【正文】 第 4 頁 nRF24L01 功能框圖 圖 功能框圖 nRF24L01 BLOCK DIAGRAM nRF24L01 的框圖如 所示，從單片機控制的角度來看，我們只需要關注 右面 的六個控制和數(shù)據(jù)信號，分別為 CSN、 SCK、 MISO、 MOSI、 IRQ、 CE。便于開發(fā)：由于鏈路層完全集成在模塊上，非常便于開發(fā) 。 全球開放 ISM 頻段，最大 0dBm 發(fā)射功率，免許可證使用支持六路通道的數(shù)據(jù)接收低工作電壓： ～ 低電壓工作高速率： 2Mbps，由于空中傳輸時間很短，極大的降低了無線傳輸中的碰撞現(xiàn)象（軟件設置 1Mbps 或者 2Mbps 的空中傳輸速率）多頻點： 125 頻點，滿足多點通信和跳頻通信需要超小型：內置 天線，體積小巧，15 29mm（包括天線）低功耗：當工作在應答模式通信時，快速的空中傳輸及啟動時間，極大的降低了電流消耗。 NORDIC 公司提供通信模塊的 GERBER 文件，可以直接加工生產。可以實現(xiàn)點對點或是 1對 6 的無線通信。以上各模塊的功能信息在后面都有更為具體的介紹。在液晶顯 示上，我們只要求能顯示一些簡單的數(shù)字和字母，我們選擇了 LCD1602。要實現(xiàn)無線通信功能，我們選擇了小巧輕便的無線收發(fā)模塊 nRF24L01。 當然我們本次設計的無線通信模塊只是很基礎的無線通信模塊，我們所達到的效果就是兩個模塊間能相互發(fā)送一些簡單的字符和數(shù)字。甚至在某些高端領域方面無線通信技術能反映一個國家的科技水平和綜合國力。我們本次設計的無線通信模塊雖然只是我們的一次小小的體驗，但我們都知道無線通信在我們現(xiàn)在所處的信息時代是多么的重要，如今我們生活的方方面面無不與無線通信息息相關。接著我們變分工完成了元器件的焊接連接和程序的編寫，然后便是模塊的上電調試，設計的答辯和設計報告的完善。接下來我們一起畫好了模擬電路圖，在老師的幫助下我們對電路圖進行了補充和完善。 第 1 頁 1 前言 本次我們三人小組設計的是無線通信模塊，根據(jù)設計要求我們選擇了無線收發(fā)模塊nRF24L0單片機 STC89C5 LCD1602 和鍵盤模塊等作為本次設計的硬件需求。首先我們與老師一起討論了一些設計的相關事宜和設計思路。完成這些基本工作后，在老師和同學的幫助下我們買回了自己所需的元器件。 我們本次之所以會選擇無線通信模 塊的設計，是我們覺得無線通信技術是現(xiàn)代社會中一門很重要的技術，我們掌握好了這門技術對以后我們的工作生活都有很大的幫助。我們所熟悉的手機、電腦、電視等等都與無線通信有著直接的聯(lián)系。我們國家的無線通信技術雖然在世界上排在了前面的位置，但與一些發(fā)達國家相比我們任然有很大差距，如太空中有差 不多 80%的通信衛(wèi)星是美國的。 第 2 頁 2 總體方案設計 本次設計我們考慮用 C語言和匯編去實現(xiàn)模塊的無線通信功能，但我們編寫程序時發(fā)現(xiàn)匯編語言較難寫且可讀性差，因此我們選擇了用 C語言作為本次的軟件實現(xiàn)。在單片機方面考慮到52系列優(yōu)于 51 系列且很好購買，我們選擇了 STC89C52 單片機。鍵盤輸入方面我們選擇的是4 4 矩陣鍵盤。 圖 第 3 頁 3 單元模塊設計 nRF24L01 的簡單介紹 nRF24L01 是 NORDIC 公司最近生產的一款無線通信通信芯片，采用 FSK 調制，內部集成 NORDIC 自己的 Enhanced Short Burst 協(xié)議。無線通信速度可以達到 2M（ bps）。嵌入式工程師或是單片機愛好者只需要為單片機系統(tǒng)預留 5 個 GPIO， 1 個中斷輸入引腳，就可以很容易實現(xiàn)無線通信的功能，非常適合用來為 MCU系統(tǒng)構建無線通信功能。低應用成本： nRF24L01 集成了所有與 RF 協(xié)議相關的高速信號處理部分，比如：自動重發(fā)丟失數(shù)據(jù)包和自動產生應答信號等， nRF24L01 的 SPI 接口可以利用單片機的硬件 SPI 口連接或用單片機 I/O 口進行模擬，內部有 FIFO 可以與各種高低速微處理器接口，便于使用低成本單片機。自動重發(fā)功能，自動檢測和重發(fā)丟失的數(shù)據(jù)包，重發(fā)時間及自動存儲未收到應答信號的數(shù)據(jù)包自動應答功能，在收到有效數(shù)據(jù)后，模塊自動發(fā)送應答信號，無須另行編程載波檢測 — 固定頻率檢測內置硬件 CRC檢錯和點對多點通信地址控制數(shù)據(jù)包傳輸錯誤計數(shù)器及載波檢測功能可用于跳頻設置可同時設置六路接收通道地址，可有選擇性的打開接收通道標準插針 間距接口，便于嵌入式應用。 CSN：芯片的片選線， CSN 為低電平芯片工作。無線通信過程中 MCU 主要是通過 IRQ與 nRF24L01 進行通信。 在 CSN 為低的情況下， CE 協(xié)同 nRF24L01 的 CONFIG 寄 存器共同決定 nRF24L01 的狀態(tài)（參照 nRF24L01 的狀態(tài)機）。推 薦電壓 左右。當然對 3V左右的單片機更加適用了。 其主要特性功能： 兼容 MCS51 指令系統(tǒng) 8k 可反復擦寫 (大于 1000次） Flash ROM； 32 個雙向 I/O 口； 256 8bit 內部 RAM； 3個 16 位可編程定時 /計數(shù)器中斷； 時鐘頻率 024MHz； 2 個串行中斷，可編程 UART 串行 通道； 2個外部中斷源，共 8個中斷源； 2個讀寫中斷口線， 3 級加密位； 低功耗空閑和掉電模式，軟件設置睡眠和喚醒功能； 1有 PDIP、 PQFP、 TQFP 及 PLCC 等幾種封裝形式，以適應不同產品的需求。（ 16列 2行） 1602液晶也叫 1602 字符型液晶它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等的點陣型液晶模塊它有若干個 5 7 或者 5 11等點陣字符位組成，每個點陣字符位都可以顯示一個字符。 圖 第 7 頁 LCD1602 的引腳圖 圖 其它的器件 當然我們本次設計還用到了一些其他的元器件，包括鍵盤、連接導線、排針、發(fā)光二極管、電阻、電容等等。單片機是主控模塊實現(xiàn)數(shù)據(jù)的儲存、處理，將各模塊聯(lián)系起來協(xié)調各模塊的工作。 第 8 頁 4 軟件設計 我們搭建好硬件電路并確認無誤后，進行了軟件設計。 圖 件實現(xiàn)的流程圖 第 9 頁 5 系統(tǒng)調試 在調試環(huán)境中我們首先檢查了我們焊接的硬件電路是否有問題，如有無短路，有無虛焊等。我們再次對程序進行了檢查與調試，都發(fā)現(xiàn)沒有問題后，我們對模塊進行了上電并將程序下載進去運行調試。 經過我們的仔細檢查和思考后，我們發(fā)現(xiàn)程序中定義的端口與硬件電路的端口沒有意義對應，程序的一些其他地方也并不是很完善，我們又對程序進行了改進，對程序的改進過 程中，有時會遇到修改程序后會出現(xiàn)錯誤，這是若去一行一行的運行調試程序就會很麻煩和花去大量的時間。 開始時我們想到的是在 ISIS 里畫好原理圖并仿真，但在 ISIS 上面我們沒有找到我們想要的元器件，因此我們只能直接去調試硬件電路。雖然液晶屏有了顯示，但我們的鍵盤輸入，發(fā)送與接收還是存在問題。經過反復的調試修改后，我們的無線通信模塊終于達到的預期的效果。 Keil uVision 4 是用來編寫程序，并編譯成 HEX 文件，以便下載到單片機中。通過它，可以對單片機內部的程序進行反復修改。 第 10 頁 6 系統(tǒng)功能、指標參數(shù) 本次我們三人小組所做的無線通信模塊主要能實現(xiàn)兩個模塊間的一些簡單通信，實現(xiàn)兩個模塊間一些簡單字符、數(shù)字的發(fā)送與接收。 在系統(tǒng)指標參數(shù)的測試中，我們首先測試了兩個無線收發(fā)模塊間能傳輸?shù)姆秶?，經過我們多次的改變兩個模塊的距離后，我們發(fā)現(xiàn)兩個模塊能傳輸?shù)淖畲缶嚯x約為 10 米，在穿透效果的測試中，我們發(fā)現(xiàn)兩個模塊間可以穿過一壁普通的墻，當兩個模塊間隔有兩面及兩面以上的普通墻時，兩個模塊間就很難傳輸信號了。 nRF24L01 的無線速率達到 2 Mbit/s， SPI 接口速率為 0～ 8 Mbit/s，具自動應答機制，極大地降低丟包率，完全滿足了我們本次設計的需求。發(fā)送方要求終端設備在接收數(shù)據(jù)后有應答信號，以便發(fā)送方檢測有無數(shù)據(jù)丟失。單片機內部 EEPROM 應用子程序進行扇區(qū)的擦除、寫入以及讀出功能，實現(xiàn)系統(tǒng)信息的讀取保存。 第 11 頁 7 結論 本次 智能測控應用系統(tǒng)設計，我們三人小組成功的的完成了無線通信模塊的設計與制作。我們本次所設計的無線通信模塊在無線通信領域有著很大的發(fā)展空間， nRF24L01 是一種高效率低成本的無線收發(fā)模塊， 125 頻點，滿足多點通信和跳頻通信需要超小型：內置 天線，體積小巧， 15x29mm（包括天線）低功耗：當工作在應答模式通信時，快速的空中傳輸及啟動時間，極大的降低了電流消耗。便于開發(fā)：由于鏈路層完全集成在模塊上，非常便于開發(fā)。因此基于 nRF24L01 的無線通信在當今我們的生活中有著極大的發(fā)展空間。在之前我們都是學習了書本上的東西，而很少將其應用到實際中去，雖然之前我們也做過一些課程設計、工藝實習之類的，但這次的課程設計更加從實。以前我們學習課本上的知識，覺得要將其應用到實際中會是一件較為輕松的事，也看其他人做的東西很有意義，但我們自己 實際去設計制作時，才發(fā)現(xiàn)了要做好一個作品是那么的不容易，自己去做時，才發(fā)現(xiàn)自己的種種不足，動起手來是那么的笨拙。我們不僅學到了怎樣去改進、優(yōu)化、美化電路布局，也掌握更多調試、測試電路的方法，也學到了不少怎樣去選取合適的元器件的方法。 第 13 頁 9 參考文獻 [1]趙亮、候國銳 .單片機 C語言編程與實例 [M].北京：人民郵電出版社， 2020年 9月 [2]海創(chuàng) .無線收發(fā)模塊 nRF24L01開發(fā)包資料 [J].海創(chuàng)電子科技， 2020年 [3]張毅剛 .單片機原理及應用 [M].北京：高等教育出版社， 2020年 11月 [4]康華光 .電子技術基礎模擬部分（第五版） [M].北京：高等教育出版社， 2020年 5月 [5]康華光 .電子技術基礎數(shù)字部分（第五版） [M].北京：高等教育出版社， 2020年 11 月 [6]謝自 美 .電子線路設計 .實驗 .測試 [M].武漢：華中科技大學出版社， 2020年 7月