基于單片機無線數(shù)據(jù)收發(fā)系統(tǒng)畢業(yè)論文

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。但以往的無線產品存在范圍和方向上的局限。例如，一些無線產品在使用時，無法將信息反饋給控制者；還有一些無線產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)。考慮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，功耗極低，集成度高，是目前集成度較高的無線數(shù)傳產品，它為低速率低成本的無線技術提出了解決方案。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三種。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nRF401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：按鍵按鍵液晶顯示屏單片機系無線收發(fā)器圖2-1無線數(shù)據(jù)收發(fā)系統(tǒng)原理圖2.2實現(xiàn)過程 VDD23456789(PA)、低噪聲接收放大器(LNA),晶體振蕩器(0SC),鎖相環(huán)(PLL),壓控振蕩器po6ji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3.2FSK調制3J?J?振蕩器倒相f?二進信息相加圖3-3頻率鍵控法原理框圖以二進制數(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f1;數(shù)字信號為“0”時，門1斷開，門2接通，輸出頻率f2。如果產生f1,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)的。震蕩器的頻率f1,f2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。3.2.2FSK信號波形圖已調信號的時域表達式為圖3-42FSK信號的波形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)TX→RX之間的切換當從RX→TX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(a)。當從TX→RX模式時，數(shù)據(jù)輸出腳(DOUT)至少3ms以后有數(shù)據(jù)輸出，如圖3-5(b)。DIN公2X公公2X(2)Standby→RX、Standby→TX從待機模式到接收模式，當PWR_UP輸入設成1時，經過tsr時間后，DOUT腳輸Z2公公A4圖3-6Standby→RX、Standby→TX的時序圖(3)PowerUp→TX、PowerUp→RX的切換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。3.4應用電路設計nRF401無線收發(fā)芯片的應用電路，如圖3-8所示：(1)輸入輸出(3)VCO電感(4)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=電容C?<5pF,晶振等效串聯(lián)電阻Rgs<150Q,全部負載電容，包括印制板電容C?<14pF。負載電容C如下式所示：(5)RF輸出功率3.4.2印刷電路板設計(1)nRF401電路的PCB板設計過程利用ProtelDXP軟件設計制作nRF401無線收發(fā)電路部分，按本論文中的圖3-8①在ProtelDXP軟件中按照設計電路制作連接電路，并封裝電路。制作PCB板，后調整整個電路板，將其實現(xiàn)3D功能。②查看模擬的PCB板后，實現(xiàn)制作0。首先生成報表和網絡表，設置電路圖中已有的仿真模型的器件。在ProtelDXP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)nRF401應用電路，R畫圖3-9應用電路印制電路板圖4控制部分原理4.1AT89S52功能介紹(1)中央處理器(2)程序存儲器Vss與寄存企W圖4-1內部結構框圖(4)并行輸入輸出口(5)串行輸入輸出口(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(7)中斷系統(tǒng)4.1.2引腳功能 p1.0pl.1p1.2pl3pl.4pl3pl6p1.74567895(1)電源和晶振P3.0RXD(串行輸入口)P3.1TXD(串行輸出口)P3.2/INTO(外部中斷0)P3.3/INT1(外部中斷1)P3.4TO(計時器0外部輸入)P3.5T1(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4.2串口通信 8位數(shù)據(jù)位(低位在前),1位停止位。當SMO=0,SM1=1時，串行口選擇方式1。其 圖4-3幀格式圖①SMO、SM1:串行口工作方式選擇位。②SM2:多機通信選擇位。③REN:串行口允許接收位?！?’時允許接收，‘0’時禁止接收。④TI:串行口發(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。⑤RI: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99H,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指令時，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。(3)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=1時，串行口波特率加倍。系統(tǒng)復位時，SMOD=0。(4)中斷允許寄存器(IE)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“O”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。(3)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：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)溢出周期為其中，fosc為晶振頻率。則波特率計算公式為：由波特率算出計數(shù)初值，以便進行定時器的初始化。初值X確定如下：5顯示部分HY-1286412是使用HD61202作為列驅動器，同時使用HD61203作為行驅動器的液提供電源就能產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)。5.1HD61202功能簡介5.1.1特點(1)內藏64×64=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(2)HD61202是列驅動器，具有64路列驅動輸出；(3)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CSE: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)；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MPU控制；也可直接接VDD,使之不起作用。(1)顯示開/關指令0000ll11l(2)顯示起始行(ROW)設置指令11顯示起始行(0-63)(3)頁(RAGE)設置指令10111頁號(0-7)(4)地址(YAddress)設置指令01顯示列地址(0-63)(5)狀態(tài)指令00000-正常狀態(tài)0-顯示打開0-正常狀態(tài)(6)數(shù)據(jù)指令01(7)讀數(shù)據(jù)指令115.3顯示電路6軟件設計6.1主程序流程圖N判斷是否有Y判斷是否接YYNN6.2液晶顯示子程序流程圖對HY-12864初始化延時1msY獲得顯示RAM地址延時1ms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,使其一直為接腳，使nRF