【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 。 無(wú)線收發(fā)電路設(shè)計(jì)無(wú)線收發(fā)模塊的組成是：nrf24l01 為核心控制器，輔助以 16MHz 的時(shí)鐘電路，然后再在外圍電路中加入六個(gè) SPI、一個(gè)電源口、一個(gè)接地口。無(wú)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(xiě)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(xiě)入的數(shù)據(jù)的時(shí)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(shí)能夠自動(dòng)應(yīng)答，以檢測(cè)數(shù)據(jù)是否發(fā)送成功同時(shí)又能知道接收方是否接收成功。自動(dòng)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(cè)到的信號(hào)重新對(duì)接收端進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送。無(wú)線模塊的工作能耗低，在發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)候工作電流為，接收數(shù)據(jù)時(shí)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(huì)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(ài)。還有空閑模式來(lái)進(jìn)一步減少能耗。在使用 nRF24 L01 時(shí)將其 CE、 CSN、 IRQ、 MISO、 MOSI、 SCK 六個(gè)引腳和 stc89 C52 的 P1 口相連接，為了防止電流過(guò)大而燒毀無(wú)線模塊，在單片機(jī) P1 口與 nrf24l01 的各引腳之間串接一個(gè) 2K的限流電阻。無(wú)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(jì)說(shuō)明書(shū)( 2022)9圖 35 nrf24l01 與單片機(jī)連接無(wú)線模塊和單片機(jī)相連接時(shí)引腳分配如表 31 所示。表 31 無(wú)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(wú)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(gè)104 和一個(gè) 22up 的電容來(lái)過(guò)濾波形使得 nrf24l01 在無(wú)線收發(fā)時(shí)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(guò) 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(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； 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(jì)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(guò)這四個(gè)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(wú)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(guò)配置寄存器可將 nrf24l01 無(wú)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(wú)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(jì)說(shuō)明書(shū)( 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(shí)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(shí) 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(wú)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(shí)序從 SPI 口寫(xiě)入無(wú)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(shí)序?qū)懭霟o(wú)線收發(fā)模塊的緩存區(qū)中。必須在 CSN 置低電平后才能開(kāi)始傳輸數(shù)據(jù)并且連續(xù)寫(xiě)入。而接收和發(fā)送的地址只要在發(fā)送時(shí)寫(xiě)入一次即可。選擇寄存器，同時(shí)返回狀態(tài)字，然后將數(shù)據(jù)寫(xiě)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(dòng)接收設(shè)備，延時(shí) 130us 后開(kāi)始傳輸數(shù)據(jù)。如果發(fā)送模塊的自動(dòng)應(yīng)答已經(jīng)開(kāi)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(hào)（自動(dòng)應(yīng)答的接收地址和接收模塊的接收地址一樣都為T(mén)X_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(shí)將緩存中的有效數(shù)據(jù)清除；如果未能收到反饋信號(hào)，則發(fā)送模塊自動(dòng)啟動(dòng)重發(fā)功能，重新發(fā)送緩存中的有效數(shù)據(jù)（自動(dòng)重發(fā)已經(jīng)開(kāi)啟，自動(dòng)重發(fā)計(jì)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(dòng)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(shí)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(dòng)進(jìn)入待機(jī)模式 I ；如果不將 CE 置低電平，則系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)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(shí)，首先拉高 CE 將 nrf24l01 配置為接收模式，接著延遲 130μs后檢測(cè)空中信息等待數(shù)據(jù)的到來(lái)。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(chǔ)在 RX_FIFO 中，同時(shí) 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(dòng)確認(rèn)信號(hào)，則發(fā)送確認(rèn)信號(hào)。最后接收成功時(shí)，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(xiě)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(jì)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(dòng)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(dòng)重發(fā)數(shù)據(jù)時(shí)間和次數(shù)07 STATUS 狀態(tài)寄存器，用來(lái)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(hào) 符號(hào) 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(jì)說(shuō)明書(shū)( 2022)133 V0 調(diào)節(jié) LCD 灰度4 RS 發(fā)送端接 接收端接 （寫(xiě)命令和寫(xiě)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(jì)144 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 總流程圖設(shè)計(jì)程序設(shè)計(jì)發(fā)送端總流程圖如圖 41 所示。開(kāi) 始初 始 化配 置 無(wú) 線 模 塊 為 發(fā) 送 模 式按 矩 陣 鍵 盤(pán) 輸 入 待 發(fā) 送 數(shù) 據(jù)將 數(shù) 據(jù) 寫(xiě) 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(jì)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(jì)說(shuō)明書(shū)( 2022)15開(kāi) 始初 始 化配 置 無(wú) 線 模 塊 為 接 收 模 式將 數(shù) 據(jù) 寫(xiě) 入 寄 存 器接 收 成 功接 收 數(shù) 據(jù)=1000將 數(shù) 據(jù) 寫(xiě) 入 LCD結(jié) 束將 數(shù) 據(jù) 寫(xiě) 入 LCD并 觸 發(fā) 蜂 鳴器 報(bào) 警NYY N圖 42 接收端程序總流程圖 矩陣鍵盤(pán)電路軟件設(shè)計(jì)矩陣鍵盤(pán)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(jì)16開(kāi) 始延 時(shí) 消 抖有 按 鍵 按 下行 列 掃 描 確 定 鍵 號(hào)釋 放 按 鍵結(jié) 束NY圖 43 矩陣鍵盤(pán)掃描矩陣鍵盤(pán)同普通的獨(dú)立式按鍵的接法不同，每一個(gè)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(pán)的識(shí)別中相對(duì)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(gè) 1K 的上拉電阻為矩陣鍵盤(pán)供電。此時(shí)，如果矩陣鍵盤(pán)中沒(méi)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(shí)出現(xiàn)低電平時(shí)，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(pán)上的哪個(gè)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(shí)，說(shuō)明有按鍵被按下。此時(shí)延時(shí)去抖動(dòng)。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(hào)。給對(duì)應(yīng)的按鍵賦值。當(dāng)一個(gè)掃描完成后返回初始狀態(tài)。 無(wú)線發(fā)射模塊軟件設(shè)計(jì)首先對(duì) nrf24l01 進(jìn)行初始化操作，初始化操作部分包括對(duì)單片機(jī)的 P1 口中~ 進(jìn)行初始化同時(shí)也要將接在這六個(gè)口中的無(wú)線模塊的六個(gè) 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(shí)，通過(guò)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(xiě)入 nrf24l01 中，將通道 0 設(shè)置成接收模式，啟動(dòng)自動(dòng)應(yīng)答模式。拉高 CE，延時(shí) 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(jì)說(shuō)明書(shū)( 2022)17開(kāi) 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(xiě)入 NR將 接 收 節(jié) 點(diǎn) 地 址 寫(xiě)入 NR將 有 效 數(shù) 據(jù) 寫(xiě) 入 NR通 道 0設(shè) 置 為 接 收模 式啟 動(dòng) 自 動(dòng) 應(yīng) 答拉 高 CE， 啟 動(dòng) 發(fā) 送延 時(shí) 10us啟 動(dòng) 時(shí) 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(wú)線發(fā)射模塊軟件流程圖 無(wú)線接收模塊軟件設(shè)計(jì)同樣的，在接收模塊接收數(shù)據(jù)的時(shí)候，先將單片機(jī)的數(shù)據(jù)口進(jìn)行初始化同時(shí)將無(wú)線模塊的六個(gè) SPI 初始化。將無(wú)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(shí) 130us 后檢測(cè)數(shù)據(jù)是否傳來(lái)。當(dāng)接收模塊檢測(cè)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(xiě)入緩存中，同時(shí)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(shí)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?；趩纹瑱C(jī)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)18開(kāi) 始初 始 化將 CE置 低配 置 PRIM_RX為 高將 接 收 節(jié) 點(diǎn) 地 址 寫(xiě) 入 NR將 通 道 0置 高拉 高 CE， 啟 動(dòng) 接 收接 收 中 斷延 時(shí) 130us讀 取 接 收 數(shù) 據(jù)結(jié) 束YN圖 45 無(wú)線接收模塊軟件流程圖 LCD1602 顯示器軟件設(shè)計(jì)發(fā)送模塊中 LCD1602 顯示器顯示鍵盤(pán)值流程圖如圖 46 所示。鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)( 2022)19開(kāi) 始初 始 化有 無(wú) 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(pán)中讀到的數(shù)值處理后通過(guò) P2 口的數(shù)據(jù)總線寫(xiě)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(kāi) 始初 始 化結(jié) 束單 片 機(jī) 將 接 受 到 的 數(shù) 據(jù) 寫(xiě) 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(guò) P2 口總線寫(xiě)入 LCD 中，然后對(duì)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(bào)警電路蜂鳴器報(bào)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(jì)20開(kāi) 始單 片 機(jī) 處 理 接 收 到的 數(shù) 據(jù)數(shù) 值 =1000 蜂 鳴 器 報(bào) 警結(jié) 束YN圖