【文章內(nèi)容簡介】 現(xiàn)的，它的主要作用是對主程序進(jìn)行管理和監(jiān)控，并且當(dāng)中斷系統(tǒng)發(fā)出中斷指令時(shí)，單片機(jī)應(yīng)及時(shí)作出響應(yīng)并執(zhí)行中斷操作 [22， 23]。中斷技術(shù)的具體操作步驟如下：首先由中斷系統(tǒng)發(fā)出中斷指令，然后對這一指令進(jìn)行判斷，若中斷指令被允許，那么單片機(jī)就停止執(zhí)行現(xiàn)有的程序，接著執(zhí)行并處理中斷系統(tǒng)發(fā)出的中斷指令，待到中斷指令執(zhí)行完成后，單片機(jī)再轉(zhuǎn)到程序中斷的地方，繼續(xù)執(zhí)行主程序。如下圖 35 所示是程序中斷的處理過程。圖 35 中斷過程對于單片機(jī)系統(tǒng)而言，中斷技術(shù)在其運(yùn)行過程中發(fā)揮著重要的作用。假如單片機(jī)內(nèi)部無中斷系統(tǒng)，那么單片機(jī)在運(yùn)行過程中就要對單片機(jī)系統(tǒng)中的服務(wù)請求進(jìn)行查詢，這樣不僅浪費(fèi)大量的時(shí)間，而且單片機(jī)的工作效率也大大降低了。故在單片機(jī)中采用中斷技術(shù)是非常必要的。 nRF24L01 無線模塊 設(shè)計(jì) nRF24L01 概述 本 設(shè) 計(jì) 采 用 NRF24L01 無 線 通 信 模 塊 實(shí) 現(xiàn) 母 機(jī) 、 子 機(jī) 之 間 的 通 信 ， 它 是 由 nRF24L01 芯 片 制 作 而 成 的 ， nRF24L01 無 線 收 發(fā) 器 芯 片 的 工 作 頻 率 在 ISM 頻段 規(guī) 定 的 范 圍 內(nèi) ， 一 般 介 于 和 之 間 ， 可 對 近 距 離 無 線 信 號 進(jìn) 行單 向 發(fā) 送 和 單 向 接 收 。 同 時(shí) ， 該 芯 片 具 有 體 積 小 ， 功 率 損 耗 低 ， 實(shí) 用 性 強(qiáng) ， 性 能穩(wěn) 定 ， 電 路 結(jié) 構(gòu) 簡 單 等 優(yōu) 點(diǎn) ， 另 外 ， 該 芯 片 還 采 用 了 高 斯 頻 移 鍵 控 GFSK 的調(diào) 制 方 式 ， 并 在 芯 片 內(nèi) 部 創(chuàng) 建 了 鏈 路 層 ， 為 此 該 芯 片 能 夠 實(shí) 現(xiàn) 很 多 功 能 ， 比 如 自動 應(yīng) 答 、 自 動 重 發(fā) 、 地 址 碼 檢 測 、 循 環(huán) 冗 余 校 驗(yàn) 碼 檢 測 等 [24]。 該 芯 片 的 數(shù) 據(jù)傳 輸 速 率 為 1Mbit/s 或 者 2Mbit/s， 一 般 采 用 串 行 外 圍 接 口 SPI 與 微 控 制 單 元 相連 接 的 方 式 設(shè) 置 芯 片 參 數(shù) ， 以 便 更 好 進(jìn) 行 數(shù) 據(jù) 傳 輸 ， 對 于 串 行 外 圍 接 口 而 言 ， 它的 傳 輸 速 率 一 般 介 于 0Mbit/s 到 8Mbit/s 之 間 ， 工 作 電 壓 介 于 到 之11間 ， 并 且 它 還 擁 有 125 個(gè) 射 頻 傳 輸 信 道 供 我 們 選 擇 [25]。 另 外 ， 針 對 無 線 通 信 模塊 而 言 ， 它 主 要 是 由 頻 率 發(fā)生器增強(qiáng)型 SchockBurstTM 模式控制器功率放大器、時(shí)鐘處理器、晶體振蕩器調(diào)制器、頻率合成器、解調(diào)器輸出功率信道的選取以及協(xié)議的配置組成。此模塊進(jìn)行信號收發(fā)時(shí)，消耗的電流較低，調(diào)查數(shù)據(jù)如下：當(dāng)無線收發(fā)模塊進(jìn)行信號發(fā)送時(shí)，消耗的電流量是 ，在對信號進(jìn)行接收時(shí)消耗的電流量是 ，特別是在空閑模式或者關(guān)機(jī)模式下該模塊消耗的電流量更少。隨著時(shí)代的進(jìn)步，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，n RF24L01 芯 片 在 無 線 通 信 領(lǐng) 域 發(fā) 揮 的 作用 越 來 越 大 ， 應(yīng) 用 領(lǐng) 域 也 越 來 越 廣 泛 。 nRF24L01 芯 片 不 僅 被 運(yùn) 用 到 鍵 盤 、 鼠標(biāo) 等 小 型 設(shè) 備 中 ， 而 且 還 用 到 日 常 生 活 中 的 防 盜 系 統(tǒng) 、 遙 控 系 統(tǒng) 、 勘 測 系 統(tǒng) 等 大型 設(shè) 備 中 。 另 外 ， 由 于 人 們 對 無 線 傳 輸 的 要 求 愈 來 愈 高 ， nRF24L01 芯 片 技 術(shù)也 不 斷 得 到 更 新 和 完 善 ， 當(dāng) 前 國 內(nèi) 外 無 線 研 究 技 術(shù) 組 織 對 nRF24L01 芯 片 技 術(shù)進(jìn) 行 創(chuàng) 新 ， 并 在 某 些 領(lǐng) 域 取 得 了 較 好 的 成 果 。 故 本 設(shè) 計(jì) 采 用 具 有 技 術(shù) 的nRF24L01 無 線 發(fā) 送 和 接 收 模 塊 進(jìn) 行 短 距 離 通 信 ， 這 樣 更 能 保 證 傳 輸 的 安 全 性 和可 靠 性 。 引腳功能及描述 nRF24L01 的 電 路 圖 引 腳 如 圖 36 所 示 。 圖 36 NRF24L01 引腳圖各 引 腳 功 能 如 下 ：CE：傳送數(shù)據(jù) RX 或接收數(shù)據(jù) TX 模式選擇；CSN，SCK ，MOSI，MISO：串行外圍接口，用于與 nRF24L01 芯 片 相 連 接 ；IRQ：中斷引腳；VDD：電源輸入端；12VSS：電源接地端；XC2，XC1 ：晶體振蕩器模擬輸出、輸入引腳；VDD_PA：為射頻的功率放大器提供+ V 電源；ANT1,ANT2：天線接口；IREF：參考電流輸入引腳。通 過 以 上 對 nRF24L01 引 腳 功 能 的 研 究 與 分 析 ， 再 加 以 對 設(shè) 計(jì) 模 型 的 考 慮 ，制 作 出 了 本 設(shè) 計(jì) 的 pcb 圖 及 其 實(shí) 物 圖 ， 如 下 圖 37 所 示 ： 圖 37 NRF24L01 模型圖和實(shí)物圖 nRF24L01 射頻芯片特性 射 頻 通 道nRF24L01 的 工 作 頻 率 可 選 擇 的 范 圍 是 到 ， 每 個(gè) 頻 道的 帶 寬 是 1MHz（ 1Mbps 速 率 ） 或 2MHz（ 2Mbps 速 率 ） ， nRF24L01 無 線 射頻 通 道 的 工 作 頻 率 是 由 六 位 寄 存 器 RF_CH 確 定 的 ， 并 且 射 頻 通 道 的 工 作 頻 率將 對 射 頻 通 道 運(yùn) 用 的 中 心 頻 率 起 到 決 定 性 作 用 。 我 們 可 由 下 列 公 式 計(jì) 算 出 射 頻 通道 工 作 頻 率 即 ： F0=（ 2400+RF_CH） MHz。對 于 射 頻 通 道 而 言 ， 如 果 發(fā) 送 端 和 接 收 端 的 射 頻 通 道 設(shè) 定 不 相 同 即 它 們 不 在一 個(gè) 信 道 內(nèi) 傳 輸 ， 那 么 兩 者 就 不 能 實(shí) 現(xiàn) 通 信 。 為 此 我 們 在 收 發(fā) 信 號 時(shí) ， 應(yīng) 當(dāng) 把 兩者 的 射 頻 通 道 設(shè) 定 為 同 一 條 ， 才 能 實(shí) 現(xiàn) 通 信 。 但 是 對 于 具 體 的 情 況 還 需 具 體 分 析 ，13比 如 當(dāng) 射 頻 通 道 的 帶 寬 是 2MHz 時(shí) ， 我 們 必 須 設(shè) 定 RF_CH 寄 存 器 的 內(nèi) 容 不 大于 2， 否 則 將 影 響 發(fā) 送 端 和 接 收 端 之 間 的 通 信 。 工 作 模 式通 過 對 寄 存 器 PWR_UP,PRIM_RX 和 使 能 端 CE 引 腳 的 設(shè) 定 ， 我 們 可 以 把nRF24L01 設(shè) 定 為 四 種 模 式 ， 包 括 發(fā) 送 模 式 ， 接 收 模 式 ， 空 閑 模 式 和 關(guān) 機(jī) 模 式 ，如 下 表 31 所 示 ：表 31 nRF24L01 工作模式表模式 PWR_UP PRIM_RX CE FIFO 寄存器狀態(tài)接收模式 1 1 1 —發(fā) 送 模 式 0寄 存 器 中數(shù) 據(jù) 在 TXFIO發(fā) 送 模 式 1→ 據(jù) 發(fā) 送 完停 留 在 發(fā) 送 模 式 直 到 數(shù)空閑模式Ⅱ 1 0 1 TXFIFO 為空空閑模式Ⅰ 1 — 0 無數(shù)據(jù)傳輸關(guān)機(jī)模式 0 — — — 數(shù) 據(jù) 包 處 理 方 式 對 nRF24L01 無 線 發(fā) 送 和 接 收 模 塊 而 言 ， 它 采 用 兩 種 方 式 對 數(shù) 據(jù) 包 進(jìn)行 處 理 ， 一 種 是 ShockBurstTM 模 式 ， 另 一 種 是 增 強(qiáng) 型 ShockBurstTM 模 式 ，這 兩 種 數(shù) 據(jù) 包 的 處 理 方 式 都 是 將 微 控 制 單 元 MCU 與 nRF24L01 無 線 發(fā) 送 和 接收 模 塊 通 過 串 行 外 圍 接 口 SPI 相 互 連 接 起 來 [26]。 （ 1） ShockBurstTM 模 式當(dāng) 運(yùn) 用 ShockBurstTM 模 式 對 信 號 進(jìn) 行 接 收 時(shí) ， 如 果 接 收 端 收 到 準(zhǔn) 確 的 地 址和 數(shù) 據(jù) ， 那 么 這 時(shí) 接 收 端 通 過 中 斷 請 求 IRQ 告 知 微 控 制 單 元 MCU 信 息 已 準(zhǔn) 確收 到 ， 接 著 微 控 制 單 元 通 過 RXFIFO 寄 存 器 讀 取 接 收 到 的 地 址 和 數(shù) 據(jù) 。 運(yùn) 用 這一 模 式 進(jìn) 行 數(shù) 據(jù) 和 地 址 發(fā) 送 時(shí) ， 可 以 自 動 生 成 循 環(huán) 冗 余 校 驗(yàn) 碼 ， 當(dāng) 數(shù) 據(jù) 完 全 發(fā) 送完 畢 后 ， 接 收 端 的 中 斷 請 求 IRQ 告 知 微 控 制 單 元 MCU 信 息 已 發(fā) 出 ， 這 樣 就 能大 大 減 少 了 微 控 制 單 元 MCU 對 信 息 確 定 性 的 查 詢 時(shí) 間 ， 從 而 提 高 了 工 作 效 率 。另 外 ， 在 nRF24L01 無 線 通 信 模 塊 的 內(nèi) 部 含 有 兩 類 寄 存 器 ， 一 類 是 RXFIFO 寄14存 器 ， 另 一 類 是 TXFIFO 寄 存 器 ， 無 論 是 在 收 發(fā) 模 式 ， 關(guān) 機(jī) 模 式 還 是 在 空 閑 模式 下 ， 微 控 制 單 元 MCU 都 可 以 對 FIFO 寄 存 器 進(jìn) 行 訪 問 。（ 2） 增 強(qiáng) 型 ShockBurstTM 模 式對 于 增 強(qiáng) 型 ShockBurstTM 模 式 而 言 ， 它 在 保 持 微 控 制 單 元 MCU 工 作 量的 基 礎(chǔ) 上 ， 又 同 時(shí) 擁 有 自 動 應(yīng) 答 功 能 和 自 動 重 發(fā) 功 能 。 它 的 主 要 流 程 為 ： 首 先 由發(fā) 送 端 發(fā) 出 信 號 ， 當(dāng) 接 收 端 接 收 所 發(fā) 出 的 地 址 和 數(shù) 據(jù) ， 則 通 過 自 動 應(yīng) 答 功 能 對 發(fā)送 端 進(jìn) 行 回 復(fù) ， 然 后 發(fā) 送 端 對 反 饋 信 息 進(jìn) 行 檢 測 。 若 信 息 檢 測 無 誤 ， 那 么 發(fā) 送 端繼 續(xù) 發(fā) 送 下 一 條 信 息 ， 如 果 信 息 檢 測 有 誤 ， 那 么 就 執(zhí) 行 自 動 重 發(fā) 功 能 ， 直 到 信 息傳 輸 無 誤 為 止 。 另 外 對 于 增 強(qiáng) 型 ShockBurstTM 模 式 下 的 應(yīng) 答 和 重 發(fā) 功 能 都 是自 動 運(yùn) 行 的 ， 無 需 人 工 操 作 。 由 此 可 以 看 出 采 用 增 強(qiáng) 型 ShockBurstTM 模 式 對數(shù) 據(jù) 包 進(jìn) 行 處 理 具 有 功 率 損 耗 低 、 成 本 低 、 抗 干 擾 性 強(qiáng) 等 優(yōu) 點(diǎn) 。 經(jīng) 過 綜 合 考 慮 ， 因 此 本 設(shè) 計(jì) 我 們 采 用 增 強(qiáng) 型 ShockBurstTM 模 式 對 數(shù)據(jù) 包 進(jìn) 行 處 理 。 自 動 應(yīng) 答 功 能自 動 應(yīng) 答 功 能 主 要 是 為 信 息 接 收 端 服 務(wù) 的 。 自 動 應(yīng) 答 功 能 指 的 是 當(dāng) 接 收 端 接收 到 信 號 時(shí) ， 那 么 接 收 端 便 自 動 對 發(fā) 送 端 進(jìn) 行 信 息 反 饋 ， 以 便 很 好 的 對 信 息 的 準(zhǔn)確 性 進(jìn) 行 檢 測 。 當(dāng) 信 息 確 認(rèn) 無 誤 后 ， 系 統(tǒng) 便 進(jìn) 入 正 常 工 作 狀 態(tài) 。 這 個(gè) 功 能 在 很 大程 度 上 降 低 了 微 控 制 單 元 MCU 的 工 作 量 ， 減 少 了 電 流 損 耗 ， 大 大 提 高 了 工 作效 率 [27]。 自 動 重 發(fā) 功 能 自 動 重 發(fā) 功 能 主 要 是 為 信 息 發(fā) 送 端 服 務(wù) 的 。 當(dāng) 發(fā) 送 端 檢 測 到 接 收 端 反 饋信 息 無 誤 時(shí) ， 那 么 隨 后 系 統(tǒng) 將 進(jìn) 入 正 常 工 作 模 式 ， 若 發(fā) 送 端 沒 有 要 發(fā) 送 的 數(shù) 據(jù) 時(shí) ，這 時(shí) 發(fā) 送 端 則 進(jìn) 入 空 閑 模 式 下 。 一 旦 檢 測 到 反 饋 信 息 出 現(xiàn) 錯(cuò) 誤 時(shí) ， 這 時(shí) 系 統(tǒng) 自 動返 回 到 發(fā) 送 模 式 對 錯(cuò) 誤 數(shù) 據(jù) 進(jìn) 行 重 新 發(fā) 送 ， 直 到 數(shù) 據(jù) 準(zhǔn) 確 無 誤 為 止 [28]。 數(shù) 據(jù) 包 格 式 ， 數(shù) 據(jù) 包 識 別 PID 及 其 循 環(huán) 冗 余 CRC 校 驗(yàn)增 強(qiáng) 型 ShockBrustTM 模 式 下 的 數(shù) 據(jù) 包 格 式 如 下 表 32 所 示 ：前導(dǎo)碼地址（3~5字節(jié)）9 位（標(biāo)志位）數(shù)據(jù)（1~32 字節(jié)）CRC 校驗(yàn)（0/1/2）ShockBurstTM 模 式 下 的 數(shù) 據(jù) 包 格 式 如 表 33：前導(dǎo)碼 地址（3~5 字節(jié)） 數(shù)據(jù)（1~32 字節(jié)） CRC 校驗(yàn)（0/1/2）前 導(dǎo) 碼 的 作 用 主 要 是 對 脈 沖 編 碼 0 或 1 進(jìn) 行 檢 測 ， 在 進(jìn) 行 數(shù) 據(jù) 傳 輸 時(shí) 加 上前 導(dǎo) 碼 ， 而 在 數(shù) 據(jù) 接 收 端 則 把 前 導(dǎo) 碼 除 去 。15地 址 主 要 是 指 的 接 收 地 址 ， 地 址 寬 度 介 于 3 個(gè) 字 節(jié) 到 5 個(gè) 字 節(jié) 之 間 ， 當(dāng) 數(shù)據(jù) 進(jìn) 行 傳 輸 時(shí) ， 數(shù) 據(jù) 包 在 信 道 中 可 自 行 配 置 地 址 ， 而 在 接 收 端 再 把 配 置 地 址 自 動去 除 。標(biāo) 志 位 一 共 有 9 位 ， 其 中 兩 位 代 表 數(shù) 據(jù) 包 識 別 位 ， 其 他 7 位 保 留 以 滿 足 將來 產(chǎn) 品 所 需 。 數(shù) 據(jù) 包 識 別 PID 的 主 要 作 用 就 是 為 了 對 新 數(shù) 據(jù) 包 和 舊 數(shù) 據(jù) 包 進(jìn) 行區(qū) 分 ， 當(dāng) 接