1、1 引言伴隨著短距離、低功率無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的成熟，無線數(shù)據(jù)傳輸被越來越多地應(yīng)用到新的領(lǐng)域。與有線通信方式相比，無線通信以其不需鋪設(shè)明線，使用便捷等一系列優(yōu)點(diǎn)，在現(xiàn)代通信領(lǐng)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(shí)，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(yīng)用。本次設(shè)計(jì)主要是利用無線收發(fā)電路，加上單片機(jī)控制與液晶顯示制成一套完整的數(shù)據(jù)收

2、發(fā)系統(tǒng)。考慮到目前市場上的一些需求，設(shè)計(jì)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(diào)外部元件，傳輸時(shí)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(gè)20 腳的芯片中包括了高頻發(fā)射、高頻接收、PLL 合成、FSK調(diào)制、多頻道切換等功能，并且外圍元件少，便于設(shè)計(jì)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(shù)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(diǎn)對點(diǎn)，點(diǎn)對多點(diǎn)和多點(diǎn)對多點(diǎn)三種。本系統(tǒng)由于實(shí)際應(yīng)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(jìn)行，構(gòu)成點(diǎn)對點(diǎn)無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。整個(gè)

3、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(jī)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：2-1 無線數(shù)據(jù)收發(fā)系統(tǒng)原理圖2.2 實(shí)現(xiàn)過程當(dāng)我們需要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，使用按鍵來輸入所需發(fā)送的信息。按鍵與單片機(jī)AT89S52的 P3.2-P3.5 口相接，單片機(jī)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(diào)制，將信號發(fā)送出去；接收端的收發(fā)器通過解調(diào)，將載波信號轉(zhuǎn)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R

4、XD端將數(shù)字信號輸入到單片機(jī)；單片機(jī)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(shí)既發(fā)送信息又接收信息，即在指定的時(shí)刻，只能沿某一個(gè)方向傳送信息。所以上述實(shí)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(shè)計(jì)nRF401 是一種基于短程無線通信技術(shù)的芯片。收發(fā)部分采用nRF401芯片，其引腳 DIN 與單片機(jī)的TXD相連，需要發(fā)射的數(shù)字信號通過DIN輸入；引腳DOUT與單片

5、機(jī)的RXD相連，解調(diào)出來的信號經(jīng)過DOUT輸出進(jìn)入單片機(jī)。3.1 無線收發(fā)芯片nRF401介紹13.1.1 主要引腳功能圖 3-1 nRF401 引腳圖(1) 9腳及 10腳分別是DIN輸入數(shù)字信號和DOUT輸出數(shù)字信號均為標(biāo)準(zhǔn)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(diào)出來的信號經(jīng)過DOUT輸出。(2) 12 腳為通道選擇，F(xiàn)REQ =“ 0”為通道#1( 433.92MHz) ， FREQ =“ 1”為通道 #2( 434.33MHz) 。(3) 18 腳為電源開關(guān)，PWR_UP“= 1”為工作模式，PWR_UP“= 0”為待機(jī)模式。(4) 19 腳 TXEN：高電平允許發(fā)送數(shù)據(jù)

6、，低電平允許接收數(shù)據(jù)。(5) ANT1 、 ANT2：天線接入端。3.1.2 內(nèi)部結(jié)構(gòu)與工作原理nRF401 無線收發(fā)芯片的結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)方框圖在接收模式中，RF輸入信號被低噪聲放大器（LNA）放大，經(jīng)由混頻器（MIXER）變換，這個(gè)被變換的信號在送入解調(diào)器（DEM）之前被放大和濾波，經(jīng)解調(diào)器解調(diào)，解調(diào)后的數(shù)字信號在DOUT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

7、） ， 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(shù)，頻率穩(wěn)定性極好。3.1.3 特點(diǎn)nRF401是一個(gè)單片RF收發(fā)芯片，工作頻率為國際通用的數(shù)傳頻率433MH；z 具有FSK調(diào)制和解調(diào)能力，抗干擾能力強(qiáng)，特別適合工業(yè)控制應(yīng)用；采用PLL頻率合成技術(shù)，頻率穩(wěn)定性好；最大發(fā)射功率達(dá)+10dBm，數(shù)據(jù)速率可達(dá)20kb/s ；具有 2 個(gè)信號通道，適合需要多信道工作的特殊場合；工作電壓在+3 5V 之間，最低工作電壓為2.7 V；它還提供進(jìn)一步降低電流消耗的待機(jī)模式，接收待機(jī)狀態(tài)僅為8 A；僅需外接一個(gè)晶體和幾個(gè)阻容、電感元件，即可構(gòu)成一個(gè)完整的射頻

8、收發(fā)器。nRF401 接收機(jī)使用頻移鍵控（FSK）調(diào)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(shè)備工作的場合。3.2 FSK 調(diào)制 3本系統(tǒng)中的nRF401是具備FSK調(diào)制的無線收發(fā)芯片。所謂FSK調(diào)制，就是頻移鍵控， 又稱數(shù)字頻率調(diào)制，是數(shù)字通信調(diào)制方式的一種，由于其方法簡單、易于實(shí)現(xiàn)、抗噪聲和抗衰落性能較強(qiáng)以及解調(diào)不須恢復(fù)本地載波等優(yōu)點(diǎn)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(yīng)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(guān)電路，對于兩個(gè)不同的獨(dú)立頻率源進(jìn)行選通。它有兩個(gè)獨(dú)立的振蕩器，數(shù)字基帶信號控

9、制開關(guān)，選擇不同頻率的高頻振蕩信號實(shí)現(xiàn)FSK調(diào)制。圖3-3 為頻率鍵控法原理框圖。s(t)模擬 調(diào)頻器e2FSK (t)二進(jìn)信息（ NRZ）f1 振蕩器(a)e2 FSK (t)倒相f2（b） 圖3 3 頻率鍵控法原理框圖以二進(jìn)制數(shù)字頻率調(diào)制為例，當(dāng)數(shù)字信號為“1”時(shí)，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(shí)，門1 斷開，門2 接通，輸出頻率f2 。如果產(chǎn)生f1 ， f2 的兩個(gè)震蕩器是互相獨(dú)立的，則輸出2FSK 信號的相位是不也可以是低頻范圍通過混頻、連續(xù)的。 震蕩器的頻率f1 ， f2 可以直接是所需的載頻，倍頻方式搬移到載頻范圍。3.2.2 FSK 信號

10、波形圖已調(diào)信號的時(shí)域表達(dá)式為e2FSK tAcos 1tAcos 2t"1""0"3.1 )3.3 時(shí)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(gè)引腳設(shè)定，分別是TXEN和 PWR_U。因此通過單片機(jī)控制 PnRF401的工作模式，使其在接收、發(fā)射、等待任一種狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換。(1) TXRX之間的切換當(dāng)從 RX TX模式時(shí)，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(shí)序如圖3-5（ a） 。當(dāng)從 TX RX模式時(shí)，數(shù)據(jù)輸出腳（DOU）至少T3ms以后

11、有數(shù)據(jù)輸出，如圖3-5 （ b） 。圖 3-5 TX 與 RX轉(zhuǎn)換的時(shí)序圖(2) Standby RX 、 Standby TX的切換從待機(jī)模式到接收模式，當(dāng)PWR_U輸入設(shè)成P1 時(shí)，經(jīng)過t SR時(shí)間后，DOUT腳輸出數(shù)據(jù)才有效。對nRF401來說，t SR最長的時(shí)間是3ms，如圖(a) 。從待機(jī)模式到發(fā)射模式，所需穩(wěn)定的最大時(shí)間是t ST，如(b) 。Std. by to RXStd. by to TX024024(a)(b)圖 3-6 Standby RX 、 Standby TX的時(shí)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(jī)

12、時(shí)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(jìn)入穩(wěn)定工作狀態(tài)。當(dāng)由上電進(jìn)入發(fā)射模式時(shí)，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(dá)到2.7V以上，并且至少保持5ms。msDINPWR-UPTXEN4VDD=0 to TXVDDVDDPWR-UPVDD=0 to RX3-7 Power Up TX 、 Power Up RX時(shí)序圖3.4 應(yīng)用電路設(shè)計(jì)3.4.1 電路組成nRF401無線收發(fā)芯片的應(yīng)用電路5，如圖 3-8 所示：+3VR11MC4C315nF820pF4R.7K

13、JQ4C5 2.2uFC6C7C122pFDNDOUT109U1XC1VDD22nF1nFX14MXC2 TXENC222pFVCCFILT1VCO1VCO2VSSVDD DINDOUT nRF401PWR_UPVSSANT1ANT2VSSVDDFREQRF_PWR21091817TXENPWR_UP161514131211 FREQC8100pFC9 100pFC103.3pFC115.6pFR418K2R23K圖 3-8 nRF401 的 433Mhz應(yīng)用電路(1) 輸入輸出當(dāng) nRF401 是接收模式時(shí)，ANT1 和 ANT2引腳端提供射頻輸入到低噪聲放大器LNA) ；當(dāng)nRF401為發(fā)

14、射模式時(shí)，從功率放大器提供射頻輸出到天線。(2) PLL 環(huán)路濾波器PLL 環(huán)路濾波器，是一個(gè)單端二階濾波器，濾波器元件參數(shù)值：C3=820pF，C4=15nF， R2=4.7k(3) VCO 電感芯片的VCO電路需要外接一個(gè)VCO電感，這個(gè)電感是非常關(guān)鍵的，需要一個(gè)高質(zhì)Q值大于45，最大誤差2%。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C0<5pF， 晶振等效串聯(lián)電阻RESR<150 ， 全部負(fù)載電容，包括印制板電容CL<14pF。CL如下式所示：(4) 晶振電路C1 C2L C1 C2( 3.2)式中 C2 C2 CPCB2和 C1 C

15、1 CPCB1，CPCB1和 CPCB2是電路板的寄生電容。(5) RF 輸出功率連接在RF_PW端和RVSS之間的電阻R3可以設(shè)置輸出功率，最大發(fā)射功率可以調(diào)+10dBm。3.4.2 印刷電路板設(shè)計(jì)(1) nRF401 電路的PCB板設(shè)計(jì)過程9利用 Protel DXP 軟件設(shè)計(jì)制作nRF401無線收發(fā)電路部分，按本論文中的圖3-8在 Protel DXP 軟件中按照設(shè)計(jì)電路制作連接電路，并封裝電路。制作PCB板，3D 功能。查看模擬的PCB 板后，實(shí)現(xiàn)制作10。首先生成報(bào)表和網(wǎng)絡(luò)表，設(shè)置電路圖中已有的仿真模型的器件。在Protel DXP再進(jìn)行對電路板1 ： 1 的打印。最后，將加工成形的

16、PCB 電路板打孔，并焊接元器件，實(shí)現(xiàn)nRF401應(yīng)用電路，nRF401應(yīng)用電路印刷電路板，如下圖所示：3-9 應(yīng)用電路印制電路板圖(2) PCB 板設(shè)計(jì)要求印刷電路板(PCB)的設(shè)計(jì)直接關(guān)系到射頻性能，為了獲得較好的RF性能， PCB設(shè)計(jì)至少需要兩層板來實(shí)現(xiàn)，PCB分成射頻電路和控制電路兩部分布置。nRF401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(yīng)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

17、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(guān)信號和控制信號都不能經(jīng)過PLL環(huán)路濾波器元件和VCO電感附近。4 控制部分原理控制電路主要組成部分為單片機(jī)AT89S52，通過AT89S52與 nRF401進(jìn)行串行通信，并用其控制nRF401的 TXEN端，來調(diào)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(gè)低功耗高性能單片機(jī)，40個(gè)引腳， 32個(gè)外部雙向輸入/輸出 ( I/O )端口，片內(nèi)含8k bytes 的可重復(fù)編程的Flash 存儲器和256 byt

18、es 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器 ( RAM) ， 3 個(gè) 16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器，1 個(gè)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(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)。AT89S52可以按照常規(guī)方法進(jìn)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(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的Flash 存儲器可有效地降低開發(fā)成本。4.1.1 內(nèi)部結(jié)構(gòu)AT89S52單片機(jī)包含中央處理器、程序存儲器(ROM)、數(shù)據(jù)存儲器(RAM)、定時(shí)器/ 計(jì)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(gòu)成。圖4-1 為單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖13。

19、(1) 中央處理器中央處理器(CPU)是整個(gè)單片機(jī)的核心部件，能處理 8 位二進(jìn)制數(shù)據(jù)或代碼，CPU負(fù)責(zé)控制、指揮和調(diào)度整個(gè)單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運(yùn)算和控制輸入輸出功能等操作。(2) 程序存儲器AT89S52共有8KB個(gè) E2PRO，用于存放用戶程序，原始數(shù)據(jù)或表格。M(3) 數(shù)據(jù)存儲器(RAM)AT89S52內(nèi)部有128 個(gè) 8 位用戶數(shù)據(jù)存儲單元和128 個(gè)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RAM只有128 個(gè)，可存放讀寫的數(shù)據(jù)，運(yùn)算的中間結(jié)果或用戶定義的字型表。(4) 并行輸入輸出口AT89S5

20、2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(gè)全雙工串行通信口，用于與其它設(shè)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(dāng)同步移位器使用。(6) 定時(shí) / 計(jì)數(shù)器AT89S52有三個(gè)16 位的可編程定時(shí)/ 計(jì)數(shù)器，以實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)功能，并以其定時(shí)或計(jì)數(shù)結(jié)果對單片機(jī)進(jìn)行控制。(7) 中斷系統(tǒng)AT89S52具備較完善的中斷功能，有兩個(gè)外中斷、三個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷和一個(gè)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1p1.0VCCp1.1P0.0p1.2P0.1p

21、1.3P0.2p1.4P0.3p1.5P0.4p1.6P0.5p1.7P0.6RST/VPDP0.7RXD/P3.0EA/VPPTXD/P3.1 ALE/PROG INT0/P3.2PSENINT1/P3.3P2.7T0/P3.4P2.6T1/P3.5P2.5WR/P3.6P2.4RD/P3.7P2.3XTAL2P2.2XTAL1P2.1GNDP2.040239338437536635734833932103111301229132814271526162517241823192022214-2 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

22、大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。(2) 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(jī)系統(tǒng)的地址/ 數(shù)據(jù)線使用。當(dāng)作為輸出口使用時(shí)，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 97H。 P1 口只能作為通用I/O 口使用。當(dāng)作為輸出口使用時(shí)，已能對外提供推拉電流負(fù)載，外電路無需再接上拉電阻；當(dāng)作為輸入口使用時(shí)，應(yīng)先向其鎖存器寫入“1”，使輸出驅(qū)動電路的FET截止。 P2 口P2口的字節(jié)地址為0A0H， 位地址為

23、0A0H 0A7H。 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 0B7H。 P3口可以作為通用I/O 口使用，但在實(shí)際應(yīng)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)P3.1 TXD（串行輸出口）P3.2 /INT0 （外部中斷0）P3.3 /INT1 （外部中斷1）P3.4 T0（計(jì)時(shí)器0外部輸入）P3.5 T1 （計(jì)時(shí)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)

24、4 根控制線 RST： 復(fù)位信號。保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平，就可以完成CPU系統(tǒng)復(fù)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(shí)，/PSEN有效（低電平），以實(shí)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(dāng)/EA信號為低電平時(shí)，對ROM的讀操作限定在外部程序存儲器；而當(dāng)/EA為高電平時(shí)，則對ROM的讀操作是從內(nèi)部程序存儲器開始，并可延續(xù)至外部程序存儲器。 ALE/PRO：地址鎖存控制信號。在系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)，GALE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(shí)現(xiàn)低位地址和數(shù)據(jù)的分時(shí)傳送。此外由于ALE是以

25、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(shí)鐘或外部定時(shí)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(gè)字節(jié)的各位同時(shí)進(jìn)行傳送的通信方式，而串行通信14是指每個(gè)字節(jié)的各位分別進(jìn)行傳送的通信方式。4.2.1 串口通信方式AT89S52串行口可設(shè)置四種工作方式，可有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(dāng)SM0=0， SM1=1時(shí)，串行口選擇方式1。其幀格式為：起始 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6

26、 D7 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的地址為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)。19各位含義如下： SM0、 SM1：串行口工作方式選擇位。 SM2：多機(jī)通信選擇位。 REN：串行口允許接收位。 1時(shí)允許接收， 0時(shí)禁止接收。 TI ： 串行口發(fā)送中斷標(biāo)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(jié)束。 RI ： 串行口接收中斷標(biāo)志位。在方式 1 中， 當(dāng)接收到停止位時(shí)，該位由硬件置位。RI=1，表示幀接收結(jié)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

27、為99 H，用來存放需發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)，它由兩個(gè)獨(dú)立的寄存器組成，一個(gè)是發(fā)送緩沖器，另一個(gè)是接收緩沖器，它們占用同一地址( 99H) 。 當(dāng)執(zhí)行寫SBUF指令時(shí)，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(SMO)是串行口波特率的倍增位，當(dāng) DSMOD=時(shí)，串行口波特率加倍。系統(tǒng)復(fù)位時(shí)，1SMOD=。 0(4) 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(shí)禁止串行中斷，ES=1 時(shí)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(shí)，TXD端保持高電

28、平。當(dāng)執(zhí)行寫SBUF的指令時(shí)，便啟動一次發(fā)送過程；發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，先發(fā)送一個(gè)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(gè)“ 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(shè)定串口方式1 的波特率是可變的，由定時(shí)器T1 的溢出率決定：SMOD波特率2

29、定時(shí)器T1溢出率32其中，SMOD為 PCON寄存器最高位的值。溢出率為溢出周期的倒數(shù)，假定計(jì)數(shù)初值為X，則計(jì)數(shù)溢出周期為4.2)4.3)4.4)12溢出周期(256 X )fosc其中， fosc 為晶振頻率。則波特率計(jì)算公式為：SMOD波特率2fosc3212 256 XX確定如下：fosc 2SMODX 256 384 波特率5 顯示部分HY-1286412是使用HD61202作為列驅(qū)動器，同時(shí)使用HD61203作為行驅(qū)動器的液晶模塊，共有兩片HD61202和一片HD61203。由于HD61203不與MPU發(fā)生聯(lián)系，只要提供電源就能產(chǎn)生行驅(qū)動信號和各種同步信號，比較簡單，所以不做介紹。H

30、D61202是一種帶有列驅(qū)動輸出的液晶顯示控制器，它可與行驅(qū)動器HD61203配合使用，組成液晶顯示驅(qū)動控制系統(tǒng)。5.1 HD61202 功能簡介5.1.1 特點(diǎn)(1) 內(nèi)藏64× 64=4096位顯示RAM， RAM中每位數(shù)據(jù)對應(yīng)LCD屏上一個(gè)點(diǎn)的亮、暗狀態(tài)；(2) HD61202 是列驅(qū)動器，具有64路列驅(qū)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 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，

31、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(fù)位信號，復(fù)位信號有效時(shí)，關(guān)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。5.2 HD61202 的指令系統(tǒng)(1) 顯示開 / 關(guān)指令R/W RSDB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB00 00011 111 1/0當(dāng) DBO=1時(shí)，LCD顯示RAM中的內(nèi)容；DBO=0時(shí)，關(guān)閉顯示。(2) 顯示起始行(ROW)設(shè)置指令R/W RSDB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB00

32、011顯示起始行(0-63)該指令設(shè)置了對應(yīng)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(shí)現(xiàn)顯示滾屏的效果。(3) 頁(RAG)設(shè)置指令ER/W RS DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB000101 11頁號(0-7)顯示RAM共 64 行，分 8 頁，每頁8 行。(4) 地址(Y Address )設(shè)置指令R/W RS DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB00001顯示列地址(0-63)設(shè)置了頁地址和列地址，就唯一確定了顯示RAM中的一個(gè)單元，這樣MPU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(jìn)一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)。

33、(5) 狀態(tài)指令R/W RSDB7 DB6 DB5DB4 DB3 DB2 DB1 DB01 0BUSY 0 ON/OFFREST 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(guān)閉0-顯示打開REST ：1- 復(fù)位狀態(tài)0-正常狀態(tài)在 BUSY和 REST狀態(tài)時(shí)，除讀狀態(tài)指令外，其它指令均不對HD61202產(chǎn)生作用。在對HD61202操作之前要查詢BUSY狀態(tài)，以確定是否可以對HD61202進(jìn)行操作。(6) 數(shù)據(jù)指令R/W RSDB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB00 1寫數(shù)據(jù)(7) 讀數(shù)據(jù)

34、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(jìn)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)總線接在AT89S52的 P0口，實(shí)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(yīng)變化，所以加電位器可以調(diào)節(jié)液晶的對比度。10K+5VLCM1011121314T115U4AWR16

35、RD171812MHz7400Y1P1.0VCCP1.1P0.0(AD0)P1.2P0.1(AD1)P1.3P0.2(AD2)P1.4P0.3(AD3)P1.5P0.4(AD4)P1.6P0.5(AD5)P1.7P0.6(AD6)RSTP0.7(AD7)P3.0(RXD)EA/VPPP3.1(TXD)ALE/PROGP3.2(INT0)PSENP3.3(INT1)P2.7(A15)P3.4(T0)P2.6(A14)P3.5(T1)P2.5(A13)P3.6(WR)P2.4(A12)P3.7(RD)P2.3(A11)XTAL2P2.2(A10)XTAL1P2.1(A9)GNDP2.0(A8)U1

36、AT89C514039DB038DB137DB236DB335DB434DB533DB632DB7VCC3130292827262524232221CS2CS1RWRSVSSVDDRSV0RS+5VDB0R/W EDB0DB1DB2DB4DB7CS21114161820DB3DB4DB5DB6DB7CS1CS2RSTVEELEDKLEDAHY128X64圖 5-1 收發(fā)系統(tǒng)顯示電路6 軟件設(shè)計(jì)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(jī)、顯示器和按鍵組成，收發(fā)器與AT89S52間用串行口通信。整個(gè)系統(tǒng)的各個(gè)部分都是服務(wù)于無線數(shù)據(jù)傳輸這個(gè)目的。所以，在整個(gè)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)中，無線數(shù)據(jù)的傳

37、輸是最為重要的。這里使用匯編語言編寫單片機(jī)控制程序。控制系統(tǒng)CPU采用AT89S52單片機(jī)，nRF401芯片發(fā)射/接收模式由程序控制，當(dāng)有控制發(fā)送的按鍵按下時(shí)，nRF401 為發(fā)射狀態(tài)，其余的時(shí)候 nRF401始終處于接收狀態(tài)。DOU、T DIN 分別和單片機(jī)的RXD和 TXD端相連，作為發(fā)射和接收時(shí)的數(shù)據(jù)傳輸。TXEN和 P1.0 端相連，由單片機(jī)的P1.0 端對其發(fā)射還是接收進(jìn)行程序控制。6.1 主程序流程圖當(dāng)單片機(jī)上電開始執(zhí)行之后，對液晶和單片機(jī)寄存器進(jìn)行初始化，同時(shí)設(shè)置串口控制字及波特率，接著進(jìn)入鍵盤掃描程序和接收程序。若有某個(gè)按鍵按下，則執(zhí)行相應(yīng)的鍵盤子程序；若單片機(jī)判斷接收到數(shù)據(jù)，

38、則開始進(jìn)行CRC校驗(yàn)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 。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(gè)忙標(biāo)志位ACC.7，它反映了控制器HD61202內(nèi)部運(yùn)行時(shí)序狀態(tài)。當(dāng)ACC.7 1 時(shí)，表示內(nèi)部操作正在運(yùn)行，不能接受外部數(shù)據(jù)；當(dāng)ACC.7 0 時(shí)，表示已準(zhǔn)備好接收，可以隨時(shí)接收單片機(jī)發(fā)來的數(shù)據(jù)和命令，這是HY-12864向單片機(jī)發(fā)出的唯一聯(lián)絡(luò)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(jī) AT89S52控制 nRF401 的收發(fā)狀態(tài)、完成編解碼等工作。n

39、RF401 芯片“ PWR-U” P 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(jī)AT89S52控制nRF401，使其一直為接收狀態(tài)。 當(dāng)按鍵 4 按下時(shí)，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(jìn)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，此流程圖的含義是：當(dāng)有按鍵按下時(shí)，程序開始進(jìn)行判斷是哪個(gè)按鍵按下，判斷完畢后則轉(zhuǎn)向相應(yīng)的鍵處理子程序，進(jìn)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(jìn)行CR

40、C校驗(yàn)編碼，再把編碼后的數(shù)據(jù)發(fā)送出去。6-4 鍵盤子程序流程圖7 測試結(jié)果及分析7.1 硬件電路測試本設(shè)計(jì)中將控制模塊和無線射頻模式分開設(shè)計(jì)，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(rèn)無虛焊、粘焊；(2) 先對控制模塊上電進(jìn)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(jī)的串口通過RS232標(biāo)準(zhǔn)相連接，并將串口的程序?qū)懙紸T89S52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(jìn)行測試；(3) 將無線收發(fā)模塊與控制模塊連接起來，上電進(jìn)行測試，按照程序，上電時(shí)處于接收狀態(tài)，

41、看是否與程序吻合；(4) 確認(rèn)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(shè)計(jì)合理，否則要重新設(shè)計(jì)PCB板，此外，nRF401在沒有數(shù)據(jù)接收時(shí), 仍會自動從DOUT發(fā)送隨機(jī)數(shù)據(jù)，使用萬用表進(jìn)行測試時(shí)，該引腳電壓應(yīng)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(yuǎn)處逐漸靠近接收器，可測到傳送的最遠(yuǎn)距離。(2) 在距離接收器一定的距離時(shí)，間隔一段時(shí)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

42、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(gè)給定的條件下進(jìn)行測試和評估。因此，分別選擇了不同的試驗(yàn)場地來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。(1) 當(dāng)建筑物很多的時(shí)候，數(shù)傳模塊兩端均離地面1.5m( 2.0m)高時(shí)，能夠達(dá)到的最佳通信距離為5 10m；接收靈敏度為2 3 秒；當(dāng)發(fā)送端發(fā)送MESSAGE 時(shí)，接收端能準(zhǔn)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(shí)，最遠(yuǎn)的通信距離能夠達(dá)到50m；接收靈敏度為3 5 秒；當(dāng)發(fā)送端發(fā)送字母A 時(shí)

43、，接收端能準(zhǔn)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(diào)諧天線。在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)有人員走動或其它信號出現(xiàn)的時(shí)候，通信的距離會變得不穩(wěn)定，這是由于天線是一個(gè)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 nRF401的 DOU引腳上也會觀察到T微小的連續(xù)數(shù)字“噪聲”。后來通過研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)接收器打開時(shí)，環(huán)境中的任何信號（數(shù)據(jù)或噪聲）都會被天線捕捉到并被解調(diào)。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(chǔ)上，利用nRF401進(jìn)行

44、串行數(shù)據(jù)接收及發(fā)送，收到了較好效果。438 結(jié)論此次設(shè)計(jì)將應(yīng)用于無線通信領(lǐng)域，并且針對當(dāng)前市場上無線產(chǎn)品的不足進(jìn)行了改進(jìn)。本文根據(jù)nRF401的特點(diǎn)，提出了一種將其應(yīng)用無線數(shù)據(jù)收發(fā)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案。此方案采用了較完善的軟硬件設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)思路，具有通用性，便于投入實(shí)際應(yīng)用。并且只要稍作改動就可以應(yīng)用到小區(qū)傳呼、工業(yè)數(shù)據(jù)采集、自動讀表、警報(bào)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(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)無線數(shù)據(jù)的雙向傳輸，具有較好的市場應(yīng)用價(jià)值。參考文獻(xiàn)1 黃智偉 . 無線數(shù)字收發(fā)電路設(shè)計(jì)，第2 版，電子工業(yè)出版社，2

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48、 期， 37.13 李廣第，朱月秀，王秀山等. 單片機(jī)基礎(chǔ)，第2 版，北京航空航天大學(xué)出版社，2001 年， 40-70.14 楊振江，杜鐵軍，李群等. 流行單片機(jī)實(shí)用子程序及應(yīng)用實(shí)例，第1 版，西安電子科技大學(xué)出版社，2002 年， 102-115.15 張俊謨 . MCS-51 和 80C51 系列單片機(jī)，電子世界，2001 年，第 8期， 30.16 蔡瑩 . 液晶技術(shù)與電子紙，電子產(chǎn)品世界，2003 年， 11 上半月，38-40.17 康華光， 鄒壽彬 . 電子技術(shù)基礎(chǔ)，第 1 版， 高等教育出版社，2002 年， 191-197.18 黃智偉，王彥，陳文光等. 全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競

49、賽訓(xùn)練教程，第1 版，電子工業(yè)出版社，2004 年， 73-80.致謝四年大學(xué)的學(xué)習(xí)已經(jīng)接近尾聲，這次畢業(yè)設(shè)計(jì)不僅使我將所學(xué)的知識都融合在一起， 還給了我一次鍛煉動手能力的機(jī)會，并且在指導(dǎo)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(shè)計(jì)即將結(jié)束之際，我要感謝我的指導(dǎo)老師。他不辭辛苦，經(jīng)常利用自己的休息時(shí)間幫助我。當(dāng)我有不明白的問題時(shí)，老師們會耐心地給我講解，并在學(xué)習(xí)和科研方面給了我大量的指導(dǎo)，為我提供了良好的科研環(huán)境，不僅讓我學(xué)到了知識，掌握了科研的方法，也獲得了實(shí)踐鍛煉的機(jī)會。老師們言傳身教、循循善誘，使我學(xué)到了作為一名大學(xué)生應(yīng)該具備的那種踏實(shí)勤懇、一絲不茍、求真務(wù)實(shí)的優(yōu)良品質(zhì)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?/p>

50、教學(xué)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(dǎo)和幫助，為我解開了無數(shù)的困惑，提供了很多關(guān)鍵性的建議。在課題的設(shè)計(jì)中，我對各種編程方法都有了更進(jìn)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(yīng)用能力，增強(qiáng)了學(xué)習(xí)知識的興趣。在內(nèi)容的研究中，他們在技術(shù)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(jià)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！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）

51、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(diǎn)陣;D7=1 為 8X8 點(diǎn)陣CODEREQU32H; 字符代碼寄存器COUNTZIDIEQUEQU33H37H; 計(jì)數(shù)器; 字體在表中的位置指針地位;MOV DPTR,#CCTABMOV ZIDI,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ZIG