及編程環(huán)境的介紹 ...................................................... 5 MSP430 簡介 .............................................................................................. 5 IAR 開發(fā)軟件 ............................................................................................. 7 本 章小結(jié) ....................................................................................................... 8 第 3 章 硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) .................................................................. 9 溫度采集模塊 ............................................................................................... 9 DS18B20 的管腳配置和內(nèi)部結(jié)構(gòu) ...................................................... 10 單總線介紹 ........