電子系統(tǒng)課程設計基于52的無線收發(fā)系統(tǒng)

1、物理與機電工程學院課程設計報告課程名稱： 電子系統(tǒng)課程設計 系 部： 物理與機電工程學院 專業(yè)班級： 電子信息工程08級 學生姓名： 學 號： 指導教師： 完成時間： 2011年10月25日 報告成績： 評閱意見： 評閱教師 日期 基于52的無線收發(fā)系統(tǒng)物理與機電工程學院 電子信息工程學號：* 姓名：* 指導老師：*【摘 要】在我們的日常生活學習與工作當中，經(jīng)常需要兩個設備終端之間進行通信，但是設備一多造成使用導線也多，使我們的環(huán)境變得非常的雜亂，設備的移動也受到了限制，無線通信不再因使身邊一大堆的線路顯得雜亂無章，兩個通信設備在一定范圍內(nèi)能隨意移動。本次設計使用挪威nordic semico

2、nductor公司的無線收發(fā)芯片nrf2401，它把射頻收發(fā)電路集成在一塊芯片上，可在2.4ghz一2.50ghz頻段范圍內(nèi)可靠通信，以宏晶科技生產(chǎn)的stc89c52為主控對他進行控制，并增加達拉斯公司的單總線式數(shù)字溫度傳感器ds18b20進行溫度信息采集，用數(shù)碼管和lcd1602分別作為兩個終端的顯示部分以及按鍵對其控制實現(xiàn)人機交互?！娟P鍵詞】 無線通信 溫度采集 目錄一 設計總體思路，基本原理和框圖.4二 單元電路設計.4三 總電路圖及元器件清單.6四 安裝與調(diào)試步驟.8五 故障分析與改進.9六 功能測試與分析.9七 結(jié)論與心得體會.9八 程序流程圖與代碼10九 參考文獻24一、設計總體思

3、路、基本原理和框圖總體框圖如下圖所示mcua獨立鍵盤溫度采集無線收發(fā)模塊a液晶顯示器數(shù)碼管顯示無線收發(fā)模塊bmcub電磁波根據(jù)設計思路本次設計可分為a、b兩個系統(tǒng)模塊，互為主從機，甲乙可以雙向通信。實現(xiàn)如下功能1、 甲可以顯示時鐘和由乙采集到的溫度信息，可以向乙發(fā)送命令，使乙當前顯示的是溫度還是時鐘。2、 乙可以按甲的命令顯示時鐘（與甲時鐘需同步）或者溫度信息，當乙接受了甲的命令時指示燈閃爍一次。3、 以上的信息傳遞及顯示都是為了證明系統(tǒng)收發(fā)信息的有效性，不突出本系統(tǒng)實際應用。系統(tǒng)中主要有mcu、液晶顯示、數(shù)碼管顯示、獨立按鍵、溫度采集、無線收發(fā)等單元。其中mcu為各單元的控制中心，無線收發(fā)模

4、塊是實現(xiàn)兩機通信的終端，顯示部分用來觀察系統(tǒng)工作狀態(tài)及無線通信的成功與否。二、單元設計電路1主控mcu單元主控mcu如圖1所示，a、b都采用stc89c52為主控mcu，晶振頻率為12.0m，c3（10uf），r1（10k）組成上電復位電路。 圖12液晶顯示單元液晶顯示模塊如圖2所示，采用字符型液晶1602，其具有操作簡單顯示字符多特點，并接r0（104）進行對比度調(diào)節(jié)，p0為數(shù)據(jù)接口，p2.0，p2.1，p3.2為控制線。 圖2 圖3 圖43數(shù)碼管顯示單元如圖3所示，數(shù)碼管采用四位一體的共陰數(shù)碼管，由于單片機的i/o輸出電流較小，故采用三極管進行放大驅(qū)動，當位選為高時三極管飽和導通，對應位的

5、數(shù)碼管選中。4獨立按鍵單元如圖4，獨立按鍵用來對系統(tǒng)工作控制，例如調(diào)時間，發(fā)命令等作用。5溫度采集單元溫度采集單元采用達拉斯公司生產(chǎn)的數(shù)字溫度傳感器ds18b20進行數(shù)據(jù)采集，其采用單總線數(shù)據(jù)傳輸，具有硬件簡單的優(yōu)勢，而且數(shù)據(jù)采集周期短，精度高，量程大，可以達到室溫計的要求，其數(shù)據(jù)總線與p2.5相接。6無線收發(fā)單元無線收發(fā)單元采用2.4ghz單片高速2mbps無線收發(fā)芯片nrf24l01，nrf2401是挪威nordic semiconductor公司的產(chǎn)品，它把射頻收發(fā)電路集成在一塊芯片上，可以用mcu模擬spi通信協(xié)議實現(xiàn)數(shù)字傳輸。通過編程，nrf2401芯片的射頻工作頻率和輸出信號的功率

6、等參量可以非常方便地調(diào)節(jié)。無線收發(fā)芯片nrf2401具有以下功能： 125個工作頻道，工作頻道之間的轉(zhuǎn)換時間小于200us 無線通信數(shù)據(jù)具有地址檢測和循環(huán)冗余(cyclicredundancy check,，crc)檢查。 信號的調(diào)制方式為頻移鍵控(fsk) 最大數(shù)據(jù)傳輸速率1mbps 最大輸出功率0db 獨特的shock burst tm射頻信號發(fā)射模式。該模式降低平均發(fā)射功率，降低對微控制器數(shù)據(jù)傳輸速率的要求。 接收靈敏度93dbm。 獨特的duoceivert“接收模式。該模式支持兩個不同工作頻道的信號同時接收。 工作電壓范圍：1.9v一3.6v；具有正常、旁路和掉電3種供電模式。 圖5

7、三、總電路圖及元件清單1、總原理圖如圖6所示圖62、pcb圖如圖7所示圖73、元器件清單元件名稱主要參數(shù)數(shù)量元件名稱主要參數(shù)數(shù)量lcd16021個電解電容0.1uf2個mcustc89c522個10uf6個47uf2個芯片座dip402個瓷片電容30pf4個lm11173.3v2個1044個晶振12.0m2個定值電阻10k4個數(shù)碼管四位共陰1個1k20個按鍵6個2208個三極管90134個排針3排電位器1041個排插1排無線模塊8腳2塊溫度傳感器ds18b201個四、安裝與調(diào)試步驟印制正確的電路板，打好孔，先將比較矮的元器件焊上，不耐溫的選擇在最后焊接，芯片先放管座，逐個管腳焊接，整個板焊好后

8、才把芯片插上，液晶先插排針，也要等到整個板焊接好后才插上，晶振、蜂鳴器和傳感器元件先焊圓柱排孔，在插上，不要直接焊接，以免焊接時損壞，焊接時一定要按正確的方式焊接以避免虛焊，焊好了后下載程序，接通電源，觸摸芯片看看是否發(fā)熱，調(diào)整液晶的對比度，然后對照任務書，看能不能達到任務書所要求的性能，如不能達到檢查電路以及程序。安裝后如圖8所示。圖8五、故障分析與改進在一開始剛下進程序時并沒用達到想象中的效果，a機的液晶屏不顯示數(shù)據(jù)，只有背光亮，于是我就調(diào)節(jié)了對比度，調(diào)節(jié)過程中還是不會顯示數(shù)據(jù)，只是在液晶上顯示出一些黑格，每個字符都是全黑，可以知道硬件出問題了，特別是液晶模塊部分，于是我就開始用萬用表檢查

9、是否短路和斷路，在液晶部分有個地方布線比較密集，而且線比較細，是最容易發(fā)生斷路和短路的地方，檢查之后還是沒查出問題，于是再去檢查別的還是沒出來，最后還是回到液晶部分，終于發(fā)現(xiàn)有個管腳虛焊了，于是對每個排針加固了一遍，再次上電便達到了想要的效果，液晶顯示出了文字，然后再測試按鍵，還好比較順利，a機的硬件部分算是完成了，再測試b機，開始數(shù)碼管有一個段不亮，對其焊點加固之后就亮了，加上溫度測試程序，硬件也算是完成，最后是繁瑣的軟件調(diào)試，由于有兩個模塊，同時對其調(diào)試特別麻煩，一開始只能單方向通信，很久后才發(fā)現(xiàn)地址配置有問題，最后終于成功了，系統(tǒng)一切工作正常。六、功能測試與分析（1）下面是所設計的功能列

10、表1、按s1，a機向b機發(fā)送命令，使b顯示溫度，并且發(fā)回當前溫度值給a機顯示出來。2、按s2，a機向b機發(fā)送命令，使b顯示時鐘，并且和a機同步。3、s3，s4，s5配合調(diào)整時鐘、萬年歷，s3為調(diào)節(jié)位置選擇按鍵，s4為數(shù)值加按鍵，s5為數(shù)值減按鍵，萬年歷支持閏年自動調(diào)整。4、按s6，a機顯示的溫度隨b機變化而變化，再次按s6，停止這項功能。（2）實際功能進行測試 上電之后，a機顯示萬年歷時鐘，不顯示溫度，b機顯示時鐘，但是與a機不同；按s2，b機便顯示與a機同步的時鐘；再按s1，b機顯示當前溫度，并發(fā)一次當前溫度信息給a機顯示；按s6，b機不停的給a機發(fā)溫度信息并實時顯示；調(diào)節(jié)s3、s4、s5可

11、正確調(diào)節(jié)萬年歷與時鐘。七、結(jié)論與心得體會從開始設計到設計結(jié)束花了兩個星期的時間，前一周主要是設計方案、畫板制板，第二個星期開始做程序部分，雖然程序不太長，但是經(jīng)驗少、水平有限，在這個上面還是花了不少的時間，加上硬件做的也有點問題，在聯(lián)調(diào)的時候比較麻煩。通過這次設計能使我學到很多的東西，提高了硬件電路設計的能力、程序設計的能力以及調(diào)試的能力。硬件設計要有很多的基礎知識，電路基礎、模電、數(shù)電、單片機、protel等，這都是我們之前學過的專業(yè)基礎課，這次設計我們都用上了，使我們對之前學過的知識進行應用及鞏固；程序設計使用c語言，學單片機之前不懂得c學來有什么用，只知道要應付考試，現(xiàn)在懂得了c的重要性

12、，而且還要學會結(jié)合實際的硬件進行軟硬結(jié)合編程；最后調(diào)試可以說是最難的一個步驟了，是最考驗一個人的耐性的時候，由于做板的工藝條件不是很好，一旦出問題，要一個一個模塊的去檢查，硬件檢查完了還要檢查程序，這個是在書本上學不到的，只有自己去經(jīng)歷、去做才會領悟到這些東西，總結(jié)出一些經(jīng)驗，以后可以利用自己之前的經(jīng)驗去解決問題，做多了自然就會掌握很多的調(diào)試技巧。作品調(diào)試出來后會有很大的成就感，使自己更喜歡做這些事情。經(jīng)過這次設計，雖然我們很忙，感覺非常的累，頭腦總是處于疲勞狀態(tài)，但是我覺得很值得，因為我學到了很多東西，很多在平常學不到的在這次設計中我學到了。這次設計比之前的實訓更有成就感，這次做出來的作品相

13、比以前更加的智能化，不會像以前做的那么的單調(diào)，無趣。通過這次使我更加喜歡了這個專業(yè)，對這些東西增加了興趣，對我以后的學習增加了動力，我將會更加的努力，學習好這個專業(yè)領域的更多的知識，為以后的工作鋪路。八、程序流程圖與代碼（1）流程圖a機流程圖液晶初始化主程序開始無線模塊初始化結(jié)束timer0中斷開始結(jié)束定時器0初始化按鍵掃描時鐘更新發(fā)送溫度信息中斷返回判斷中斷標志sendflag為1?接收中斷開始讀取接收到的數(shù)據(jù)更新液晶顯示y中斷返回結(jié)束nb機流程圖led閃爍讀取一次溫度信息主程序開始無線模塊初始化結(jié)束timer0中斷開始結(jié)束定時器0初始化數(shù)碼管掃描時鐘更新中斷返回判斷中斷標志rcv為1?接收

14、中斷開始讀取接收到的數(shù)據(jù)判斷接收到的命令置位rcv結(jié)束ny顯示時鐘并與a機同步顯示溫度發(fā)回溫度信息（2）程序代碼a機代碼#include <reg52.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned int/*nrf24l01端口定義*sbit miso=p35;sbit mosi=p33;sbitsck =p36;sbitce =p37;sbitcsn=p34;/*按鍵*sbits1=p10;sbits2=p11;sbits3=p12;sbits4=p13;sbits5=p14;sbits6=p15; /*液晶控制*sbit

15、lcdrs=p20;sbit lcdrw=p21;sbit lcden=p22;/*nrf24l01*#define tx_adr_width 5 / 5 uints tx address width 發(fā)送地址的寬度#define rx_adr_width 5 / 5 uints rx address width 接收地址的寬度#define tx_pload_width 4 / 4 uints tx payload 發(fā)送數(shù)據(jù)寬度#define rx_pload_width 4 / 4 uints rx payloaduchar const a_adrtx_adr_width= 0x34,0x

16、43,0x10,0x10,0x01;/a機地址uchar const b_adrrx_adr_width= 0x34,0x43,0x10,0x10,0x02;/b機地址/*nrf24l01寄存器指令*#define read_reg 0x00 / 讀寄存器指令#define write_reg 0x20 / 寫寄存器指令#define rd_rx_pload 0x61 / 讀取接收數(shù)據(jù)指令#define wr_tx_pload 0xa0 / 寫待發(fā)數(shù)據(jù)指令#define flush_tx 0xe1 / 清除發(fā)送 fifo指令#define flush_rx 0xe2 / 清除接收 fifo指令

17、#define reuse_tx_pl 0xe3 / 定義重復裝載數(shù)據(jù)指令#define nop 0xff / 保留/*spi(nrf24l01)寄存器地址*#define config 0x00 / 配置收發(fā)狀態(tài)，crc校驗模式以及收發(fā)狀態(tài)響應方式#define en_aa 0x01 / 自動應答功能設置#define en_rxaddr 0x02 / 可用信道設置#define setup_aw 0x03 / 收發(fā)地址寬度設置#define setup_retr 0x04 / 自動重發(fā)功能設置#define rf_ch 0x05 / 工作頻率設置#define rf_setup 0x06

18、/ 發(fā)射速率、功耗功能設置#define status 0x07 / 狀態(tài)寄存器#define observe_tx 0x08 / 發(fā)送監(jiān)測功能#define cd 0x09 / 地址檢測 #define rx_addr_p0 0x0a / 頻道0接收數(shù)據(jù)地址#define rx_addr_p1 0x0b / 頻道1接收數(shù)據(jù)地址#define rx_addr_p2 0x0c / 頻道2接收數(shù)據(jù)地址#define rx_addr_p3 0x0d / 頻道3接收數(shù)據(jù)地址#define rx_addr_p4 0x0e / 頻道4接收數(shù)據(jù)地址#define rx_addr_p5 0x0f / 頻道5接

19、收數(shù)據(jù)地址#define tx_addr 0x10 / 發(fā)送地址寄存器#define rx_pw_p0 0x11 / 接收頻道0接收數(shù)據(jù)長度#define rx_pw_p1 0x12 / 接收頻道0接收數(shù)據(jù)長度#define rx_pw_p2 0x13 / 接收頻道0接收數(shù)據(jù)長度#define rx_pw_p3 0x14 / 接收頻道0接收數(shù)據(jù)長度#define rx_pw_p4 0x15 / 接收頻道0接收數(shù)據(jù)長度#define rx_pw_p5 0x16 / 接收頻道0接收數(shù)據(jù)長度#define fifo_status 0x17 / fifo棧入棧出狀態(tài)寄存器設置/*uchar bdata

20、 sta; /狀態(tài)標志sbitrx_dr=sta6;sbittx_ds=sta5;sbitmax_rt=sta4;uchar code table="0123456789.-c:" /寫液晶對應ascll碼/*/*延時函數(shù)/*/*延時x毫秒*/void delayms(uint x) uchar y; for(;x>0;x-) for(y=111;y>0;y-); void write_com(uchar com) /向液晶寫指令函數(shù) lcdrs=0;p0=com;delayms(1);lcden=1;delayms(1);lcden=0;void write_

21、data(uchar date) /向液晶寫數(shù)據(jù)函數(shù)lcdrs=1;p0=date;delayms(1);lcden=1;delayms(1);lcden=0; void init() /液晶初始化函數(shù) lcdrw=0;lcden=0;write_com(0x38);write_com(0x0c);write_com(0x06);write_com(0x01);/*/*函數(shù)：uint spi_rw(uint uchar)/*功能：nrf24l01的spi讀寫時序/*/uchar spi_rw(uchar date)uint bit_ctr; for(bit_ctr=0;bit_ctr<8

22、;bit_ctr+) / output 8-bit mosi = (date & 0x80); / output 'date', msb to mosidate = (date << 1); / shift next bit into msb.sck = 1; / set sck high.上升沿給出數(shù)據(jù)date |= miso; / capture current miso bitsck = 0; / .then set sck low again 下降沿讀回數(shù)據(jù) return(date); / return read date/*/*函數(shù)：uchar s

23、pi_read(uchar reg)/*功能：nrf24l01的spi讀時序 reg為寄存器地址/*/uchar spi_read(uchar reg)uchar reg_val;csn = 0; / csn low, initialize spi communication.spi_rw(reg); / select register to read from.reg_val = spi_rw(0); / .then read registervaluecsn = 1; / csn high, terminate spi communicationreturn(reg_val); / ret

24、urn register value/*/*功能：nrf24l01寫寄存器函數(shù)/*/void spi_rw_reg(uchar reg, uchar value)csn = 0; / csn low, init spi transactionspi_rw(reg); / select registerspi_rw(value); / .and write value to it.csn = 1; / csn high again/*/*函數(shù)：uint spi_read_buf(uchar reg, uchar *pbuf, uchar uchars)/*功能: 用于讀數(shù)據(jù)，reg：為寄存器地址

25、，pbuf：為待讀出數(shù)據(jù)地址，uchars：讀出數(shù)據(jù)的個數(shù)/*/uchar spi_read_buf(uchar reg, uchar *pbuf, uchar uchars)uchar status,uchar_ctr;csn = 0; / set csn low, init spi tranactionstatus = spi_rw(reg); / select register to write to and read status ucharfor(uchar_ctr=0;uchar_ctr<uchars;uchar_ctr+)pbufuchar_ctr = spi_rw(0);

26、 / csn = 1; return(status); / return nrf24l01 status uchar/*/*函數(shù)：uint spi_write_buf(uchar reg, uchar *pbuf, uchar uchars)/*功能: 用于寫數(shù)據(jù)：為寄存器地址，pbuf：為待寫入數(shù)據(jù)地址，uchars：寫入數(shù)據(jù)的個數(shù)/*/void spi_write_buf(uchar reg, uchar *pbuf, uchar uchars)uint uchar_ctr;csn = 0; /spi使能 spi_rw(reg); for(uchar_ctr=0; uchar_ctr<

27、;uchars; uchar_ctr+) /spi_rw(*pbuf+);csn = 1; /關閉spi/*/*nrf24l01初始化/*/void init_nrf24l01(void) ce=0; / chip enable csn=1; / spi disable sck=0; / spi_write_buf(write_reg + tx_addr, a_adr, tx_adr_width); / 寫本地地址spi_write_buf(write_reg + rx_addr_p0, b_adr, rx_adr_width); / 寫接收端地址spi_rw_reg(write_reg +

28、en_aa, 0x01); / 頻道0自動ack應答允許spi_rw_reg(write_reg + en_rxaddr, 0x01); / 允許接收地址只有頻道0，如果需要多頻道可以參考page21 spi_rw_reg(write_reg + rf_ch, 0); / 設置信道工作為2.4ghz，收發(fā)必須一致spi_rw_reg(write_reg + rx_pw_p0, rx_pload_width); /設置接收數(shù)據(jù)長度，本次設置為32字節(jié)spi_rw_reg(write_reg + rf_setup, 0x07); /設置發(fā)射速率為1mhz，發(fā)射功率為最大值0db/*/*函數(shù)：voi

29、d nrf24l01_txpacket(unsigned char * tx_buf)/*功能：發(fā)送 tx_buf中數(shù)據(jù)/*/void nrf24l01_txpacket(unsigned char * tx_buf)ce=0;/standby i模式spi_write_buf(write_reg + rx_addr_p0, a_adr, tx_adr_width); / 裝載接收端地址 此時是接受應答信號spi_write_buf(wr_tx_pload, tx_buf, tx_pload_width); / 裝載數(shù)據(jù)spi_rw_reg(write_reg + config, 0x3e);

30、 / irq收發(fā)完成中斷響應，16位crc，主發(fā)送ce=1; /置高ce，激發(fā)數(shù)據(jù)發(fā)送delayms(1); / 大于10us/*/*函數(shù)：void setrx_mode(void)/*功能：數(shù)據(jù)接收配置 /*/void setrx_mode(void)ce=0;spi_rw_reg(write_reg + config, 0x3f); / irq收發(fā)完成中斷響應，16位crc，主接收 spi_write_buf(write_reg + rx_addr_p0, b_adr, rx_adr_width); / 寫接收端地址ce = 1; delayms(1);/大于130us/*中斷與定時器0初

31、始化*void init_timer0() tmod=0x01; th0=(65536-50000)>>8; tl0=65536-50000; ea=1; et0=1; tr0 = 1; it0=1; /觸發(fā)方式為負跳變觸發(fā)ex0 = 1;uchar hour=23,min=59,sec=50,month=10,day=28; uint year=2011;/*主函數(shù)*uchar txbuf4=0; / uchar rxbuf4=0;uchar rcv = 0;uchar bai,shi,ge,run;uchar weizhi=0,sendflag=0;/*中斷處理*/void n

32、rf24l01_int(void) interrupt 0 /中斷說明有數(shù)據(jù)接收到或其他中斷源 ex0=0;sta=spi_read(status);/ 讀取狀態(tài)寄存其來判斷數(shù)據(jù)接收狀況if(rx_dr) /接收到數(shù)據(jù) ce = 0; / 進入待機模式讀數(shù)據(jù)spi_read_buf(rd_rx_pload,rxbuf,tx_pload_width);/ read receive payload from rx_fifo buffer spi_rw_reg(write_reg+status,sta);/清除中斷標志 bai = rxbuf1; shi = rxbuf2; ge = rxbuf3;

33、 write_com(0x80+0x0a); write_data(tablebai); write_data(tableshi); write_data(table10); write_data(tablege); write_data(0xdf); write_data(table12); ce = 1; ex0=1; uchar num=0;void timer0() interrupt 1 th0=(65536-50000)>>8; tl0=65536-50000; num+; if(num>=20) num=0; sec+; if(sec>=60) sec=0

34、; min+; if(min>=60) min=0; hour+; if(hour>=24) hour=0; day+; switch(month) case 1: case 3: case 5: case 7: case 8: case 10: case 12:if(day>=32) day=1; month+; break; case 4: case 6: case 9: case 11: if(day=31) day=1; month+; break; case 2:if(run) if(day=30) day=1; month+; else if(day=29) da

35、y=1; month+; break; if(month>=13) month=1; year+; write_com(0x80+0x43); write_data(tableyear/1000); write_data(tableyear%1000/100); write_data(tableyear%100/10); write_data(tableyear%10); if(year%4)=0) run=1; else run=0; write_com(0x80+0x48); write_data(tablemonth/10); write_data(tablemonth%10); write_com(0x80+0x4b); write_data(tableday/10); write_data(tableday%10); write_com(0x80+0x00); write_data(tablehour/10); write_data(tablehour%10); write_com(0x80+0x03); write_data(tabl