無線數(shù)據(jù)收發(fā)系統(tǒng)論文1教材

1、天津工程師范學院2006屆畢業(yè)設計（論文）1引言伴隨著短距離、低功率無線數(shù)據(jù)傳輸技術的成熟，無線數(shù)據(jù)傳輸被越來越多地應 用到新的領域。與有線通信方式相比，無線通信以其不需鋪設明線，使用便捷等一系 列優(yōu)點，在現(xiàn)代通信領域占重要地位。但以往的無線產(chǎn)品存在范圍和方向上的局限。例如，一些無線產(chǎn)品在使用時，無法將信息反饋給控制者；還有一些無線產(chǎn)品不能很好地顯示參數(shù)或狀態(tài)信息，如果能在系統(tǒng)中增加一塊小型液晶顯示電路，產(chǎn)品不僅能向用戶顯示其狀態(tài)或狀態(tài)的改變， 而且可以大大降低成本。正如人們所發(fā)現(xiàn)的，只要建立雙向無線通信-雙工通信并且選擇成本低的收發(fā)芯片，就會出現(xiàn)許多新應用。本次設計主要是利用無線收發(fā)電路，加

2、上單片機控制與液晶顯示制成一套完整的數(shù)據(jù)收發(fā)系統(tǒng)?？紤]到目前市場上的一些需求，設計的主要要求是方案成本低，體積 小，低功耗，集成度高，盡量無需調外部元件，傳輸時間短，接口簡單。nRF401是國外最新推出的單片無線收發(fā)一體芯片，它在一個20腳的芯片中包括了高頻發(fā)射、高頻接收、PLL合成、FSK調制、多頻道切換等功能，并且外圍元件少，便于設計生 產(chǎn)，功耗極低，集成度高，是目前集成度較高的無線數(shù)傳產(chǎn)品，它為低速率低成本的 無線技術提出了解決方案。2無線數(shù)據(jù)收發(fā)系統(tǒng)2.1系統(tǒng)組成無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)有點對點，點對多點和多點對多點二種。本系統(tǒng)由于實際應用 的需要，接收器和數(shù)據(jù)終端之間的數(shù)據(jù)傳輸通過 n RF

3、401進行，構成點對點無線數(shù)據(jù) 傳輸系統(tǒng)。整個系統(tǒng)中，兩數(shù)據(jù)終端之間的無線通信采用 433MHZ的頻段作為載波頻 率，收發(fā)通過串口通信。無線數(shù)據(jù)收發(fā)系統(tǒng)可以分為無線收發(fā)控制電路、單片機控制電路、顯示電路和按鍵電路四部分組成，系統(tǒng)原理如圖 2-1所示：無單液線片晶收機顯發(fā) 系示器統(tǒng)屏5圖2-1無線數(shù)據(jù)收發(fā)系統(tǒng)原理圖2.2實現(xiàn)過程當我們需要發(fā)送數(shù)據(jù)時，使用按鍵來輸入所需發(fā)送的信息。按鍵與單片機AT89S52的P3.2-P3.5 口相接，單片機的P1.0 口控制信息的發(fā)送與接收，并且 TXD 端與收發(fā)器輸入端相連，通過 TXD將數(shù)據(jù)傳入收發(fā)器，收發(fā)器接收到數(shù)據(jù)后，通過 FSK調制，將信號發(fā)送出去；接

4、收端的收發(fā)器通過解調，將載波信號轉換為數(shù)字信號， 完成信息傳輸過程；收發(fā)器的輸出端通過RXD端將數(shù)字信號輸入到單片機；單片機將 數(shù)據(jù)傳送到顯示器，這樣就完成了一次數(shù)據(jù)發(fā)送與接收并顯示的過程。本系統(tǒng)采用的是半雙工傳送方式。所謂半雙工就是通信的雙方均具有發(fā)送和接收信息的能力，信道也具有雙向傳輸性能，但是，通信的任何一方都不能同時既發(fā)送 信息又接收信息，即在指定的時刻，只能沿某一個方向傳送信息。所以上述實現(xiàn)過程 只介紹了由一方傳送到另一方的過程，而相反方向與其原理相同。無線數(shù)據(jù)收發(fā)系統(tǒng)的電路圖見附錄3。3收發(fā)部分原理與設計nRF401是一種基于短程無線通信技術的芯片。收發(fā)部分采用nRF401芯片，其

5、引 腳DIN與單片機的TXD相連，需要發(fā)射的數(shù)字信號通過 DIN輸入；引腳DOU與單片 機的RXD相連，解調出來的信號經(jīng)過 DOU輸出進入單片機。3.1無線收發(fā)芯片nRF401介紹3.1.1主要引腳功能XC1XC2VDDTXENVCCPWR_UPFILT1VSSVCO1ANT1VCO2ANT2VSSVSSVDDVDDDINFREQDOUTRF PWR1234567891020191817161514131211圖3-1 nRF401引腳圖(1) 9腳及10腳分別是DIN輸入數(shù)字信號和DOU輸出數(shù)字信號均為標準的邏輯電平 信號，需要發(fā)射的數(shù)字信號通過 DIN輸入，解調出來的信號經(jīng)過 DOUT俞出

6、。12 腳為通道選擇，F(xiàn)REQ “0”為通道#1 (433.92MHz)，F(xiàn)REQ “ T 為通道#2 (434.33MH0。18腳為電源開關，PWR_UP = 1 ”為工作模式，PWR_UP=0”為待機模式。(4) 19腳TXEN高電平允許發(fā)送數(shù)據(jù)，低電平允許接收數(shù)據(jù)。ANT1、ANT2天線接入端。3.1.2內(nèi)部結構與工作原理nRF401無線收發(fā)芯片的結構框圖如圖3-2所示：芯片內(nèi)包含有發(fā)射功率放大器（PA）、低噪聲接收放大器（LNA,晶體振蕩器（OSC,鎖相環(huán)（PLL）,壓控振蕩器 （VCO,混頻器（MIXER等電路2。圖3-2內(nèi)部結構方框圖在接收模式中，RF輸入信號被低噪聲放大器（LNA

7、放大，經(jīng)由混頻器（MIXER 變換，這個被變換的信號在送入解調器（DEM之前被放大和濾波，經(jīng)解調器解調， 解調后的數(shù)字信號在DOU端輸出。在發(fā)射模式中，壓控振蕩器（VCO的輸出信號是 直接送入到功率放大器（PA），DIN端輸入的數(shù)字信號被頻移鍵控后饋送到功率放大 器輸出。由于采用了晶體振蕩器和 PLL合成技術，頻率穩(wěn)定性極好。3.1.3特點nRF401是一個單片RF收發(fā)芯片，工作頻率為國際通用的數(shù)傳頻率 433MHz具有 FSK調制和解調能力，抗干擾能力強，特別適合工業(yè)控制應用；采用PLL頻率合成技術，頻率穩(wěn)定性好；最大發(fā)射功率達 +10dBm數(shù)據(jù)速率可達20kb/s ;具有2個信號 通道，適

8、合需要多信道工作的特殊場合；工作電壓在 +35V之間，最低工作電壓為 2.7V;它還提供進一步降低電流消耗的待機模式，接收待機狀態(tài)僅為8卩A;僅需外接一個晶體和幾個阻容、電感元件，即可構成一個完整的射頻收發(fā)器。nRF401接收機使用頻移鍵控（FSK）調制方式，改善了噪聲環(huán)境下的系統(tǒng)性能。與幅移鍵控（ASK）方式相比，這種方式的通信范圍更廣，特別是在附近有類似設備工作的場合。3.2 FSK調制本系統(tǒng)中的nRF401是具備FSK調制的無線收發(fā)芯片。所謂 FSK調制，就是頻移 鍵控，又稱數(shù)字頻率調制，是數(shù)字通信調制方式的一種，由于其方法簡單、易于實現(xiàn)、 抗噪聲和抗衰落性能較強以及解調不須恢復本地載波

9、等優(yōu)點而在現(xiàn)代數(shù)字通信系統(tǒng) 的低、中速數(shù)據(jù)傳輸中得到廣泛得應用。3.2.1產(chǎn)生原理頻率鍵控法就是利用矩形脈沖序列控制的開關電路， 對于兩個不同的獨立頻率源 進行選通。它有兩個獨立的振蕩器，數(shù)字基帶信號控制開關，選擇不同頻率的高頻振 蕩信號實現(xiàn)FSK調制。圖3-3為頻率鍵控法原理框圖。天津工程師范學院2006屆畢業(yè)設計（論文）S（t）模擬e2FSK （t）調頻器(a)7以二進制數(shù)字頻率調制為例，當數(shù)字信號為“ 1”時，正脈沖是控制門1接通,門2斷開，輸出頻率fl ;數(shù)字信號為“ 0”時，門1斷開，門2接通，輸出頻率f2。如果產(chǎn)生fl，f2的兩個震蕩器是互相獨立的，則輸出2FSK信號的相位是不連續(xù)

10、的。震蕩器的頻率fl，2可以直接是所需的載頻，也可以是低頻范圍通過混頻、 倍頻方式搬移到載頻范圍。3.2.2 FSK信號波形圖已調信號的時域表達式為e2FSK t =A cos jtAcos 2t0(3.1)圖3-4 2FSK信號的波形3.3時序參數(shù)nRF401有3種工作模式：接收模式（RX、發(fā)射模式（TX）和等待模式（Standby）。 工作模式可由2個引腳設定，分別是TXEN和PWR_UP因此通過單片機控制nRF401 的工作模式，使其在接收、發(fā)射、等待任一種狀態(tài)之間轉換。（1）TXRX之間的切換當從RXTX模式時，數(shù)據(jù)輸入腳（DIN）必須保持為高至少1ms才能發(fā)送數(shù)據(jù)， 時序如圖3-5（

11、a）。當從TWRX模式時，數(shù)據(jù)輸出腳（DOU）至少3ms以后有數(shù)據(jù) 輸出，如圖3-5 （b）。圖3-5 TX與RX轉換的時序圖 Standby 、RX、Standby、TX 的切換從待機模式到接收模式，當 PWR_U輸入設成1時，經(jīng)過tsR時間后，DOUT腳輸 出數(shù)據(jù)才有效。對nRF401來說，tsR最長的時間是3ms如圖（a）。從待機模式到發(fā)射模式，所需穩(wěn)定的最大時間是tST，如（b）。VDDStd. by to TXStd. by to RXVDDPWR-UPPWR-UPTXENDINTXENE3nns:rjzL11021 14.ms ms(b)圖 3-6 Standby RX、Stand

12、by TX的時序圖（3）Power Up TX、Power Up RX的切換從上電到發(fā)射模式過程中，為了避免開機時產(chǎn)生干擾和輻射，在上電過程中TXEN 的輸入腳必須保持為低，以便于頻率合成器進入穩(wěn)定工作狀態(tài)。 當由上電進入發(fā)射模 式時，TXEN必須保持1ms以后才可以往DIN發(fā)送數(shù)據(jù)。從上電到接收模式過程中，芯片將不會接收數(shù)據(jù)，DOUT也不會有數(shù)據(jù)輸出，直到電壓穩(wěn)定達到2.7V以上，并且至少保持5ms天津工程師范學院2006屆畢業(yè)設計(論文)VDD=0 to TXms(a)圖 3-7 Power Up TX、Power UpRX時序圖3.4應用電路設計3.4.1電路組成nRF401無線收發(fā)芯片

13、的應用電路5，如圖3-8所示：+3VR1C3820pFI_C415nF：2.7KJQ4C5.2uFC1X14M丄C222pF22pF3|4U1,XC1,VDDXC2TXENDNDOUTC71nFVSSVDDDINVCCFILT1VCO1VCO2PWR_UP VSS ANT1 ANT2C622nF,DOUT nRF401VSSVDDFREQRF PWR15141312 .晟 FREQTXENPWR UP16417R2K3.3pFC8100pFU C115.6pF C9100pF-J- C10R418K圖3-8 nRF401的433Mhz應用電路(1) 輸入輸出當nRF401是接收模式時，ANT1

14、和ANT2引腳端提供射頻輸入到低噪聲放大器(LNA;當nRF401為發(fā)射模式時，從功率放大器提供射頻輸出到天線。 PLL環(huán)路濾波器PLL環(huán)路濾波器，是一個單端二階濾波器，濾波器元件參數(shù)值：C3=820pFC4=15nF，R2=4.7kQVCO電感芯片的VCOt路需要外接一個VCOt感，這個電感是非常關鍵的，需要一個高質 量的片式電感，Q值大于45,最大誤差-2%晶振電路晶體振蕩器需要外接晶振，晶振的特性要求是：并聯(lián)諧振頻率f=4MHz并聯(lián)等效電容C05pF，晶振等效串聯(lián)電阻 電150，全部負載電容，包括印制板電容CL14pF0負載電容Cl如下式所示:ClC1 C2C1 C2式中 C2C2 CP

15、CB2 和 C1 =C1 Cpcbi，(3.2 )Cpcbi和Cpcb2是電路板的寄生電容。9(5) RF輸出功率連接在RF_PW端和VSS之間的電阻R3可以設置輸出功率，最大發(fā)射功率可以調 整到+10dBm3.4.2印刷電路板設計(1) nRF401電路的PCB板設計過程利用Protel DXP軟件設計制作nRF401無線收發(fā)電路部分，按本論文中的圖3-8 所示。 在Protel DXP軟件中按照設計電路制作連接電路，并封裝電路。制作PCB板,設置布局范圍，加載網(wǎng)絡表和元件庫，自動布局并做好調整電路，自動布線過程，最 后調整整個電路板，將其實現(xiàn) 3D功能。 查看模擬的PCB板后，實現(xiàn)制作10

16、 o首先生成報表和網(wǎng)絡表，設置電路圖中已有的仿真模型的器件。在Protel DXP軟件中運行電路仿真。并觀察記錄有關電路仿真過程中的波形圖。再進行對電路板1:1的打印。最后，將加工成形的PCB電路板打孔，并焊接元器件，實現(xiàn) n RF401應用電路， 檢測并調試其電路使之正常工作。n RF401應用電路印刷電路板，如下圖所示：nRP401F1-匚:-J7 一CCCC-J6 CC圖3-9應用電路印制電路板圖天津工程師范學院2006屆畢業(yè)設計(論文)（2）PCB板設計要求印刷電路板（PCB的設計直接關系到射頻性能，為了獲得較好的RF性能，PCB設計至少需要兩層板來實現(xiàn)，PCB分成射頻電路和控制電路兩

17、部分布置。n RF401采用 PCB天線，在天線的下面沒有接地層。射頻部分的電源與數(shù)字電路部分的電源分離。 為了減少分布參數(shù)的影響，在 PCB應該避免長的電源走線，所有元件地線，VDD連接線必須離nRF401盡可能的近。nRF401的電源必須經(jīng)過很好的濾波，并且與數(shù)字電路 供電分離，在離電源腳VDD盡可能近的地方用高性能的電容去耦。PCB板頂層和底層最好敷銅接地，把這兩層的敷銅用較多的過孔緊密相連 ，再將VSS腳連接到敷銅面。 所有開關信號和控制信號都不能經(jīng)過 PLL環(huán)路濾波器元件和VCOt感附近。4控制部分原理控制電路主要組成部分為單片機 AT89S52通過AT89S52與nRF401進行串

18、行通 信，并用其控制nRF401的TXEN端，來調整收發(fā)狀態(tài)。AT89S52還控制液晶屏的顯示 和按鍵等一些工作。4.1 AT89S52功能介紹AT89S52是一個低功耗高性能單片機，40個引腳，32個外部雙向輸入/輸出（I/O） 端口，片內(nèi)含8k bytes的可重復編程的Flash存儲器和256 bytes的隨機存取數(shù)據(jù) 存儲器（RAM，3個16位可編程定時計數(shù)器，1個全雙工串行通信口，器件采用ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術生產(chǎn)，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)。AT89S52可以按照常規(guī)方法進行編程，也可以在線編程。其將通用的微處理器和Flash存儲器結合 在一起，特別是可反復擦寫

19、的Flash存儲器可有效地降低開發(fā)成本。4.1.1內(nèi)部結構AT89S52單片機包含中央處理器、程序存儲器（ROM）數(shù)據(jù)存儲器（RAM）、定時器 /計數(shù)器、并行I/O 口、串行I/O 口和中斷系統(tǒng)等幾大單元以及數(shù)據(jù)總線、地址總線 和控制總線三大總線構成。圖4-1為單片機內(nèi)部結構框圖13。（1）中央處理器中央處理器（CPU）是整個單片機的核心部件，能處理8位二進制數(shù)據(jù)或代碼，CPU 負責控制、指揮和調度整個單元系統(tǒng)協(xié)調的工作， 完成運算和控制輸入輸出功能等操 作。（2）程序存儲器AT89S52共有8KB個E2PROM用于存放用戶程序，原始數(shù)據(jù)或表格。（3）數(shù)據(jù)存儲器（RAMAT89S52內(nèi)部有12

20、8個8位用戶數(shù)據(jù)存儲單元和128個專用寄存器單元，它們是 統(tǒng)一編址的，專用寄存器只能用于存放控制指令數(shù)據(jù)，用戶只能訪問，而不能用于存放用戶數(shù)據(jù)，所以，用戶能使用的RAMH有128個，可存放讀寫的數(shù)據(jù)，運算的中間 結果或用戶定義的字型表。P0.0P0.7什卄什什P2.0P2.7Vcc(+5)Vss端口 0鎖存器端口2鎖存器端口2驅動器幵幵卄端口 0驅動器PSEN*ALE暫存器2暫存器1RAM (128X8)RA地址寄存器rgTACCrB寄存器U ALU UROM(4心 8)程序地址寄存器卜堆棧指示器SP緩沖器定時指令與寄存控制器XTAXTAL2EARST端口 1鎖存器狀態(tài)寄存器PCOINSCON

21、TMOD)TCOTH0TL0 TH1TL1SBUI (TX：SBUF(RX中斷斤、串行口和定時器NPCrn寄存器t程序計數(shù)器3C_數(shù)據(jù)指針dptR端口 1驅動器端口3鎖存器端回X動器卩3.0電.7圖4-1內(nèi)部結構框圖(4) 并行輸入輸出口AT89S52共有4組8位I/O 口 (P0、P1、P2或P3)，用于對外部數(shù)據(jù)的傳輸。(5) 串行輸入輸出口AT89S52內(nèi)置一個全雙工串行通信口，用于與其它設備間的串行數(shù)據(jù)傳送，該串 行口既可以用作異步通信收發(fā)器，也可以當同步移位器使用。(6) 定時/計數(shù)器AT89S52有三個16位的可編程定時/計數(shù)器，以實現(xiàn)定時或計數(shù)功能，并以其定 時或計數(shù)結果對單片機

22、進行控制。(7) 中斷系統(tǒng)AT89S52具備較完善的中斷功能，有兩個外中斷、三個定時/計數(shù)器中斷和一個串行中斷，可滿足不同的控制要求，并具有兩級的優(yōu)先級別選擇。4.1.2引腳功能1p1.0VCC40239p1.1P0.0338p1.2p1.3p1.4P0.14P0.237P0.3366P0.435p1.5734p1.6P0.5833p1.7P0.6932RST/VPDP0 710RXD/P3.0EA7VPP3111TXD/P3.1ALE/PROG301229INT0/P3.2INT1P3.3T0/P3.4PSENP2.7P2.6132814271526T1/P3 5P2 516WR/P3 6P

23、2.42517RD/P3.724P2.31823XTAL2P2.21922XTAL1GNDP2.1P2.02021圖4-2 AT89S52芯片引腳圖（1）電源和晶振VCC供電電壓。GND接地。XTAL1:反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。XTAL2來自反向振蕩器的輸出。 I/O 口 P0 口P0 口的字節(jié)地址為80H位地址為80H- 87H= P0 口既可以作為通用I/O 口使用， 也可以作為單片機系統(tǒng)的地址/數(shù)據(jù)線使用。當作為輸出口使用時，由于輸出電路是 漏極開路，必須外接上拉電阻才能有高電平輸出。 P1 口P1 口的字節(jié)地址為90H,位地址為90H-97Ho P1 口只能作為通

24、用I/O 口使用。 當作為輸出口使用時，已能對外提供推拉電流負載，外電路無需再接上拉電阻；當作 為輸入口使用時，應先向其鎖存器寫入“ 1”，使輸出驅動電路的FET截止。 P2 口P2 口的字節(jié)地址為0A0H位地址為0A0H0A7H P2 口用于為系統(tǒng)提供高位地址， 但只作為地址線使用而不作為數(shù)據(jù)線使用。此外，P2 口也可作為通用I/O 口使用。 P3 口P3 口的字節(jié)地址為0B0H位地址為0B0H 0B7HP3 口可以作為通用I/O 口使用， 但在實際應用中它的第二功能信號更為重要。P3 口引腳的第二功能，如下所示：P3.0 RXD （串行輸入口）13天津工程師范學院2006屆畢業(yè)設計（論文）

25、P3.1 TXD （串行輸出口）P3.2 /INTO （外部中斷0）P3.3 /INT1 （外部中斷1）P3.4 T0 （計時器0外部輸入）P3.5 T1 （計時器1外部輸入）P3.6 /WR （外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）P3.7 /RD （外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）（3）4根控制線 RST:復位信號。保持RST腳兩個機器周期以上的高電平， 就可以完成CPU系統(tǒng)復 位操作，使系統(tǒng)的一些單元內(nèi)容回到規(guī)定值。 /PSEN：外部程序存儲器讀選通信號。在讀外部ROM時，/PSEN有效（低電平），以實現(xiàn)外部ROM單元的讀操作。 /EA/VPP:訪問程序存儲器控制信號。當/EA信號為低電平時，對ROM勺讀操作限

26、定在外部程序存儲器；而當/EA為高電平時，則對ROM勺讀操作是從內(nèi)部程序存儲器 開始，并可延續(xù)至外部程序存儲器。 ALE/PROG地址鎖存控制信號。在系統(tǒng)擴展時，ALE用于控制P0 口輸出的低8位地址送入鎖存器鎖存起來，以實現(xiàn)低位地址和數(shù)據(jù)的分時傳送。 此外由于ALE是以六 分之一晶振頻率的固定頻率輸出的正脈沖，因此也可作為外部時鐘或外部定時脈沖使 用。4.2串口通信通信主要有兩種方式：并行通信和串行通信。并行通信是在傳送數(shù)據(jù)過程中每個 字節(jié)的各位同時進行傳送的通信方式，而串行通信14是指每個字節(jié)的各位分別進行傳 送的通信方式。4.2.1串口通信方式AT89S52串行口可設置四種工作方式，可有

27、 8位、10位和11位幀格式。本系統(tǒng) 中，AT89S52采用串行口工作于方式1,即每幀10位的異步通信格式：1位起始位， 8位數(shù)據(jù)位（低位在前），1位停止位。當SM0=0 SM仁1時，串行口選擇方式1。其 幀格式為：起始D0D1D2D3D4D5D6D7停止圖4-3 幀格式圖4.2.2串行通信控制寄存器（1）串行控制寄存器（SCON）SCON勺地址為98H,用于選擇串行口的工作方式和指示串行口的工作狀態(tài)。#天津工程師范學院2006屆畢業(yè)設計(論文)各位含義如下： SM0 SM1串行口工作方式選擇位。 SM2:多機通信選擇位。 REN:串行口允許接收位。1時允許接收，0時禁止接收。 TI :串行口

28、發(fā)送中斷標志位。在方式1中，于發(fā)送停止位之前，由硬件置位。因 此TI=1，表示幀發(fā)送結束。 RI :串行口接收中斷標志位。在方式1中，當接收到停止位時，該位由硬件置位。 RI=1，表示幀接收結束。(2) 串行數(shù)據(jù)緩沖器(SBUF)串行數(shù)據(jù)緩沖器SBUF的地址為99 H,用來存放需發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)，它由兩個 獨立的寄存器組成，一個是發(fā)送緩沖器，另一個是接收緩沖器，它們占用同一地址(99H。當執(zhí)行寫SBUF旨令時，數(shù)據(jù)寫入到串行口發(fā)送緩沖器中， 讀SBUF就是讀串 行口接收緩沖器。電源控制寄存器(PCON)PCON的地址為87H,該寄存器的最高位(SMOD是串行口波特率的倍增位，當SMOD=W，串

29、行口波特率加倍。系統(tǒng)復位時，SMOD=0 中斷允許寄存器(IE)在IE中，ES位為串行中斷允許控制位。ES=0時禁止串行中斷，ES=1時允許串 行中斷。4.2.3數(shù)據(jù)發(fā)送與接收(1) 數(shù)據(jù)發(fā)送在不發(fā)送數(shù)據(jù)時，TXD端保持高電平。當執(zhí)行寫 SBUF的指令時，便啟動一次發(fā) 送過程；發(fā)送數(shù)據(jù)時，先發(fā)送一個起始位，該位通知接收端開始接收，也使發(fā)送和接 收過程同步。接下來發(fā)送8位數(shù)據(jù)，先發(fā)送低位，最后發(fā)送的是高電平的停止位。(2) 數(shù)據(jù)接收REN=1, CPU允許串行口接收數(shù)據(jù)，接收數(shù)據(jù)開始于檢測到RXD( P3.0)端發(fā)生一個“ 1”到“ 0”的跳變。先接收起始位，然后依次將采樣RXD端并將數(shù)據(jù)移入移

30、位 寄存器中。若滿足條件RI=0且SM2=0或接收到停止位，則將前 8位數(shù)據(jù)送入SBUF并置位 RI;如果上述條件不滿足，則數(shù)據(jù)丟失。波特率的設定串口方式1的波特率是可變的，由定時器T1的溢出率決定:SMOD(4.1 )波特率=- 定時器T1溢出率其中，SMO為PCON寄存器最高位的值3215天津工程師范學院2006屆畢業(yè)設計(論文)溢出率為溢出周期的倒數(shù)，假定計數(shù)初值為X,則計數(shù)溢出周期為溢出周期12fosc(256 X)(4.2)19(4.3)X確定如下:X =256SMODfosc 2384波特率(4.4)其中，fosc為晶振頻率則波特率計算公式為：SMOD波特率二2fosc321225

31、6 X)由波特率算出計數(shù)初值，以便進行定時器的初始化。初值5顯示部分HY-1286412是使用HD61202作為列驅動器，同時使用HD61203作為行驅動器的液晶模塊，共有兩片HD61202和一片HD61203由于HD6120環(huán)與MPI發(fā)生聯(lián)系，只要 提供電源就能產(chǎn)生行驅動信號和各種同步信號，比較簡單，所以不做介紹。HD61202是一種帶有列驅動輸出的液晶顯示控制器，它可與行驅動器HD61203配 合使用，組成液晶顯示驅動控制系統(tǒng)5.1 HD61202功能簡介5.1.1特點(1) 內(nèi)藏64X64=4096位顯示RAM RAM中每位數(shù)據(jù)對應LCD屏上一個點的亮、暗狀 態(tài)；(2) HD61202是

32、列驅動器，具有64路列驅動輸出；HD61202的占空比為1/32-1/64。5.1.2引腳功能CS1,CS2芯片片選端，CS1和CS2低電平選通；E:讀寫使能信號，在E下降沿，數(shù)據(jù)被鎖存(寫)入 HD61202在E高電平期 間，數(shù)據(jù)被讀出；R/W:讀寫選擇信號，R/W=1為讀選通，R/W=0為寫選通；RS:數(shù)據(jù)、指令選擇信號，RS=1為數(shù)據(jù)操作，RS=0為寫指令或讀狀態(tài)；DB0-DB7數(shù)據(jù)總線；RST復位信號，復位信號有效時，關閉液晶顯示，使顯示起始行為0, RST可跟MPU相連，由MPL控制；也可直接接VDD使之不起作用。5.2 HD61202的指令系統(tǒng)(1)顯示開/關指令R/W RSDB7

33、 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB00 00 0 1 1 1 1 1 1/0當DBO=1寸，LCD顯示RAM中的內(nèi)容；DBO=0寸，關閉顯示。(2)顯示起始行(ROW設置指令R/W RSDB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB00 011顯示起始行(0-63)該指令設置了對應液晶屏最上一行的顯示RAM的行號，有規(guī)律的改變顯示起始行，可以使LCD實現(xiàn)顯示滾屏的效果。(3)頁(RAGE設置指令R/W RSDB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB00 0101 11頁號(0-7)顯示RAM共 64行，分8頁，每頁8行。 地址(Y Addre

34、ss )設置指令R/W RSDB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB00 00 1顯示列地址(0-63)設置了頁地址和列地址，就唯一確定了顯示RAM中的一個單元，這樣MPI就可以 用讀、寫指令讀出該單元中的內(nèi)容或向該單元寫進一個字節(jié)數(shù)據(jù)。(5)狀態(tài)指令R/W RSDB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB01 0BUSY 0 ON/OFF REST 0000該指令用來查詢HD61202的狀態(tài)，各參量含義如下:BUSY :1-內(nèi)部在工作0-正常狀態(tài)ON/OFF:1-顯示關閉0-顯示打開REST :1-復位狀態(tài)0-正常狀態(tài)在BUSY和REST犬態(tài)時，除讀狀態(tài)指

35、令外，其它指令均不對HD61202產(chǎn)生作用數(shù)據(jù)指令R/W RSDB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0在對HD61202操作之前要查詢BUSY犬態(tài)，以確定是否可以對HD61202進行操作寫數(shù)據(jù)(7)讀數(shù)據(jù)指令R/W RSDB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB01 1讀顯示數(shù)據(jù)讀、寫數(shù)據(jù)指令每執(zhí)行完一次讀、寫操作，列地址就自動增1必須注意進行讀操作之前，必須有一次空讀操作，緊接著再讀才會讀出所要讀的單元中的數(shù)據(jù)。5.3顯示電路在AT89S52的P3.6和P3.7 口接入四-二輸入與非門芯片74LS00來控制顯示器的 讀寫使能信號端；顯示器的8根數(shù)據(jù)總線

36、接在AT89S52的P0 口，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸；在顯示器的V0 口接一電位器，由于液晶的對比度會隨著溫度的變化而相應變化，所以 加電位器可以調節(jié)液晶的對比度。II卜10K+5VLCM39383736353433323029282726252423222140VSSVDDRSV0RSDB0DB0R/W EDB0DB1DB1DB2DB2DB3DB4DB5DB6DB7CS2CS1RWRS+5VDB4CS211161820DB3DB4DB5DB6DB7CS1CS2RSTVEELEDKLEDAHY128X64圖5-1收發(fā)系統(tǒng)顯示電路6軟件設計無線數(shù)據(jù)傳輸主要由無線數(shù)據(jù)收發(fā)器、AT89S52單片機、顯示器和按

37、鍵組成，收發(fā)器與AT89S52間用串行口通信。整個系統(tǒng)的各個部分都是服務于無線數(shù)據(jù)傳輸這個 目的。所以，在整個系統(tǒng)的軟件設計中，無線數(shù)據(jù)的傳輸是最為重要的。這里使用匯 編語言編寫單片機控制程序?？刂葡到y(tǒng) CPU采用AT89S52單片機，nRF401芯片發(fā)射/ 接收模式由程序控制，當有控制發(fā)送的按鍵按下時，n RF401為發(fā)射狀態(tài)，其余的時候nRF401始終處于接收狀態(tài)。DOUT DIN分別和單片機的RXD和TXD端相連，作為 發(fā)射和接收時的數(shù)據(jù)傳輸。TXEN和 P1.0端相連，由單片機的P1.0端對其發(fā)射還是 接收進行程序控制。天津工程師范學院2006屆畢業(yè)設計（論文）6.1主程序流程圖當單片

38、機上電開始執(zhí)行之后，對液晶和單片機寄存器進行初始化，同時設置串口 控制字及波特率，接著進入鍵盤掃描程序和接收程序。 若有某個按鍵按下，則執(zhí)行相 應的鍵盤子程序；若單片機判斷接收到數(shù)據(jù)，則開始進行CRC校驗14，如果數(shù)據(jù)正確 就通過液晶顯示傳送的信息。主程序流程圖見圖 6-1 o圖6-1主程序流程圖6.2液晶顯示子程序流程圖液晶顯示模塊HY-12864內(nèi)有一個忙標志位 ACC.7,它反映了控制器HD61202內(nèi) 部運行時序狀態(tài)。當ACC.7= 1時，表示內(nèi)部操作正在運行，不能接受外部數(shù)據(jù)；當 ACC.7= 0時，表示已準備好接收，可以隨時接收單片機發(fā)來的數(shù)據(jù)和命令，這是 HY-12864向單片機

39、發(fā)出的唯一聯(lián)絡信號。液晶顯示子程序流程圖見圖6-2。圖6-2液晶顯示子程序流程圖6.3數(shù)據(jù)收發(fā)子程序流程圖單片機AT89S52控制nRF401的收發(fā)狀態(tài)、完成編解碼等工作。nRF401芯片“PWR-UP端接高電平，“FREQ端接低電平，分別表示系統(tǒng)在上電后始終處于 “正 常工作模式”和“工作頻道為通道 1”。單片機AT89S52控制nRF401,使其一直為接 收狀態(tài)。當按鍵4按下時，AT89S52接收到輸入的低電平信號，從腳送出高電平至P1.0 腳，使nRF401進入發(fā)射狀態(tài)。數(shù)據(jù)收發(fā)子程序流程圖見圖 6-3。圖6-3數(shù)據(jù)收發(fā)子程序流程圖6.4鍵盤子程序流程圖下圖為鍵盤子程序流程圖，此流程圖的

40、含義是：當有按鍵按下時，程序開始進行 判斷是哪個按鍵按下，判斷完畢后則轉向相應的鍵處理子程序， 進行字符的輸入或命 令的處理，并通過按鍵4把要發(fā)送的數(shù)據(jù)進行CRC校驗編碼，再把編碼后的數(shù)據(jù)發(fā)送 出去。圖6-4鍵盤子程序流程圖21天津工程師范學院2006屆畢業(yè)設計（論文）7測試結果及分析7.1硬件電路測試本設計中將控制模塊和無線射頻模式分開設計，控制模塊通過一只單排7腳的接 口控制射頻模塊，測試的步驟如下：(1) 將控制模塊和無線射頻模塊焊好，檢查確認無虛焊、粘焊；(2) 先對控制模塊上電進行測試，主要是測試控制模塊的串口能否收發(fā)數(shù)據(jù)，測試方法是將控制模塊的串口與 PC機的串口通過RS232標準

41、相連接，并將串口的程序寫到 AT89S52上，然后用串口測試軟件測試，如果串口能收發(fā)數(shù)據(jù)，便可開始對無線射頻模塊進行測試；(3) 將無線收發(fā)模塊與控制模塊連接起來，上電進行測試，按照程序，上電時處于接收狀態(tài)，看是否與程序吻合；(4) 確認射頻模塊上電處于接收狀態(tài)后，可測試nRF401的第4管腳是否為1.1V左右, 如果是，則說明VCO電感設計合理，否則要重新設計 PCB板，此外，nRF401在沒有 數(shù)據(jù)接收時，仍會自動從DOU發(fā)送隨機數(shù)據(jù)，使用萬用表進行測試時，該引腳電壓應 為2.5V左右。7.2系統(tǒng)測試7.2.1測試方法(1) 首先讓電路正常工作，把接收器放在一定的位置，將發(fā)射器從遠處逐漸靠

42、近接收 器，可測到傳送的最遠距離。(2) 在距離接收器一定的距離時，間隔一段時間就發(fā)送數(shù)據(jù)信息，可測出接收器的接 收靈敏度。(3) 比較發(fā)射器和接收器的數(shù)據(jù)顯示是否相同，以測試傳輸數(shù)據(jù)的正確性。7.2.2功能測試及分析由于無線通信環(huán)境的不確定性，各種環(huán)境下的傳輸效果是不盡相同的，路徑損耗、 建筑物影響、人體影響、外界干擾、多徑現(xiàn)象和周圍環(huán)境的吸收等都會對傳輸?shù)木嚯x 產(chǎn)生一定的影響，只能在一個給定的條件下進行測試和評估。因此，分別選擇了不同的試驗場地來進行實驗。(1) 當建筑物很多的時候，數(shù)傳模塊兩端均離地面 1.5m( 2.0m)高時，能夠達到的 最佳通信距離為510m接收靈敏度為23秒；當發(fā)

43、送端發(fā)送MESSAGE時，接收 端能準確顯示MESSAGE這段英文字符。(2) 在空曠場地，數(shù)傳模塊兩端均離地面 1.5m高時，最遠的通信距離能夠達到50m； 接收靈敏度為35秒；當發(fā)送端發(fā)送字母 A時，接收端能準確顯示。但測試中的通信距離與數(shù)據(jù)手冊上的說明相差較大， 原因可能源于調諧天線。在 實驗中發(fā)現(xiàn)，當有人員走動或其它信號出現(xiàn)的時候， 通信的距離會變得不穩(wěn)定，這是 由于天線是一個輻射器件，任何環(huán)境的改變都會影響天線的性能。測試中還發(fā)現(xiàn)，在現(xiàn)場即使沒有任何發(fā)送器，在nRF40的DOU引腳上也會觀察到 微小的連續(xù)數(shù)字“噪聲”。后來通過研究發(fā)現(xiàn)，當接收器打開時，環(huán)境中的任何信號（數(shù)據(jù)或噪聲）都

44、會被天線捕捉到并被解調。這就是所看到的系統(tǒng)中沒有工作的發(fā)送 器卻存在“噪聲”的原因。通過對系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸能力的測試，該系統(tǒng)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)正確、可靠，各元件工 作正常。在硬件連接正確的基礎上，利用 n RF401進行串行數(shù)據(jù)接收及發(fā)送，收到了 較好效果。318結論此次設計將應用于無線通信領域，并且針對當前市場上無線產(chǎn)品的不足進行了改進。本文根據(jù)nRF401的特點，提出了一種將其應用無線數(shù)據(jù)收發(fā)系統(tǒng)的實現(xiàn)方案。 此方案采用了較完善的軟硬件設計和抗干擾措施，保證了系統(tǒng)工作的安全性和可靠 性，是一種較好的設計思路，具有通用性，便于投入實際應用。并且只要稍作改動就 可以應用到小區(qū)傳呼、工業(yè)數(shù)據(jù)采集、自動讀

45、表、警報和安全系統(tǒng)、無線鍵盤、無線 操縱桿、家庭自動化、遙測和玩具等其他一些短距離無線通信領域，實現(xiàn)無線數(shù)據(jù)的雙向傳輸，具有較好的市場應用價值。參考文獻1 黃智偉無線數(shù)字收發(fā)電路設計，第2版，電子工業(yè)出版社，2004年，253-269.2 WCXunwei，HANGGuoqiang. Low power DCcircuits employing ACpower supply， SCIENCE IN CHINA （INFORMATION SCIENCES?002，Vol.45 No.3，232.3 苗長云，沈保鎖，竇晉江等.現(xiàn)代通信原理，第1版，電子工業(yè)出版社，2005年, 174-177.4

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49、，2002年，191-197.18 黃智偉，王彥，陳文光等.全國大學生電子設計競賽訓練教程，第1版，電子工 業(yè)出版社，2004年，73-80.致謝四年大學的學習已經(jīng)接近尾聲，這次畢業(yè)設計不僅使我將所學的知識都融合在一 起，還給了我一次鍛煉動手能力的機會， 并且在指導教師的幫助下，使我的專業(yè)水平 有了很大的提高。在畢業(yè)設計即將結束之際，我要感謝我的指導教師李杰老師以及胡建明老師。 他 們不辭辛苦，經(jīng)常利用自己的休息時間幫助我。 當我有不明白的問題時，老師們會耐 心地給我講解，并在學習和科研方面給了我大量的指導，為我提供了良好的科研環(huán)境， 不僅讓我學到了知識，掌握了科研的方法，也獲得了實踐鍛煉的機

50、會。老師們言傳身 教、循循善誘，使我學到了作為一名大學生應該具備的那種踏實勤懇、一絲不茍、求 真務實的優(yōu)良品質和嚴謹?shù)慕虒W態(tài)度。在本論文的撰寫過程中，老師從選題直至成稿 一直給予我重要的指導和幫助，為我解開了無數(shù)的困惑，提供了很多關鍵性的建議。 在課題的設計中，我對各種編程方法都有了更進一步的了解，拓寬了知識面，開闊了眼界，提高了對知識的綜合應用能力，增強了學習知識的興趣。在內(nèi)容的研究中，他 們在技術上給予了我極大的幫助，并且在論文的最后評閱過程中，也給我提出了非常 有價值的意見，使我受益匪淺。在此祝愿老師們身體健康，全家幸福。最后，我要再一次感謝所有在此期間幫助過我的人，我衷心的祝福你們！附

51、錄1 ：程序COMEQU34H；指令寄存器DATEQU35H;數(shù)據(jù)寄存器CWADD1EQU8400H;寫指令代碼地址（左）CRADD1EQU8600H;讀狀態(tài)字地址（左）DWADD1EQU8500H;寫顯示數(shù)據(jù)地址（左）DRADD1EQU8700H;讀顯示數(shù)據(jù)地址（左）CWADD2EQU8800H;寫指令代碼地址（右）CRADD2EQU8A00H;讀狀態(tài)字地址（右）DWADD2EQU8900H;寫顯示數(shù)據(jù)地址（右）DRADD2EQU8B00H;讀顯示數(shù)據(jù)地址（右）RELIEEQU36H;在漢字中保存列其始值COLUMNEQU30H;列地址寄存器（0-127）PAGEREQU31H;頁地址寄存器 D2,D1,D0:頁地址;D7:字符體 D7=0為6X8點陣;D7=1為8X8點陣CODEREQU32H;字符代碼寄存器COUNTEQU33H;計數(shù)器ZIDIEQU37H;字體在表中的位置指針地位;MOV DPTR,#CCTAB:MOVZIDI,DPLMOV44,43,4A,4B,4C,4D,4E,4FZIGAOEQU38H;字體在表中的位置指針高位;3CH,3DH,3EH,3FH 作鍵盤用*5ZIGAO,DPHORG 0000HAJMP MAIN;ORG 0023H;AJMP JIESH