【文章內容簡介】 UP PRIM_RX CE FIFO寄存器狀態(tài) 接收模式 1 1 1 發(fā)送模式 1 0 1 數(shù)據(jù)在 TXFIFO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 待機模式 II 1 0 1 TXFIFO為空 待機模式 I 1 0 無數(shù)據(jù)傳輸 掉電模式 0 nRF24L01 在不同模式下的引腳功能如表 5 表 5 引腳功能 引腳名稱 方向 發(fā)送模式 接收模式 待機模式 掉電模式 CE 輸入 高電平 10us 高電平 低電平 CSN 輸入 SPI片選使能，低電平使能 SCK 輸入 SPI時鐘 MOSI 輸入 SPI串行輸入 MISO 三態(tài)輸出 SPI 串行輸出 IRQ 輸出 中斷，低電平使能 nRF24L01 有如下幾種數(shù)據(jù)包處理方式： ① ShockBurstTM（與 nRF2401， nRF24E1， nRF2402， nRF24E2 數(shù)據(jù)傳輸率為 1Mbps 基于單片機的無線溫度采集報警系統(tǒng)設計 9 時相同）。 ② 增強型 ShockBurstTM 模式。 ShockBurstTM 模式 ShockBurst 模式下 nRF24L01 可以與成本較低的低速 MCU 相連。高速信號處理是由芯片內部的射頻協(xié)議處理的， nRF24L01 提供 SPI 接口，數(shù)據(jù)率取決于單片機本身接口速度。 ShockBurst 模式通過允許與單片機低速通信而無線部分高速通信，減小了通信的平均消耗電流。 在 ShockBurstTM 接收模式下，當接收到有效的地址和數(shù)據(jù)時 IRQ 通知 MCU，隨后 MCU 可將接收到的數(shù)據(jù)從 RX FIFO 寄存器中讀出。 在 ShockBurstTM 發(fā)送模式下， nRF24L01 自動生成前導碼及 CRC 校驗。數(shù)據(jù)發(fā)送完畢后 IRQ 通知 MCU。減少了 MCU 的查詢時間，也就意味著減少了 MCU 的工作量同時減少了軟件的開發(fā)時間。 nRF24L01 內部有三個不同的 RX FIFO 寄存器（ 6 個通道共享此寄存器）和三個不同的 TX FIFO 寄存器。在掉電模式下、待 機模式下和數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中 MCU 可以隨時訪問 FIFO 寄存器。這就允許 SPI接口可以以低速進行數(shù)據(jù)傳送，并且可以應用于 MCU 硬件上沒有 SPI 接口的情況下。 增強型的 ShockBurstTM 模式： 增強型 ShockBurstTM 模式可以使得雙向鏈接協(xié)議執(zhí)行起來更為容易、有效。典型的雙向鏈接為：發(fā)送方要求終端設備在接收到數(shù)據(jù)后有應答信號，以便于發(fā)送方檢測有無數(shù)據(jù)丟失。一旦數(shù)據(jù)丟失，則通過重新發(fā)送功能將丟失的數(shù)據(jù)恢復。增強型的ShockBurstTM 模式可以同時控制應答及重發(fā)功能而無需增加 MCU工作量 。 nRF24L01 在接收模式下可以接收 6路不同通道的數(shù)據(jù)。每一個數(shù)據(jù)通道使用不同的地址，但是共用相同的頻道。也就是說 6個不同的 nRF24L01設置為發(fā)送模式后可以與同一個設置為接收模式的 nRF24L01 進行通訊，而設置為接收模式的 nRF24L01 可以對這 6 個發(fā)射端進行識別。數(shù)據(jù)通道 0是唯一的一個可以配置為 40 位自身地址的數(shù)據(jù)通道。 1~5 數(shù)據(jù)通道都為 8位自身地址和 32位公用地址。所有的數(shù)據(jù)通道都可以設置為增強型 ShockBurst 模式。 nRF24L01 在確認收到數(shù)據(jù)后記錄地址，并以此地址為 目標地址發(fā)送應答信號。在發(fā)送端，數(shù)據(jù)通道 0被用做接收應答信號，因此，數(shù)據(jù)通道 0 的接收地址要與發(fā)送端地址相等以確保接收到正確的應答信號。 nRF24L01配置為增強型的 ShockBurstTM 發(fā)送模式時，只要 MCU 有數(shù)據(jù)要發(fā)送， nRF24L01就會啟動 ShockBurstTM 模式來發(fā)送數(shù)據(jù)。在發(fā)送完數(shù)據(jù)后 nRF24L01 轉到接收模式并等待終端的應答信號。如果沒有收基于單片機的無線溫度采集報警系統(tǒng)設計 10 到應答信號， nRF24L01 將重發(fā)相同的數(shù)據(jù)包直到收到應答信號或重發(fā)次數(shù)超過SETUP_RETR_ARC 寄存器中設置的值為止，如果重發(fā) 次數(shù)超過了設定值，則產生MAX_RT 中斷。只要收到確認信號， nRF24L01 就認為最后一包數(shù)據(jù)已經發(fā)送成功（接收方已經收到數(shù)據(jù)），把 TX FIFO中的數(shù)據(jù)清除掉并產生 TX_DS 中斷（ IRQ 引腳置高）。 SPI 指令及時序 SPI 接口可能用到的指令在下面有所說明。 CSN 為低后 SPI 接口等待執(zhí)行指令。每一條指令的執(zhí)行都必須通過一次 CSN 由高到低的變化。參見表 6。 表 6 SPI 指令 指令名稱 指令格式 操作 R_REGISTER 000AAAAA 讀配置寄存器。 AAAAA指出讀操 作的寄存器地址。 W_REGISTER 001AAAAA 寫配置寄存器。 AAAAA指出寫操作的寄存器地址只有在掉電模式和待機模 式下可操作。 R_RX_PAYLOAD 01100001 讀 RX有效數(shù)據(jù)： 132字節(jié)。讀操作全部從字節(jié) 0開始。當讀 RX有效數(shù)據(jù) 完成后， FIFO 寄存器中有效數(shù)據(jù)被清除。應用于接收模式下。 W_RX_PAYLOAD 10100000 寫 TX有效數(shù)據(jù)： 132字節(jié)。寫操作從字節(jié) 0開始。應用于發(fā)射模式下。 FLUSH_TX 11100001 清除 TXFIFO寄存器，應用于發(fā)射模式 下。 FLUSH_RX 11100010 清除 RXFIFO寄存器，應用于接收模式下。 在傳輸應答信號過程中不應執(zhí)行此指令。也就是說，若傳輸應答信號過程中執(zhí)行此指令的話將使得應答信號不能被完整的傳輸。 REUSE_TX_PL 11100011 重新使用上一包有效數(shù)據(jù)。當 CE為高過程中，數(shù)據(jù)包被不斷的重新發(fā)射。在發(fā)射數(shù)據(jù)包過程中必須禁止數(shù)據(jù)包重利用功能。 NOP 11111111 空操作?？梢杂脕碜x狀態(tài)寄存器。 圖 9給出了時序。在寫寄存器之前一定要進入待機模式或掉電模式。在圖 8 、 9中用到了下面的符號 :CnSPI 指令位 ,Sn狀態(tài)寄存器位 Dn數(shù)據(jù)位 . 圖 8 SPI 讀操作 圖 9 SPI寫操作 基于單片機的無線溫度采集報警系統(tǒng)設計 11 3 系統(tǒng)硬件電路設計 AT89C52 單片機最小系統(tǒng) 單片機的時鐘信號用來提供單片機片內各種操作的時間基準，時鐘信號通常用兩種電路形式得到 :內部振蕩和外部振蕩。 MCS51 單片機內部有一個用于構成振蕩器的高增益反向放大器，引腳 XTAL1 和 XTAL2 分別是此放大電器的輸入端和輸出端，由于采用內部方式時，電路簡單，所得的時鐘信號比較穩(wěn)定，實際使用中常采用這種方式，在其外接晶體振蕩器 (簡稱 晶振 )或陶瓷諧振器就構成了內部振蕩方式，片內高增益反向放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起可構成一個自激振蕩器并產生振蕩時鐘脈沖。 圖 10 晶振電路 圖 10 中外接晶體以及電容 C2 和 C1 構成并聯(lián)諧振電路，它們起穩(wěn)定振蕩頻率、快速起振的作用，其值均為 30PF 左右，晶振頻率選 12MHz。 為了初始化單片機內部的某些特殊功能寄存器，必須采用復位的方式，復位后可使 CPU及系統(tǒng)各部件處于確定的初始狀態(tài)，并從初始狀態(tài)開始正常工作。單片機的復位是靠外電路來實現(xiàn)的，在正常運行情況下，只要 RST 引腳上出現(xiàn)兩個 機器周期時間以上的高電平，即可引起系統(tǒng)復位，但如果 RST 引腳上持續(xù)為高電平，單片機就處于循環(huán)復位狀態(tài)。復位后系統(tǒng)將輸入 /輸出 (I/O)端口寄存器置為 FFH，堆棧指針 SP 置為07H, SBUF 內置為不定值，其余的寄存器全部清 0，內部 RAM 的狀態(tài)不受復位的影響，在系統(tǒng)上電時 RAM 的內容是不定的。復位操作有兩種情況，即上電復位和手動 (開關 )復位。本系統(tǒng)采用手動復位方式。圖中 R1 和 C3 組成手動復位電路，其值 R 取為10K, C 取為 10μF，如圖 11。 基于單片機的無線溫度采集報警系統(tǒng)設計 12 圖 11 復位電路 3． 2 溫度檢測模塊電路 DS18B20 可 以采用兩種方式供電 ,一種是采用電源供電方式如圖 12,此時DS18B20 的 1 腳接地 ,2 腳作為信號線 ,3 腳接電源 .另一種是寄生電源供電方式 ,為保證在有效的 DS18B20時鐘周期內提供足夠的電源 ,可用一個 MOSFET管來完成對總線的上拉。 當 DS18B20 處于寫存儲器操作和溫度 A/D 轉換時，總線上必須有強的上拉 ,上拉開啟時間最大為 10 微秒 .采用寄生電源供電方式是 VDD 和 GND 端均接地 .由于單線制只有一根線，因此發(fā)送接口必須是三態(tài)的。 圖 12 DS18B20 接口電路 溫度顯示模塊電路 顯示部分由 1602LCM 及數(shù)碼管構成。 接收端采用 LCM1602 點陣液晶作為人機交互界面。該 LCD 模塊是由 LCD 驅動器， LCD 控制器、少量的電阻電容以及 LCD 屏組成，質量輕、體積小、功耗低、顯示內容豐富，提供。此外，液晶顯示接口簡單方便，可直接與微處理器相連，實時顯示采集所測試的溫度值。當實時溫度超過設定的報警溫度上、下限值，接收端由 LCD顯示發(fā)送端傳來的溫度信息，并發(fā)出報警聲。 發(fā)射端采用數(shù)碼管顯示， 數(shù)碼管要正常顯示，就要用 驅動電路 來驅動數(shù)碼管的各基于單片機的無線溫度采集報警系統(tǒng)設計 13 個段碼，從而顯示出我們要的 數(shù)字 ，因此根據(jù)數(shù)碼管的 驅動方式 的不同，可以分為靜態(tài)式和動態(tài)式兩類。 數(shù)碼管動態(tài)顯示 是 單片機中應用最為廣泛的一種顯示方式之一，動態(tài)驅動是將所有數(shù)碼管的 8 個顯示筆劃 a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端連在一起，另外為每個數(shù)碼管的公共極 COM 增加位選通控制電路，位選通由各自獨立的 I/O 線控制，當單片機輸出字形碼時，所有數(shù)碼管都接收到相 同的字形碼，數(shù)碼管 哪位 顯示字形取決于單片機對位選通電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會亮。通過分時輪流控制各個數(shù)碼管的的 COM 端，就使各個數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅動。在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點亮時間為 1～ 2ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的 余輝 效應，盡管實際上各位數(shù)碼管并非同時點亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是 一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會有閃爍感 。 本電路發(fā)射端由 PNP 三極管驅動數(shù)碼管顯示溫度值， ～ 接數(shù)碼管的位選端，控制數(shù)碼管的動態(tài)顯示。發(fā)射端顯示電路如圖 13，接收端顯示電路如圖 14。 圖 13 數(shù)碼管顯示電路 圖 14 LCD 顯示電路 基于單片機的無線溫度采集報警系統(tǒng)設計 14 發(fā)射電路模塊 發(fā)射功能由 nRF24L01 完成，其引腳 MISO 及 MOSI 與單片機進行通信，單片機將溫度信息交給 nRF24L01 并以（ GFSK）的調制方式發(fā)送出去，如上圖 15。 圖 15 發(fā)射電路模塊 接收電路模塊 由 nRF24L01 收 發(fā)一體芯片對溫度信號進行接收解調，將接收到溫度信息交由單片機進行處理，單片機控制顯示器進行溫度顯示，如上圖 16。 圖 16 接收電路模塊 基于單片機的無線溫度采集報警系統(tǒng)設計 15 4 系統(tǒng)軟件設計 系統(tǒng)程序主要包括發(fā)送主程序，接收端主程序，讀出溫度子程序，溫度轉換命令子程序，計算溫度子程序，顯示數(shù)據(jù)刷新子程序，溫度比較子程序，按鍵掃描子程序，發(fā)送子程序和接收子程序等。 主程序 （ 1）發(fā)送端主程序 發(fā)送端主程序的主要功能是負責溫度的實時采集、讀出并處理 DS18B20 的測量的當前溫度值，溫度測量每 1s 進行一次。這樣 可以在一秒測量一次被測溫度，程序流程見圖 17。 圖 17 發(fā)送端主程序流程圖 圖 18 接收端主程序（ 2）接收端主程序 接收端主程序主要完成數(shù)據(jù)接收，顯示，比較及報警。其程序流圖見圖 18。 子 程序 （ 1）讀出溫度子程序 讀出溫度子程序的主要功能是讀出 RAM中的 9字節(jié)，在讀出時需進行 CRC校驗，校驗有錯時不進行溫度數(shù)據(jù)的改寫。其程序流程圖如圖 19所示 。 LCD 初始化 接收溫度信息 顯示 溫度值比較 開始 按鍵掃描 DS18B20 復位 讀取溫度 數(shù)據(jù)轉換 顯示 發(fā)送 開 始 結束 結束 基于單片機的無線溫度采集報警系統(tǒng)設計 16 發(fā)復位命令 發(fā)跳過 ROM 命令 發(fā)溫度轉換命令 結束 N Y 圖 19 讀出溫度子程序流程圖 （ 2）溫度轉換命令子程序 溫度轉換命令子程序主要是發(fā)溫度轉換開始命令，當采用 12 位分辨率時轉換時間約為 750ms，在本程序