【文章內(nèi)容簡介】 。 無線收發(fā)電路設(shè)計無線收發(fā)模塊的組成是：nrf24l01 為核心控制器，輔助以 16MHz 的時鐘電路，然后再在外圍電路中加入六個 SPI、一個電源口、一個接地口。無線模塊的射頻技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是采用了全球的通用免費(fèi)頻段。 的頻段。 SPI 口的功能主要就是寫入數(shù)據(jù)、發(fā)送數(shù)據(jù)、接收數(shù)據(jù)、讀出數(shù)據(jù)。在寫入的數(shù)據(jù)的時候速度可達(dá) 10MB/S,發(fā)送數(shù)據(jù)最大速度可達(dá) 2MB/S。芯片還具有許多比較好的功能，比如收發(fā)數(shù)據(jù)時能夠自動應(yīng)答，以檢測數(shù)據(jù)是否發(fā)送成功同時又能知道接收方是否接收成功。自動重發(fā)功能可以在數(shù)據(jù)為接收成功的情況下，發(fā)送端根據(jù)檢測到的信號重新對接收端進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送。無線模塊的工作能耗低，在發(fā)送數(shù)據(jù)的時候工作電流為，接收數(shù)據(jù)時的工作電流為 ，這種低能耗的產(chǎn)品正是適用于我們現(xiàn)在的低碳社會中?？梢杂行У膫鬏敂?shù)據(jù)，又能很好的較低能耗，深受廣大廠商的喜愛。還有空閑模式來進(jìn)一步減少能耗。在使用 nRF24 L01 時將其 CE、 CSN、 IRQ、 MISO、 MOSI、 SCK 六個引腳和 stc89 C52 的 P1 口相連接，為了防止電流過大而燒毀無線模塊，在單片機(jī) P1 口與 nrf24l01 的各引腳之間串接一個 2K的限流電阻。無線模塊和單片機(jī)的連接圖如圖 35 所示。?vP鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書( 2022)9圖 35 nrf24l01 與單片機(jī)連接無線模塊和單片機(jī)相連接時引腳分配如表 31 所示。表 31 無線模塊引腳分配表nrf24l01 引腳 接法VCC CE CSN CSK MOSI MISO IRQ GND 接地在為無線模塊提供 的穩(wěn)壓模塊上，在其 的輸出端口需要并聯(lián)一個104 和一個 22up 的電容來過濾波形使得 nrf24l01 在無線收發(fā)時更加的順暢。 nrf24l01 概述　 nrf24l01 內(nèi)置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器、調(diào)制器等功能模塊，并融合了 Shock Burst 增強(qiáng)型技術(shù)，其中通信頻道和輸出功率可通過 C 程序進(jìn)行配置。nrf24l01 主要特性如下： GFSK 調(diào)制，硬件集成 OSI 鏈路層； 具有自動應(yīng)答和自動再發(fā)射功能； 片內(nèi)自動生成報頭和 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 個頻道與其他 nRF24 系列射頻器件相兼容； QFN20 引腳 4 mm4 mm 封裝；供電電壓為 V～ V； 引腳功能及描述 nrf24l01 的引腳排列和封裝如圖 36 所示?；趩纹瑱C(jī)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計10CE1SN2K3MOI45RQ6VD78X90_PATFnrfl圖 36 nrf24l01 封裝圖CE：使能發(fā)射或接收； SCK，CSN ，MISO ，MOSI：SPI 引腳端，單片機(jī)通過這四個引腳配置nrf24l01；IRQ：中斷標(biāo)志位；VDD：電源輸入端（+）； VSS：電源地(0V)；XC2，XC1 ：16Mhz 晶振引腳； VDD_PA：給無線模塊的功率放大器提供+ V 的電源； ANT1,ANT2：天線接口；IREF：參考電流輸入。 工作模式通過配置寄存器可將 nrf24l01 無線收發(fā)模塊配置為待機(jī)模式、掉電模式、發(fā)送模式、接收模式這四種工作模式，如表 32 所示。 表 32 nrf24l01 主要工作模式模式 CE PWR_UP PRIM_RX FIFO 寄存器狀態(tài)接收模式 1 1 1 發(fā)送模式 1 1 0 數(shù)據(jù)在 TX FIFO 寄存器中發(fā)送模式 1→0 1 0 停留在發(fā)送模式，直至數(shù)據(jù)發(fā)送完待機(jī)模式Ⅱ 1 1 0 TX_FIFO 為空待機(jī)模式Ⅰ 0 1 無數(shù)據(jù)傳輸?shù)綦娔Ｊ? 0 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書( 2022)11 待機(jī)模式Ⅰ主要用于降低元件的功率損耗，在此模式下晶振依然以較低的頻率持續(xù)工作著；待機(jī)模式Ⅱ則是在當(dāng) TX_FIFO 寄存器為空且 CE 使能時進(jìn)入這種模式。待機(jī)模式下，所有寄存器配置的值仍然保留。在掉電模式下元件的功率損耗為最小值，同時 nrf24l01 處于不工作狀態(tài)，但所有寄存器配置的內(nèi)容保持不變。 工作原理a）發(fā)送數(shù)據(jù)：首先將無線收發(fā)模塊配置為發(fā)送模式，將 9 字節(jié)寬的接收地址和 9 字節(jié)寬的發(fā)送地址 TX_ADR 按照時序從 SPI 口寫入無線收發(fā)模塊的緩存區(qū)。初始化 I/O 口，將 CE 置低電平、拉高 CSN、CSK 置低電平、。完成準(zhǔn)備工作后根據(jù) SPI 協(xié)議，將有效數(shù)據(jù) TX_PLOAD 按照時序?qū)懭霟o線收發(fā)模塊的緩存區(qū)中。必須在 CSN 置低電平后才能開始傳輸數(shù)據(jù)并且連續(xù)寫入。而接收和發(fā)送的地址只要在發(fā)送時寫入一次即可。選擇寄存器，同時返回狀態(tài)字，然后將數(shù)據(jù)寫入寄存器中，拉高 CSN，結(jié)束數(shù)據(jù)傳輸，返回寄存器。從寄存器中讀出接收通道和收發(fā)地址。使 CE 使能至少 10us，啟動接收設(shè)備，延時 130us 后開始傳輸數(shù)據(jù)。如果發(fā)送模塊的自動應(yīng)答已經(jīng)開啟，那么 nrf24l01 將數(shù)據(jù)發(fā)送完畢后即刻進(jìn)入接收模式，等待接收模塊的反饋信號（自動應(yīng)答的接收地址和接收模塊的接收地址一樣都為TX_ADR）。如果發(fā)送模塊接收到應(yīng)答，則默認(rèn)為此次發(fā)送通信已經(jīng)成功，將TX_DS 拉高，同時將緩存中的有效數(shù)據(jù)清除；如果未能收到反饋信號，則發(fā)送模塊自動啟動重發(fā)功能，重新發(fā)送緩存中的有效數(shù)據(jù)（自動重發(fā)已經(jīng)開啟，自動重發(fā)計數(shù)器不等于 0，ENAA_P0=1 ）。如果重發(fā)次數(shù)（ ACR)到達(dá)上限（上限為自動重發(fā) 10 次），將 MAX_RT 電平拉高，保留緩存中的有效數(shù)據(jù)以便再次發(fā)送；是IRQ 置低電平，產(chǎn)生中斷，通知單片機(jī)，減少單片機(jī)的查詢時間。發(fā)送數(shù)據(jù)成功后，如果將 CE 置低電平，則系統(tǒng)自動進(jìn)入待機(jī)模式 I ；如果不將 CE 置低電平，則系統(tǒng)會自動將 TX FIFO 寄存器中的下一包數(shù)據(jù)進(jìn)行發(fā)送；如果 TX FIFO 寄存器為空并且 CE 為高則系統(tǒng)進(jìn)入待機(jī)模式 II。b）接收數(shù)據(jù)：接收數(shù)據(jù)時，首先拉高 CE 將 nrf24l01 配置為接收模式，接著延遲 130μs后檢測空中信息等待數(shù)據(jù)的到來。接收到有效的數(shù)據(jù)包后（地址匹配、CRC 檢驗(yàn)正確）數(shù)據(jù)存儲在 RX_FIFO 中，同時 RX_DR 位置高，IRQ 置低，并產(chǎn)生中斷，通知單片機(jī)去讀取數(shù)據(jù)。如果使能自動確認(rèn)信號，則發(fā)送確認(rèn)信號。最后接收成功時，若單片機(jī)將 CE 口置低，則 nrf24l01 進(jìn)入待機(jī)模式 1。在將數(shù)據(jù)寫入寄存器之前一定要進(jìn)入掉電模式或待機(jī)模式。 配置字 常用的配置寄存器如表 33 所示。表 33 常用配置寄存器地址（H）寄存器名稱 功能基于單片機(jī)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計1200 CONFIG 設(shè)置 24L01 工作模式續(xù)表 33 01 EN_AA 設(shè)置接收通道及自動應(yīng)答02 EN_RXADDR 使能接收通道地址03 SETUP_AW 設(shè)置地址寬度04 SETUP_RETR 設(shè)置自動重發(fā)數(shù)據(jù)時間和次數(shù)07 STATUS 狀態(tài)寄存器，用來判定工作狀態(tài)0A~0F RX_ADDR_P0~P5 設(shè)置接收通道地址10 TX_ADDR 設(shè)置接收接點(diǎn)地址11~16 RX_PW_P0~P5 設(shè)置接收通道的有效數(shù)據(jù)寬度 LCD 顯示模塊LCD1602 與單片機(jī)連接如圖 37 所示。 GND1V203RS4W5E6789CULKP.圖 37 1602 連接圖表 34 1602 各管腳和單片機(jī)連接管腳號 符號 接法和功能1 VSS 接地（電源地）2 VDD 接+5v 電壓（電源電壓）鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書( 2022)133 V0 調(diào)節(jié) LCD 灰度4 RS 發(fā)送端接 接收端接 （寫命令和寫數(shù)據(jù)）續(xù)表 345 R/W 接地6 E 發(fā)送端接 接收端接 （使能端）7 DB08 DB19 DB210 DB311 DB412 DB513 DB614 DB7接 P2 數(shù)據(jù)口用于接收單片機(jī)傳出的數(shù)據(jù)15 A 背光調(diào)節(jié)接+5V16 B 背光調(diào)節(jié)接 0V基于單片機(jī)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計144 軟件系統(tǒng)設(shè)計 總流程圖設(shè)計程序設(shè)計發(fā)送端總流程圖如圖 41 所示。開 始初 始 化配 置 無 線 模 塊 為 發(fā) 送 模 式按 矩 陣 鍵 盤 輸 入 待 發(fā) 送 數(shù) 據(jù)將 數(shù) 據(jù) 寫 入 LCD發(fā) 送 數(shù) 據(jù)發(fā) 送 成 功接 收 數(shù) 據(jù)接 收 成 功結(jié) 束YYNN圖 41 發(fā)送端程序總流程圖程序設(shè)計接收端程序總流程圖如圖 42 所示。鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書( 2022)15開 始初 始 化配 置 無 線 模 塊 為 接 收 模 式將 數(shù) 據(jù) 寫 入 寄 存 器接 收 成 功接 收 數(shù) 據(jù)=1000將 數(shù) 據(jù) 寫 入 LCD結(jié) 束將 數(shù) 據(jù) 寫 入 LCD并 觸 發(fā) 蜂 鳴器 報 警NYY N圖 42 接收端程序總流程圖 矩陣鍵盤電路軟件設(shè)計矩陣鍵盤掃描讀取鍵值流程圖如圖 43 所示?；趩纹瑱C(jī)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計16開 始延 時 消 抖有 按 鍵 按 下行 列 掃 描 確 定 鍵 號釋 放 按 鍵結(jié) 束NY圖 43 矩陣鍵盤掃描矩陣鍵盤同普通的獨(dú)立式按鍵的接法不同，每一個按鍵都接了行線和列線，這樣的接法能節(jié)省單片機(jī)寶貴的數(shù)據(jù)口，但是在鍵盤的識別中相對要復(fù)雜一些。將行線和列線這 8 跟線依次接到 P0 口中，因?yàn)?P0 口不提供電壓，所以我們需要在 P0 口并聯(lián)一個 1K 的上拉電阻為矩陣鍵盤供電。此時，如果矩陣鍵盤中沒有按鍵被按下的話，P0 口的電平呈高電平。當(dāng)行線和列線中同時出現(xiàn)低電平時，代表有按鍵按下。這樣就能確定鍵值，從而得到數(shù)據(jù)。確定矩陣鍵盤上的哪個按鍵被按下了，掃描方式如下。低四位逐行掃描，掃描之后馬上讀取鍵值，將低四位屏蔽。掃描高四位，當(dāng)高四位不全為 1 時，說明有按鍵被按下。此時延時去抖動。確認(rèn)有按鍵被按下后根據(jù)按鍵所在的行和列確定按鍵號。給對應(yīng)的按鍵賦值。當(dāng)一個掃描完成后返回初始狀態(tài)。 無線發(fā)射模塊軟件設(shè)計首先對 nrf24l01 進(jìn)行初始化操作，初始化操作部分包括對單片機(jī)的 P1 口中~ 進(jìn)行初始化同時也要將接在這六個口中的無線模塊的六個 SPI 進(jìn)行初始化。將這兩部分初始化成功后才能讓在 nrf24l01 模塊之間建立通信。發(fā)送數(shù)據(jù)時，通過給 PRIM_RX 寄存器低電平進(jìn)入發(fā)送模式。然后把接收地址節(jié)點(diǎn)和發(fā)送節(jié)點(diǎn)地址都寫入 nrf24l01 中，將通道 0 設(shè)置成接收模式，啟動自動應(yīng)答模式。拉高 CE，延時 10us 后發(fā)送程序。其流程圖如圖 44 所示。鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書( 2022)17開 始初 始 化將 CE置 低配 置 PRIM_RX為 低將 發(fā) 送 節(jié) 點(diǎn) 地 址 寫入 NR將 接 收 節(jié) 點(diǎn) 地 址 寫入 NR將 有 效 數(shù) 據(jù) 寫 入 NR通 道 0設(shè) 置 為 接 收模 式啟 動 自 動 應(yīng) 答拉 高 CE， 啟 動 發(fā) 送延 時 10us啟 動 時 鐘 電 路打 包 數(shù) 據(jù)發(fā) 送 數(shù) 據(jù)成 功 發(fā) 送置 低 CE產(chǎn) 生 應(yīng) 答清 楚 緩 存YN圖 44 無線發(fā)射模塊軟件流程圖 無線接收模塊軟件設(shè)計同樣的，在接收模塊接收數(shù)據(jù)的時候，先將單片機(jī)的數(shù)據(jù)口進(jìn)行初始化同時將無線模塊的六個 SPI 初始化。將無線收發(fā)模塊的 PRIM_RX 寄存器置高進(jìn)入接收模式。緊接著延時 130us 后檢測數(shù)據(jù)是否傳來。當(dāng)接收模塊檢測到同接收地址一樣的發(fā)送地址，就將接收到的數(shù)據(jù)包寫入緩存中，同時將 RX_DR 位置高，并且產(chǎn)生中斷使得 IRQ 引腳變?yōu)榈碗娖?，此時以便通知單片機(jī)去取接收數(shù)據(jù)，其流程圖如圖 45 所示。基于單片機(jī)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計18開 始初 始 化將 CE置 低配 置 PRIM_RX為 高將 接 收 節(jié) 點(diǎn) 地 址 寫 入 NR將 通 道 0置 高拉 高 CE， 啟 動 接 收接 收 中 斷延 時 130us讀 取 接 收 數(shù) 據(jù)結(jié) 束YN圖 45 無線接收模塊軟件流程圖 LCD1602 顯示器軟件設(shè)計發(fā)送模塊中 LCD1602 顯示器顯示鍵盤值流程圖如圖 46 所示。鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書( 2022)19開 始初 始 化有 無 按 鍵 按 下執(zhí) 行 鍵 值 功 能結(jié) 束YN圖 46 發(fā)送模塊 LCD 顯示流程圖圖示信息為單片機(jī)將在矩陣鍵盤中讀到的數(shù)值處理后通過 P2 口的數(shù)據(jù)總線寫入 LCD1602 中。接收模塊中 LCD1602 顯示器顯示 nrf24l01 接收到的數(shù)值流程圖如圖 47 所示。開 始初 始 化結(jié) 束單 片 機(jī) 將 接 受 到 的 數(shù) 據(jù) 寫 入 LCD圖 47 接收模塊 LCD 顯示流程圖單片機(jī)將接收到的數(shù)據(jù)通過 P2 口總線寫入 LCD 中，然后對比發(fā)送模塊中的數(shù)據(jù)，看發(fā)送和接收是否成功。 蜂鳴器報警電路蜂鳴器報警電路流程圖如圖 48 所示?；趩纹瑱C(jī)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計20開 始單 片 機(jī) 處 理 接 收 到的 數(shù) 據(jù)數(shù) 值 =1000 蜂 鳴 器 報 警結(jié) 束YN圖