畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于單片機(jī)及nRF2401的無線通信模塊

1、摘要本文設(shè)計(jì)了一種以at89s52單片機(jī)為控制核心的無線通信控制模塊，詳細(xì)說明了該系統(tǒng)的基本原理、主要電路、硬件框架以及軟件框架。整個(gè)系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，主要包括單片機(jī)與下位機(jī)之間的無線通信控制電路，以及無線通信模塊與pc上位機(jī)之間基于串行接口rs-232標(biāo)準(zhǔn)的串行通信接口電路和usb高速通信接口電路。該通信控制系統(tǒng)通過pc上位機(jī)的rs-232串行通信和usb高速通信，從而通過無線通信控制模塊形成與下位機(jī)的聯(lián)系，控制下位機(jī)運(yùn)動(dòng)控制器，并且將通信接收的數(shù)據(jù)保存到擴(kuò)展的存儲(chǔ)器內(nèi)。本模塊的通信方法簡便，除了可以進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)控制外，還可廣泛的應(yīng)用于工業(yè)監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。本系統(tǒng)具有性能可靠、抗干擾能力

2、強(qiáng)、功耗低、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)，在無線通信領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值和良好的發(fā)展前景。關(guān)鍵字：無線通信控制；at89s52；nrf2401；串行通信abstractthis paper introduces a design at89s52 single chip control with the core of wireless communication control module design system, detailed instructions on the system of basic principle, hardware frame, main circuit and soft

3、ware frame. the whole system uses modular design, including between microcontroller and lower level computer wireless communication control circuit, and wireless communication module with pc based on serial interface between the rs-232 standard serial communication interface circuit and usb high-spe

4、ed communication interface circuit. this communication control system through the pcs rs-232 serial communication and usb high-speed communications, thus through wireless communication control module formation and lower level computer connection, control, and a machine motion controller will receive

5、 data storage to communication within the memory expansion. this module communication method is simple, remoting real-time control outside, still can be widely used in industrial supervisory control and data acquisition system. this system has reliable performance, strong anti-jamming capability, lo

6、w power consumption, high performance-to-price advantages in wireless communication domain, has important application value and good development prospect. keywords:wireless communication control; at89s52;nrf2401;serial comm-unication目錄1概述11.1單片機(jī)控制的無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊饬x11.2無線通信系統(tǒng)的現(xiàn)狀及發(fā)展21.3本設(shè)計(jì)的內(nèi)容及設(shè)計(jì)指標(biāo)31.4設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)3

7、2系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案42.1設(shè)計(jì)方案選擇和論證42.1.1無線通信方式的比較和選擇42.1.2微控制器的比較和選擇52.1.3無線收發(fā)芯片的比較和選擇62.1.4 串行通信方式比較和選擇72.2系統(tǒng)組成和功能概述83系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)103.1 rs-232串行通信接口電路設(shè)計(jì)103.2 usb通信接口電路設(shè)計(jì)113.2.1設(shè)計(jì)思路123.2.2 usb轉(zhuǎn)接芯片的選擇123.2.3硬件電路設(shè)計(jì)143.2.4硬件驅(qū)動(dòng)程序安裝153.3 nrf2401射頻模塊電路設(shè)計(jì)153.3.1芯片結(jié)構(gòu)153.3.2引腳說明163.3.3主要特點(diǎn)183.3.4工作模式193.3.5器件配置203.3.6應(yīng)用電路213.4外

8、部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路設(shè)計(jì)223.5單片機(jī)最小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)263.5.1電源電路263.5.2時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)273.5.3復(fù)位電路的設(shè)計(jì)283.5.4下載線接口電路設(shè)計(jì)283.6各功能模塊的整合及實(shí)現(xiàn)294系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)304.1主程序模塊304.2串行通信模塊334.2.1串行口的初始化334.2.2串行口數(shù)據(jù)的收發(fā)354.3 nrf2401的無線通信模塊364.3.1 nrf2401的初始化364.3.2 nrf2401數(shù)據(jù)的shockbursttm收發(fā)384.4外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展模塊424.5串行口調(diào)試軟件簡介435系統(tǒng)性能改善455.1提高系統(tǒng)可靠性措施455.2降低功耗的措施466總結(jié)與

9、展望476.1總結(jié)476.2展望47參考文獻(xiàn)49致謝51外文文獻(xiàn)52中文翻譯601概述1.1單片機(jī)控制的無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊饬x在社會(huì)高速發(fā)展的今天，隨著電子技術(shù)日新月異的發(fā)展，數(shù)據(jù)通信被廣泛的應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域中。通信可以分為有線通信和無線通信，采用傳統(tǒng)的有線監(jiān)控系統(tǒng)除了通信設(shè)備之間的物理線路連接，還需要供電電路的支持。而采用無線技術(shù)后，系統(tǒng)精簡了通信和供電線路的鋪設(shè)，方便了系統(tǒng)的維護(hù)和擴(kuò)展，對(duì)生產(chǎn)管理水平具有重要的意義。采用無線通信技術(shù)可以有效的解決采用有線通信所存在的問題，而且具有成本更低、不需要布線、可以任意增加或減少測(cè)量節(jié)點(diǎn)、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)數(shù)據(jù)采集點(diǎn)處于非固定位置或運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

10、必須與主機(jī)分離，同時(shí)還需利用電池供電。因此，由無線收發(fā)電路或模塊所組成的數(shù)據(jù)采集及傳輸系統(tǒng)是有效的解決方式?，F(xiàn)在很多的無線通信控制系統(tǒng)不受體積、功耗、成本的限制，并且短距離的無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)已經(jīng)較為成熟，功能簡單，攜帶方便，在應(yīng)用時(shí)將系統(tǒng)作為一個(gè)模塊可方便地移植，以便構(gòu)建更為復(fù)雜的無線通信網(wǎng)絡(luò)，可很好的應(yīng)用于各種無線產(chǎn)品中以及應(yīng)用于小型無線網(wǎng)絡(luò)、無線抄表、小區(qū)傳呼、工業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、安全防火系統(tǒng)等領(lǐng)域1。近十幾年來，隨著移動(dòng)通信技術(shù)飛速發(fā)展，越來越多的信息采集和遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)采用了無線數(shù)據(jù)傳送技術(shù)，它與有線數(shù)傳相比主要有布線成本低、安裝簡便、便于移動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，而且隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅猛發(fā)展和快速普及

11、，越來越多的基于單片機(jī)為微控制器的的測(cè)控設(shè)備或智能儀器儀表都需要通過互聯(lián)網(wǎng)上進(jìn)行數(shù)據(jù)交換或傳輸數(shù)據(jù)。1.2無線通信系統(tǒng)的現(xiàn)狀及發(fā)展了解和比較國內(nèi)外的無線通信控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)的現(xiàn)狀，分析其優(yōu)缺點(diǎn)，對(duì)于我們的研究無疑是非常必要的。從七十年代，國內(nèi)外人們就開始了無線通信系統(tǒng)的研究。在整個(gè)八十年代，伴隨著以太局域網(wǎng)的迅猛發(fā)展，以具有不用架線、靈活性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)的無線通信網(wǎng)絡(luò)以己之長補(bǔ)“有線”所短，也贏得了特定市場(chǎng)的認(rèn)可，但也正是因?yàn)楫?dāng)時(shí)的無線網(wǎng)是作為有線以太網(wǎng)的一種補(bǔ)充，遵循了ieee802.3標(biāo)準(zhǔn)，使直接架構(gòu)于802.3上的無線網(wǎng)產(chǎn)品存在著易受其他微波噪聲干擾，性能不穩(wěn)定，傳輸速率低且不易升級(jí)等弱點(diǎn)，不

12、同廠商的產(chǎn)品相互也不兼容，這一切都限制了無線通信網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)一步應(yīng)用。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，基于射頻技術(shù)的無線收發(fā)芯片的集成度、性能都大幅度提高，芯片的種類和數(shù)量比較多，性能也各有特色。目前，世界各大芯片制造商研制開發(fā)出了各種新型射頻芯片，使短距離無線通信裝置的設(shè)計(jì)開發(fā)趨于容易、便捷、周期短、成本低。此類芯片收發(fā)合一，工作頻率一般為國際通用的ism頻段，無需申請(qǐng)?jiān)S可證，采用低發(fā)射功率、高接收靈敏度的設(shè)計(jì)，使用時(shí)對(duì)周圍干擾很小，調(diào)制方式大多為ask，fsk，傳輸速率為幾k到幾百kbit/s，傳輸距離受環(huán)境影響，一般在幾十米到數(shù)百米2。無線通信是當(dāng)前發(fā)展最快的技術(shù)之一，已滲透到社會(huì)的各個(gè)角落，有著廣闊的

13、市場(chǎng)和業(yè)務(wù)需要。短距離無線傳輸具有抗干擾性能強(qiáng)、可靠性高、安全性好、受地理?xiàng)l件限制少、安裝靈活等優(yōu)點(diǎn)，在許多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。低功耗、微型化是用戶對(duì)當(dāng)前無線通信產(chǎn)品尤其是便攜產(chǎn)品的實(shí)際需求，短距離無線通信逐漸引起關(guān)注。1.3本設(shè)計(jì)的內(nèi)容及設(shè)計(jì)指標(biāo)本設(shè)計(jì)需要完成的模塊功能及設(shè)計(jì)指標(biāo)：1.通過rs-232串行接口或usb接口實(shí)現(xiàn)pc機(jī)與單片機(jī)at89s52的串行通信。2.通過nrf2401芯片與單片機(jī)at89s52的io口連接實(shí)現(xiàn)兩者的數(shù)據(jù)傳輸。3.通過對(duì)nrf2401進(jìn)行配置實(shí)現(xiàn)兩個(gè)單片機(jī)之間的無線數(shù)據(jù)傳輸。4.將下位機(jī)接收到的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到擴(kuò)展的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中。本設(shè)計(jì)的特點(diǎn)：系統(tǒng)由單片機(jī)a

14、t89s52控制無線數(shù)字傳輸芯片nrf2401,通過無線方式進(jìn)行數(shù)據(jù)雙向遠(yuǎn)程傳輸,兩端采用半雙工方式通信，該系統(tǒng)具有成本低，功耗低，軟件設(shè)計(jì)簡單以及通信可靠等優(yōu)點(diǎn)。1.4設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)做好本次設(shè)計(jì)需要多個(gè)方面的只是有全面的了解和掌握。不僅需要硬件電路方面的設(shè)計(jì)，對(duì)于軟件編程部分也要有良好的基礎(chǔ)。還需要對(duì)單片機(jī)的應(yīng)用有深刻的理解和牢固的掌握，例如pc與單片機(jī)的串行通信，單片機(jī)的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展等。本設(shè)計(jì)是基于nrf2401射頻芯片的無線通信系統(tǒng)，還需要對(duì)該芯片有深入的了解。掌握其各個(gè)引腳的作用及各種工作方式和原理。同時(shí)還要能夠運(yùn)用protel系列軟件進(jìn)行電路圖及pcb板的繪制和布線以及使用p

15、roteus等仿真軟件進(jìn)行系統(tǒng)仿真。軟件部分的編程也需要能夠熟練使用keil c51軟件。2系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案2.1設(shè)計(jì)方案選擇和論證無線通信技術(shù)迅速發(fā)展，有多種通訊方案可供選擇，這里從實(shí)用，經(jīng)濟(jì)和實(shí)現(xiàn)等方面進(jìn)行綜合的考慮分析，選出合適的設(shè)計(jì)方案。2.1.1無線通信方式的比較和選擇目前常用的短距離無線通信主要有：藍(lán)牙(bluetooth)，紅外數(shù)據(jù)傳輸（irda）,無線局域網(wǎng)（wi-fi）以及一些無線收發(fā)芯片等。藍(lán)牙：bluetooth是一種無線數(shù)據(jù)與語音通信的開放性全球規(guī)范，其實(shí)質(zhì)是為固定設(shè)備或移動(dòng)設(shè)備之間的通信環(huán)境建立通用的近距無線接口，但由于芯片大小和價(jià)格難以下調(diào)，使得許多用戶不愿意花大價(jià)錢來

16、購買這種無線設(shè)備。irda：irda是一種利用紅外線進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信的技術(shù)，是第一個(gè)實(shí)現(xiàn)無線個(gè)人局域網(wǎng)(pan)的技術(shù)，但它對(duì)于點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的通信顯得無能為力，且紅外技術(shù)只能在視線可以達(dá)到的范圍內(nèi)定向傳輸，中間不能有任何阻擋，同時(shí)要求通信設(shè)備的位置相對(duì)固定，這樣就無法應(yīng)用于移動(dòng)設(shè)備。wi-fi：wi-fi是以太網(wǎng)的一種無線擴(kuò)展，主要目的是提供wlan接人，但由于其硬件實(shí)現(xiàn)需要很大的容納空間，且往往在商用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)，這就限制了其在工業(yè)領(lǐng)域，尤其是在某些不依賴通用計(jì)算機(jī)的特殊工業(yè)場(chǎng)合的應(yīng)用。本設(shè)計(jì)采用射頻芯片nrf2401作為無線收發(fā)芯片，內(nèi)置多種功能模塊，功耗非常低，節(jié)能設(shè)計(jì)更方便，可以克服以上

17、通信方式的缺點(diǎn)，適用于多種無線通信場(chǎng)合，如無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、無線鼠標(biāo)、遙控開鎖、遙控玩具等3。2.1.2微控制器的比較和選擇八位單片機(jī)由于內(nèi)部構(gòu)造簡單，體積小，成本低廉，在一些較簡單的控制器中應(yīng)用很廣。即便到了本世紀(jì)，在單片機(jī)應(yīng)用中，仍占有相當(dāng)?shù)姆蓊~。應(yīng)用最廣泛的八位單片機(jī)首推intel的51 系列，由于產(chǎn)品硬件結(jié)構(gòu)合理，指令系統(tǒng)規(guī)范，加之生產(chǎn)歷史“悠久”，有先入為主的優(yōu)勢(shì)。世界有許多著名的芯片公司都購買了51 芯片的核心專利技術(shù)，并在其基礎(chǔ)上進(jìn)行性能上的擴(kuò)充，使得芯片得到進(jìn)一步的完善，形成了一個(gè)龐大的體系，直到現(xiàn)在仍在不斷翻新，把單片機(jī)世界炒得沸沸揚(yáng)揚(yáng)。有人推測(cè)，51芯片可能最終形成事實(shí)上的

18、標(biāo)準(zhǔn)mcu芯片4。這里只對(duì)51系列單片機(jī)進(jìn)行比較。at89cxx系列單片機(jī)：該系列單片機(jī)是美國atmel公司生產(chǎn)的低電壓，高性能cmos 8位單片機(jī)。器件采用atmel公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)mcs-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8為中央處理器（cpu）和flash存儲(chǔ)單元，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域5。但是該系列單片機(jī)最高工作頻率為24mhz，處理速度緩慢。且不支持isp在線編程功能，使開發(fā)周期變長。c8051f系列單片機(jī)：美國silabs公司推出的c8051f系列單片機(jī)是一種高集成度的soc型芯片，除兼容mcs-51的微控制器內(nèi)核、指令系統(tǒng)、數(shù)字外設(shè)部件外，還具有數(shù)據(jù)采集和控制

19、系統(tǒng)的模擬部件以及其他數(shù)字外設(shè)部件，是單片機(jī)既能處理數(shù)字信號(hào)又能處理模擬信號(hào)6。但是該系列單片機(jī)比較昂貴，考慮到性價(jià)比，該系列的單片機(jī)并不適用于該無線通信系統(tǒng)。at89sxx系列單片機(jī)：該系列單片機(jī)基于at89c系列改進(jìn)而來。在保持原有的功能基礎(chǔ)上又增加了一些新的功能，性能有很大的提升。主要有增加了isp在線編程功能，是程序的燒寫變得簡單易行。最高工作頻率由原來的24mhz提升到33mhz，使單片機(jī)的運(yùn)算速度有了很大的提升。同時(shí)芯片內(nèi)部集成了看門狗計(jì)時(shí)器，不再像at89c那樣外接看門狗計(jì)時(shí)器電路。全新的加密算法，使程序的保密性大大加強(qiáng)7。該系列的單片機(jī)在價(jià)格上基本不變甚至比at89c的價(jià)格更低

20、，功能上也可以完全滿足該通信系統(tǒng)的要求。綜合考慮性價(jià)比和功能的實(shí)現(xiàn)要求，本設(shè)計(jì)采用該系列的at89s52單片機(jī)。2.1.3無線收發(fā)芯片的比較和選擇方案一：cc1100微功率無線數(shù)傳模塊?；咎攸c(diǎn)有315、433、868、915mhz的ism和srd頻段，最高工作速率500kbps，支持2-fsk、gfsk和msk調(diào)制方式，可軟件修改波特率參數(shù)，更好地滿足客戶在不同條件下的使用要求高波特率，更快的數(shù)據(jù)傳輸速率低波特率，更強(qiáng)的抗干擾性和穿透能力，更遠(yuǎn)的傳輸距離，較低的電流消耗（rx 5.6ma，2.4kbps，433mhz），可編程控制的輸出功率，對(duì)所有的支持頻率可達(dá)+10dbm，無線喚醒功能，支

21、持低功率電磁波激活功能，無線喚醒低功耗睡眠狀態(tài)的設(shè)備，支持傳輸前自動(dòng)清理信道訪問（cca），即載波偵聽系統(tǒng)，快速頻率變動(dòng)合成器帶來的合適的頻率跳躍系統(tǒng)，模塊可軟件設(shè)地址，軟件編程非常方便，標(biāo)準(zhǔn)dip間距接口，便于嵌入式應(yīng)用，單獨(dú)的64字節(jié)rx和tx數(shù)據(jù)fifo8。但是該模塊在過高的數(shù)據(jù)速率會(huì)降低接收靈敏度及增大誤碼率甚至根本無法工作，并且和單片機(jī)工作時(shí)需要合理的信息碼格式，否則會(huì)直接影響到數(shù)據(jù)的可靠收發(fā)。方案二：nrf905無線收發(fā)模塊?；咎攸c(diǎn)有433mhz開放ism 頻段免許可證使用，接收發(fā)送功能合一，收發(fā)完成中斷標(biāo)志，170個(gè)頻道，可滿足多點(diǎn)通訊和跳頻通訊需求，實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)通訊，內(nèi)置硬件8/

22、16位crc校驗(yàn)，開發(fā)更簡單，數(shù)據(jù)傳輸可靠穩(wěn)定，工作電壓1.9-3.6v，低功耗，待機(jī)模式僅2.5ua，接收靈敏度達(dá)-100dbm，收發(fā)模式切換時(shí)間650us，每次最多可發(fā)送接收32字節(jié)，并可軟件設(shè)置發(fā)送/接收緩沖區(qū)大小2/4/8/16/32字節(jié)，模塊可軟件設(shè)地址，只有收到本機(jī)地址時(shí)才會(huì)輸出數(shù)據(jù)（提供中斷指示），可直接接各種單片機(jī)使用，軟件編程非常方便，最大發(fā)射功率10毫瓦，發(fā)射模式：最大電流p1.5、misop1.6、sckp1.7、/resrst、gndgnd、5vvcc。接口電路如圖。圖3-17 下載接口3.6各功能模塊的整合及實(shí)現(xiàn)將各個(gè)功能模塊連接起來，構(gòu)成完整的無線通信系統(tǒng)的原理圖。

23、見附錄。4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)程序設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)方法，依據(jù)了“任何復(fù)雜的程序都可以分解為順序結(jié)構(gòu)部分、分支結(jié)構(gòu)部分、循環(huán)結(jié)構(gòu)部分和子程序部分”的原則，將程序進(jìn)行分解設(shè)計(jì)。結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)具有結(jié)構(gòu)清晰、易于讀寫、易于驗(yàn)證和可靠性高等特點(diǎn)，在程序設(shè)計(jì)中被廣泛使用，易于文件規(guī)范管理。4.1主程序模塊模塊化程序設(shè)計(jì)思想是采用自頂向下、逐步求精的方法，將一個(gè)復(fù)雜的問題分解成若干獨(dú)立的子問題，每個(gè)子問題對(duì)應(yīng)一個(gè)功能獨(dú)立的程序模塊，將這些模塊有機(jī)的連接在一起，構(gòu)成完整的程序。先進(jìn)行主程序模塊的設(shè)計(jì)，描述程序的總體框架，在進(jìn)行子模塊的設(shè)計(jì)，完成相應(yīng)的子功能。該系統(tǒng)中需要分別設(shè)計(jì)發(fā)送端和接收端的程序。在發(fā)送端，首先使

24、其進(jìn)入發(fā)送工作模式ce=1，通過i/o接口裝入接收端地址和有效數(shù)據(jù)，然后啟動(dòng)發(fā)送ce=0，發(fā)送端等待數(shù)據(jù)發(fā)送完成。當(dāng)發(fā)送完成后模塊進(jìn)入接收狀態(tài)，接收接收端的應(yīng)答數(shù)據(jù)。如果接收到應(yīng)答數(shù)據(jù)則返回主函數(shù)并通過串口調(diào)試助手顯示接收到的應(yīng)答數(shù)據(jù)。發(fā)送端每隔1s檢測(cè)是否有應(yīng)答數(shù)據(jù)，5s 內(nèi)沒有收到接收端應(yīng)答數(shù)據(jù)，發(fā)送端重新發(fā)送數(shù)據(jù)。發(fā)送端程序流程圖如圖。圖4-1 發(fā)送端流程圖在接收端，使能接收。如果接收到發(fā)送端數(shù)據(jù)，則將接收到的數(shù)據(jù)送入擴(kuò)展的外部ram中，并且向發(fā)送端發(fā)送應(yīng)答數(shù)據(jù)。接收端程序流程圖如圖。圖4-2 接收端流程圖4.2串行通信模塊串行通信模塊的程序包括串行口的初始化程序和串行口的數(shù)據(jù)的收發(fā)程序

25、。4.2.1串行口的初始化at89s52單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)全雙工串行接口,能同時(shí)接收和發(fā)送數(shù)據(jù)。串行通信是指數(shù)據(jù)一位一位地按順序傳送的通信方式，其突出優(yōu)點(diǎn)是只需一根傳輸線，可大大降低硬件成本，適合遠(yuǎn)距離通信。其缺點(diǎn)是傳輸速度較低。單片機(jī)串口相關(guān)的寄存器有scon和pcon。串行口工作方式有四種方式，由串行口控制器scon的sm0、sm1控制。定義如表所示。sm0sm1工作方式功能波特率00方式0同步移位寄存器輸出方式fosc/1201方式110異步通信方式可變，取決于t1的波特率10方式211異步通信方式fosc/32或fosc/6411方式311異步通信方式可變，取決于定時(shí)器1溢出率電源控制寄

26、存器pcon的smod位決定單片機(jī)波特率，smod=1，當(dāng)串行口工作于方式1、2、3 時(shí)，波特率加倍。smod=0，波特率不變。串行口的初始化主要是對(duì)串行口控制器scon和電源控制寄存器pcon進(jìn)行初始化，對(duì)定時(shí)器t1的工作方式和波特率進(jìn)行設(shè)置。mcs-51系列單片機(jī)的波特率的設(shè)置與工作方式有關(guān)，串行口在方式1和方式3時(shí)，波特率是控制時(shí)鐘的1/16。而控制時(shí)鐘頻率=（t1溢出率）/（2smood）。所以波特率=（1/16）（t1的溢出率）/（2smod）=(2smod/32)（t1溢出率）smod是pcon的最高位，smod=1是smod=0時(shí)的波特率的兩倍，可將smod稱為波特率加倍因子。定

27、時(shí)器t1初值的計(jì)算：th1從初值計(jì)數(shù)到產(chǎn)生溢出，它每秒溢出的次數(shù)稱為波特率。t1溢出率=fosc/12256-（th1）下面推導(dǎo)串行口方式1和方式2下計(jì)算定時(shí)器t1初值th1的公式。波特率v=（2smod/32）t1溢出率t1溢出率=32v/（2smod）由，得fosc/12256-(th1)=32v/(2smod)由得th1初值（th1）=256-（2smod）fosc/384v在計(jì)算機(jī)與單片機(jī)進(jìn)行通信時(shí)，常選擇單片機(jī)的晶振頻率為11.0592mhz，兩者容易匹配比特率。本設(shè)計(jì)中將計(jì)算機(jī)與單片機(jī)的波特率設(shè)置為9600b/s，smod=0，通過式可計(jì)算出th1初值為250，十六進(jìn)制為fdh。串

28、行口初始化流程圖，圖4-3 串口初始化流程圖4.2.2串行口數(shù)據(jù)的收發(fā)單片機(jī)的全雙工串行口可編程為四種工作方式，現(xiàn)分述如下：方式0：方式0為移位寄存器輸入/輸出方式?？赏饨右莆患拇嫫饕詳U(kuò)展i/o口，也可以外接同步輸入/輸出設(shè)備。波特率固定為fosc/12，其中fosc為時(shí)鐘頻率。方式1：方式1為波特率可變的10位異步通訊接口方式。發(fā)送或接收一幀信息，包括1個(gè)起始位0，8個(gè)數(shù)據(jù)位和1個(gè)停止位1。其中起始位和停止位在發(fā)送時(shí)自動(dòng)插入。方式2:：方式2為固定波特率的11位uart方式。它比方式1增加了一位可程控為1或0的第9位數(shù)據(jù)。方式3：方式3為波特率可變的11位uart方式。除波特率外，其余與方式

29、2相同。單片機(jī)串口收發(fā)數(shù)據(jù)流程圖如圖。圖4-4 單片機(jī)串口收發(fā)數(shù)據(jù)流程圖4.3 nrf2401的無線通信模塊4.3.1 nrf2401的初始化nfr2401的初始化主要是對(duì)nfr2401的工作方式，接收頻道地址，有效數(shù)據(jù)的長度，發(fā)送速率，crc校驗(yàn)等進(jìn)行設(shè)置。mcu通過對(duì)nrf2401配置字寄存器寫入相關(guān)配置字實(shí)現(xiàn)對(duì)其的初始化。該設(shè)計(jì)中使nrf2401工作于shockbursttm收發(fā)模式，在這種工作模式下，系統(tǒng)的程序編制會(huì)更加簡單，并且穩(wěn)定性也會(huì)更高。shockbursttm的配置字使nrf2401能夠處理射頻協(xié)議，在配置完成后，在nrf2401工作的過程中，只需改變其最低一個(gè)字節(jié)中的內(nèi)容，

30、以實(shí)現(xiàn)接收模式和發(fā)送模式之間的切換。shockbursttm的配置字可以分為以下四個(gè)部分：數(shù)據(jù)寬度：聲明射頻數(shù)據(jù)包中數(shù)據(jù)占用的位數(shù)。這使得nrf2401能夠區(qū)分接收數(shù)據(jù)包中的數(shù)據(jù)和crc校驗(yàn)碼。地址寬度：聲明射頻數(shù)據(jù)包中地址占用的位數(shù)。這使得nrf2401能夠區(qū)分地址和數(shù)據(jù)。地址：接收數(shù)據(jù)的地址，有通道1的地址和通道2的地址。crc：使nrf2401能夠生成crc校驗(yàn)碼和解碼。當(dāng)使用nrf2401片內(nèi)的crc技術(shù)時(shí)，要確保在配置字中crc校驗(yàn)使能，并且發(fā)送和接收使用相同的協(xié)議。在配置模式下，注意保證pwr_up引腳為高電平，ce引腳為低電平。配置字從最高位開始，一次送入nrf2401。在cs引

31、腳的下降沿，新送入的配置字開始工作。nrf2401初始化流程圖如圖。圖4-5 nrf2401配置流程圖4.3.2 nrf2401數(shù)據(jù)的shockbursttm收發(fā)shockbursttm 發(fā)射流程1.接口引腳為ce，clk1，data2.當(dāng)微控制器有數(shù)據(jù)要發(fā)送時(shí)，其把ce 置高，使nrf2401 工作；3.把接收機(jī)的地址和要發(fā)送的數(shù)據(jù)按時(shí)序送入nrf2401；4.微控制器把ce 置低，激發(fā)nrf2401 進(jìn)行shockbursttm 發(fā)射；5.nrf2401 的shockbursttm 發(fā)射6.給射頻前端供電；7射頻數(shù)據(jù)打包(加字頭、crc 校驗(yàn)碼)；8.高速發(fā)射數(shù)據(jù)包；9.發(fā)射完成，nrf2

32、401 進(jìn)入空閑狀態(tài)。shockbursttm 發(fā)射流程圖如圖。圖4-6 nrf2401發(fā)送數(shù)據(jù)流程圖shockbursttm 接收流程1.接口引腳ce、dr1、clk1 和data(接收通道1)2.配置本機(jī)地址和要接收的數(shù)據(jù)包大小；3.進(jìn)入接收狀態(tài)，把ce 置高；4.200us 后，nrf2401 進(jìn)入監(jiān)視狀態(tài)，等待數(shù)據(jù)包的到來；5.當(dāng)接收到正確的數(shù)據(jù)包(正確的地址和crc 校驗(yàn)碼)，nrf2401 自動(dòng)把字頭、地址和crc 校驗(yàn)位移去；6.nrf2401 通過把dr1(這個(gè)引腳一般引起微控制器中斷)置高通知微控制器；7.微控制器把數(shù)據(jù)從nrf2401 移出；8.所有數(shù)據(jù)移完，nrf2401 把dr1 置低，此時(shí)，如果ce 為高，則等待下一個(gè)數(shù)據(jù)包，如果ce 為低，開始其它工作流程。shockbursttm 接收流程圖如圖。圖4-7 nrf2401接收數(shù)據(jù)流程圖4.4外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展模塊采用兩片cy62148e進(jìn)行1mbxram的擴(kuò)展。同時(shí)在單片機(jī)的rom中初始化三個(gè)字節(jié)的空間作為20位地址的存儲(chǔ)空間。通過鎖存器的使用完成數(shù)據(jù)的傳輸。程序流程圖如下。圖4-8 擴(kuò)展sram流程圖4.