【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 。 ? 地址校驗(yàn)和 CRC 校驗(yàn)功能。 ? 具有 125 個(gè)可選工作頻道，短時(shí)間頻道切換，有跳頻功能。 ? 低功耗，傳輸速率 可配置、最大增益配置功能。 ? 通用的 SPI 接口。 ? 靈活的多種模式（如：待機(jī)、掉電等）配置功能。 應(yīng)用領(lǐng)域 ? 無(wú)線數(shù)據(jù)通信。 ? 可用于安防系統(tǒng)。 ? 遙感勘測(cè)等領(lǐng)域。 工作原理 由于 NRF24L01 采用通用的 SPI總線接口，因此使用起來(lái)較為方便，其中分為 ShockBurstTM模式和增強(qiáng)型 ShockBurstTM 模式 。 當(dāng)要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，首先將 NRF24L01 配置為發(fā)射模式，在依次將接收點(diǎn)地址按照 SPI 協(xié)議寫(xiě)入發(fā)送緩沖區(qū)，在片選使能 CE 為高電平時(shí)保持 10us，同時(shí)延遲 100us 后發(fā)射數(shù)據(jù)。若自動(dòng)應(yīng)答模式開(kāi)啟，則發(fā)送完接收點(diǎn)地址后會(huì)立即進(jìn)入接收模式等待接收。若此時(shí)接收的應(yīng)答信號(hào)航模控制器設(shè)計(jì) 8 與發(fā)送的地址一致，則表示通信成功，若未收到應(yīng)答信號(hào)，則重新發(fā)送，同時(shí)清除發(fā)送緩沖區(qū)標(biāo)志位。通信成功后發(fā)送數(shù)據(jù)，若中斷信號(hào) IRQ 產(chǎn)生，則表明數(shù)據(jù)發(fā)送成功。 接收數(shù)據(jù)時(shí)，需將 NRF24L01 配置為接收模式，延時(shí) 100us 后進(jìn)入接收狀態(tài)等待數(shù)據(jù)到來(lái)，如此時(shí)中斷信號(hào) IRQ 為低電平，則表明數(shù)據(jù)接收成功，等待讀接收緩沖區(qū)有效數(shù)據(jù)。若自動(dòng)應(yīng)答開(kāi)啟，則地址信號(hào)接收完成后立即進(jìn)入發(fā)送狀態(tài)，發(fā)送應(yīng)答信號(hào) ACK。 SPI總 線協(xié)議簡(jiǎn)介 SPI[1]是一種常用的同步串行通訊接口 協(xié)議 。 可以有效穩(wěn)定的高速傳輸數(shù)據(jù)，有四條信號(hào)線組成，通信線簡(jiǎn)單且方便。 且具有接口信號(hào)少的特點(diǎn)，甚至可配置 為低至 2 線的通訊接口。 接口信號(hào) SPI 接口主要由以下 4 個(gè)接口信號(hào) ： ? MOSI：主出從入（主機(jī)輸出、從機(jī)輸入）信號(hào) ； ? MISO：主入從出（主機(jī)輸入、從機(jī)輸出）信號(hào) ； ? SCLK：同步時(shí)鐘信號(hào) ； ? CS：從機(jī)片選信號(hào)，一般低電平有效 。 如為 SPI 的接口 連接方式 如圖 33 所示 。 主機(jī) 從機(jī)S C L KM O S IM IS OCS 圖 33 SPI接口連接方式 信號(hào)時(shí)序 根據(jù) SPI 接口定義，其具有相應(yīng)的通訊協(xié)議。 常用的時(shí)序匹配方式如圖 34 所示。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，片選信號(hào)使能后，在時(shí)鐘的上升沿或者下降沿將數(shù)據(jù)讀出或?qū)懭?。 S C L KM OS IM I S OCSM S B B i t 6 B i t 5 B i t 4 B i t 3 B i t 2 B i t 1 L S BM S B B i t 6 B i t 5 B i t 4 B i t 3 B i t 2 B i t 1 L S B 圖 34 SPI通訊時(shí)序圖（上升沿） [1] SPI—— Serial Peripheral Interface（串行外設(shè)接口） 航?？刂破髟O(shè)計(jì) 9 Nokia 5110 液晶顯示 Nokia5110 是一款集于字符、數(shù)字、漢字顯示為一體的多功能顯示屏，它的優(yōu)點(diǎn)在于性價(jià)比高、接口簡(jiǎn)單、讀寫(xiě)速度快。其具體描述如下： 功能描述 ? 振蕩器：主要是芯片內(nèi)部的振蕩器提供顯示過(guò)程中的時(shí)鐘信號(hào)，并且相應(yīng)的引腳還可外接時(shí)鐘。 ? 時(shí)鐘發(fā)生器：主要提供內(nèi)部多路的信號(hào)，使內(nèi)部工作狀態(tài)時(shí)與外部 總線不會(huì)相互影響。 ? 顯示數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器：顯示數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器是存儲(chǔ)數(shù)據(jù)顯示的一種陣列點(diǎn) RAM，訪問(wèn) RAM 期間，數(shù)據(jù)通過(guò)串行接口傳輸。 ? 溫度補(bǔ)償：液晶顯示在不正常的溫度范圍時(shí)，需要通過(guò)調(diào)節(jié)液晶對(duì)比度來(lái)進(jìn)行補(bǔ)償。這主要是通過(guò)芯片內(nèi)部寄存器完成配置。 其中，液晶驅(qū)動(dòng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 35 所示。 圖 35 液晶驅(qū)動(dòng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 工作原理 由于 Nokia 5110 液晶顯示過(guò)程中采用 SPI 通信協(xié)議驅(qū)動(dòng)。所以其具體工作方式如下所述： ? 當(dāng)為片選信號(hào)高時(shí)，直接初始化串行口。 ? 然后數(shù)據(jù)輸入接口在時(shí)鐘信號(hào)的正邊緣進(jìn)行取樣。 ? 數(shù)據(jù)、命令指出字節(jié)是一個(gè)命令 0 或是一個(gè) RAM 數(shù)據(jù) 1，在最后一個(gè)時(shí)鐘脈沖時(shí)被讀航?？刂破髟O(shè)計(jì) 10 出。 ? 當(dāng)命令或者數(shù)據(jù)字節(jié)寫(xiě)完后，并且片上選擇使能信號(hào)為低，串口總線在時(shí)鐘信號(hào)的上升沿等待接下來(lái)的數(shù)據(jù)讀入。 ? 復(fù)位引腳在復(fù)位過(guò)程中，數(shù)據(jù)不會(huì)進(jìn)行傳輸。當(dāng)復(fù)位完成后，片上使能信號(hào)變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，總線上將等待接收數(shù)據(jù)或者命令字節(jié)輸入。 這樣按著 SPI 時(shí)序就一步步將數(shù)據(jù)或者命令寫(xiě)入寄存器，從而驅(qū)動(dòng)液晶顯示。其中液晶驅(qū)動(dòng)指 令如圖 36 所示。 圖 36 液晶驅(qū)動(dòng)指令 在空氣中運(yùn)動(dòng)的物體，由于氣流都會(huì)對(duì)物體產(chǎn)生作用力，把這種力 統(tǒng)稱(chēng)為空氣動(dòng)力。 相對(duì)性原理 在運(yùn)動(dòng)學(xué)上，任何物體的運(yùn)動(dòng)速度都是由參照物或者參考系來(lái)決定。而在空氣中運(yùn)動(dòng)的物體也一樣。相對(duì)于靜止或者運(yùn)動(dòng)的空氣力，二者如果相對(duì)速度相同，那么作用于其上的空氣動(dòng)力就一樣。這就是運(yùn)動(dòng)的相對(duì)性原理。 伯努利定律 簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是流體力學(xué)中一種能量守恒定律。它是描述水流或者氣體流經(jīng)水平運(yùn)動(dòng)的物體時(shí)，所產(chǎn)生的動(dòng)力、重力、壓力之間能量守恒的一種關(guān)系。簡(jiǎn)單的用公式描述為：，其中， P 表示壓強(qiáng)，是空氣密度， v 表示為流體點(diǎn)的速度。 從以上公式中可以看出等高流動(dòng)時(shí)，流速越大，那么壓力就越小。 航?？刂破髟O(shè)計(jì) 11 連續(xù)性性原理 連續(xù)性講述的是空氣或者水流流過(guò)物體通道時(shí)，單位時(shí)間上流經(jīng)物體的流體質(zhì)量是相同的。如果定性的分析流體，若其密度保持不變，那么，流經(jīng)兩個(gè)不同截面可用關(guān)系式 ： 。其中 v 表示流體速度、 s 表示物體截面積。 所以，流體密度不變時(shí)，截面積越小，流速越大。 升力的產(chǎn)生 眾所周知，模型在空氣中飛行過(guò)程，主要是克服重力。當(dāng)升力大于重力時(shí)，航空模型就被空氣托起，使之脫離地面而運(yùn)動(dòng)。 然而，升力的產(chǎn)生主要原因是空氣和物體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。流經(jīng)模型的空氣力被機(jī)翼分割為上下兩個(gè)不同的平面，而這兩個(gè)不同平面之間的空氣流速是不同的。基于伯努利定律和連續(xù)性原理之上，截面積小，速度大的壓力小，反之，截面積大，流速小的壓力大。這兩個(gè)不同平面之間就產(chǎn)生了不同的作用力，也就是所謂的升力或空氣作用力。然而，升力的分析方法也有另外一種，力的合成法，重力和空氣力的合力所產(chǎn)生的作用力方向 。 無(wú)刷電機(jī)和舵機(jī) （ 1） 無(wú)刷電機(jī)：是一種沒(méi)有電刷的電機(jī)，無(wú)刷電機(jī)相比有刷電機(jī)動(dòng)力足、效率高、壽命長(zhǎng)。其重要參數(shù)是 KV值，電機(jī)的轉(zhuǎn)速 （空載） =KV值 *電壓（例如： KV 為 2200， 3S 電池電壓供電，電機(jī)轉(zhuǎn)速（空載） =2200*=24420r/min），然而無(wú)刷電機(jī)的使用需配合電子調(diào)速器，其作用：提供無(wú)刷電機(jī)工作的低壓交流電和轉(zhuǎn)換電池電壓供給接收機(jī)。（ KV 值越大扭力越小，反之扭力越大）。 （ 2） 舵機(jī)：是一種主要靠齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中帶動(dòng)搖臂做出相應(yīng)動(dòng)作。用來(lái)控制模型副翼（尾翼）升降、方向。其中分為數(shù)字舵機(jī)和模擬舵機(jī)，其變化角度在 0~π之間。 模擬仿真軟件 飛行模型模擬器（ FMS： Flying Model Simulation）是一種在 PC 上模擬仿真的訓(xùn)練軟件，通過(guò)加密狗將 PPM 信號(hào)輸入給電腦，軟件解析后控制模型機(jī)飛行，其 PPM 信號(hào)如圖所示。在飛行的過(guò)程中還可以設(shè)置飛行條件（如風(fēng)向、上升氣流、亂流氣團(tuán)等），并提供多種模型和場(chǎng)地。仿 真界面如圖 37 所示。 航?？刂破髟O(shè)計(jì) 12 圖 37 模擬仿真界面 航模控制器設(shè)計(jì) 13 4 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)組成 航?？刂破鞯脑O(shè)計(jì)主要分為兩部分：發(fā)射單元和接收單元，其中兩部分在硬件設(shè)計(jì)過(guò)程中都采用模塊化電路設(shè)計(jì)方法。 發(fā)射機(jī)以微控制器 STC12C5A60S2 為核心，搭載數(shù)據(jù)采集模塊、液晶顯 示模塊、無(wú)線模塊、音頻輸出模塊、報(bào)警、電源管理模塊，串口調(diào)試等模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)參數(shù)設(shè)定及數(shù)據(jù)處理功能。硬件結(jié)構(gòu)如圖 41 所示。 M CU 控制器S T C 12 C 5 A 60 S 2搖桿信號(hào)采集蜂鳴器報(bào)警音頻輸出 液晶顯示N R F 24 L 01無(wú)線模塊按鍵模塊 時(shí)鐘 、 復(fù)位串口調(diào)試電源供電T P S 7 3 3 33 . 3 V 穩(wěn)壓模塊LM 2 9 4 05 V 穩(wěn)壓模塊U S B 接口IO 口輸出 S P I 總線IO 推挽輸出A / D 采集RXDTXDS C L KM O S IM I S OCS5 V 供電3 . 3 V 供電5 V 供電 圖 41 發(fā)射模塊硬件框圖 接收機(jī)采用德州儀器公司（ TI）的 MSP430F149 為核心控制器，配合無(wú)線接收和發(fā)射模塊，電源管理模塊及通道輸出模塊，共同作用完成信息的處理并執(zhí)行 。硬件原理如圖 42 所示。 M C U 控制器M S P 4 3 0 F 1 4 9N R F 24 L 01無(wú)線模塊電源供電T P S 7 3 3 33 . 3 V 穩(wěn)壓模塊5 V 穩(wěn)壓模塊電機(jī)信號(hào)舵機(jī)信號(hào)輸出通道時(shí)鐘電路 復(fù)位電路CH 1 副翼CH 2 尾翼CH 3 油門(mén)CH 4 垂直尾翼3 . 3 V 供電SC L KM I SOM O SICS5 V 供電 圖 42 接收模塊硬件框圖 模塊電路設(shè)計(jì) 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 為保證整個(gè)設(shè)計(jì)安全、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行。嚴(yán)謹(jǐn)設(shè)計(jì)最小系統(tǒng) 。 航?？刂破髟O(shè)計(jì) 14 d. 復(fù)位電路 復(fù)位電路采用 RC 積分型，高電平復(fù)位。當(dāng)按鍵按下時(shí)為 RST 提供大于兩個(gè)機(jī)器周期的高電平，從而使得單片機(jī)復(fù)位。如圖 43 所示。 e. 時(shí)鐘電路 單片機(jī) 晶振采用了 12MHz 的有源晶振，相對(duì)于無(wú)源晶振更加穩(wěn)定，如圖 44 所示。并在有源晶振的電源中加入 極性電容作濾波。 VCC_MCU10KR9C10 10uFS6 圖 43 復(fù)位電路 1212MGND30pFC1330pFC11 圖 44 晶振電路 f. 電源保護(hù)電路 為了確保單片機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行，采用單片機(jī)獨(dú)立供電方式。并且在電源輸入口加入二極管防反接保護(hù)，保險(xiǎn)絲保護(hù)電路。采用 LDO 低壓差穩(wěn)壓芯片，有效地為單片機(jī)供電。 如圖 45 所示。 D112P1470uFC1F1800mA/1A104C2GNDVCC_BAR1TP11TP2 圖 45 電源保護(hù)電路 g. 程序下載接口 程序下載接口，通過(guò)串口模塊 TXD、 RXD 燒寫(xiě)程序。串口下載模塊電源和地之間采用了去耦電容確保程序下載過(guò)程中穩(wěn)定供電。如圖 46 所示。 航?？刂破髟O(shè)計(jì) 15 1234P4GNDTXDRXDVCC_MCU 圖 46 程序下載電路 TXD1DTR_N2RTS_N3VDD_2324RXD5RL_N6GND7VDD8DSR_N9DCD_N10CTS_N11SHTD_N12EE_CLK13EE_DATA14DP15DM16VDD_3V317GND_3V318RESET19VDD20GND21TRI_STATE22LD_MODE23VDD_PLL24GND_PLL25PLL_TEST26OSC127OSC228U1PL230312Y112M33pFC533pFC1VCC3. 3104C7VCC510KR110KR210KR310KR5TXDDTRRTSRXD10KR610KR8VCC3. 333pFC1327R727R92KR10D+DPL2303 BSL 圖 47 BSL模式下載電路 h. 最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 發(fā)射部分核心控制器最小系統(tǒng)如 圖 48 所示，接收部分最小系統(tǒng)如圖 49 所示。 1212MGND30pFC1330pFC11GNDVCC_MCU104C7GNDVCC_MCU10KR9C10 10uFTXDRXDLCD_RSTLCD_CELCD_DCLCD_DINLCD_CLKLCD_LEDIRQMOSICSNSCKSCEMISOCH1CH2CH3CH4CH5VOL_POWERLIG300R8300R 1 0300R 1 2300R 1 5300R 1 7300R 1 810KR510KR610KR710KR 1 110KR 1 310KR 1 6VCC3. 3VKEY1KEY2KEY3CLKOUT2/ ADC0/P1. 040ADC1/P1. 141R