单片机控制无线电门铃毕业设计.doc

摘 要 无线门铃由于无线电信号容易受环外界境因素的干扰，且本次设计本着简单易行为原则，将采用PHILIPS的80C51单片机作为中央处理芯片，使得该系统的功能扩展比较方便我们将发射器发送的数据进行编码，只有收到与接收机配套的遥控器发射的信号时，接收机才会做出反应。本次设计将用NF发射模块，nRF2401的工作模式由PWR_UP 、CE、TX_EN和CS三个引脚决定。在一般的通信系统中，传输数据采用的是有线方式，成本高、维护不方便，且在某些特殊的场合，布线困难甚至无法布线。随着无线通信技术的发展，数据传输可通过无线的方式实现，从而克服了上述的缺点。实际证明，无线门铃为众多家庭用户提供了方便。为了使人们在家中能快速地知道有客人来，故设计了无线门铃。近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断深入，同时带动传统控制检测技术日益更新。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往作为一个核心部件来使用，仅单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构软硬件结合，加以完善。 关键词：无线门铃 NRF2401发射模块 单片机80C51 发射与接受毕业设计任务书一、设计题目单片机控制无线电门铃设计二、目的与性质利用8051单片机，设计一个简易的无线电遥控门铃。通过此设计达到进一步理解和运用单片机技术的能力。三、任务与要求1. 学习无线遥控编译码的相关知识；2. 设计无线发射与接收模块；3. 编写并调试相关程序。四、设计完成的工作量1.查阅相关资料，根据以上任务与要求，完成总体方案设计；2.画出系统电路原理图（用Protel完成）；4.编写相应程序，并在实验装置上调试通过；目 录摘 要1毕业设计任务书2绪 论5一、无线门铃介绍61.1 无线门铃前景61.2无线门铃开发背景61.3 无线技术的选择要求6二、无线电模块的选用72.1 DF无线传输模块介绍：72.2 LM386 音频功率放大器介绍：8三、PHILIPS 80C51介绍93.1 80C51内部方式时钟电路：113.2 80C51控制线123.2.I/O接口组成 （32根I/O接口线）及功能:12四、硬件系统设计144.1 元 件144.2 原理图（见附录）154.3 连 线15五、软件系统设计155.1 程序设计方法155.2 程序时序图165.3 汇编源程序17六、系统调试196.1在模拟上供电196.2.音频电路调试196.3.无线信号接收电路的调试19致 谢21参考文献22附 录23绪 论本文所提的是无线门铃系统，参考有关的书籍和资料，完成电路的设计、焊接、检查、调试，再根据硬件和单片机知识写程序，然后调试最终达到准确无误的。在这过程中需要选择适当的元件，合理的电路图扎实的焊接技术，基本的故障排除和纠正能力，会使用基本的仪器对硬件进行调试，会熟练的运用汇编语言编写程序，会用相关的软件对自己的程序进行翻译，并烧进芯片中，要与接收机统一通信协议，要耐心的反复检查、修改和调试，直到达到预期目的。本毕业设计分为两个部分，硬件部分和软件部分。硬件部分介绍：无线门铃电路的设计，单片机PHILIPS 80C51的功能和其在电路的作用。软件部分：在了解电路设计原理后，根据原理和目的画出电路流程图，编写程序编写完程序还要进行编译，这就必须会使用编译软件。无线门铃主要由无线接收、数据解码、数据处理、音效电路、功放电路和电源电路组成。 毕业设计的目的是了解基本电路设计的流程，丰富知识和理论，巩固所学的知识，提高动手能力和实验能力，从而具备一定的设计能力。本毕业设计注重于对单片机控制和无线发射接收理论的理解，明白发射机的工作原理，以便以后单片机领域的开发和研制打下基础，提高设计能力，培养创新能力，丰富知识理论，做到理论和实际结合。本课题的重要意义还在于能在进一步层次了解单片机的工作原理，内部结构和工作状态。理解单片机的接口技术，中断技术，存储方式，时钟方式和控制方式，这样才能更好的利用单片机来做有效的设计。 最后介绍了毕业设计做完后的结论以及制作过程中的心得体会。一、无线门铃介绍1.1 无线门铃前景我国从70年代开始引进、研制、使用无线门铃。经过发展，也有了现在的音乐门铃以及报警门铃，也有了集无线门铃和无线防盗报警器于一身的无线门铃报警器。采用了PHILIPS 80C51单片机作为中央处理芯片，使得该系统的功能扩展比较方便我们将发射器发送的数据进行编码，只有收到与接收机配套的遥控器发射的信号时，接收机才会做出反应。当有人按门铃时，系统播放动听的音乐声，当需要作为防盗报警器用时，只要按动手中的遥控器将报警器设置成布防状态，此时报警器“嘟、嘟”响两声后便进入布防状态，这时只要有人在红外线探头监控范围内走过时，系统就发出响亮的110警车报警声。1.2无线门铃开发背景为了满足需要，各种无线门铃应运而生，例如报警门铃，音乐门铃，感应门铃等。随着社会的进步学发展，无线遥控技术应用已经十分广泛。无线门铃的使用已经阔至乡村，其提供的方便可想而知。由于近些年来单片机技术的发展，配件的价格也在下降，无线门铃已经是普通家庭轻松购买的物品。单片机采用PHILIPS 80C51，80C51是集成了中央处理器（CPU）、带有4KB程序存储器，128B数据存储器，64K RAM、64K ROM，5个中断源，2个16位定时器，晶振212MHz，采用CHMOS工艺功耗很低的单片机。1.3 无线技术的选择要求 无线有很多概念，无线门铃中的无线指的是无线接收，在无线的情况下，实现数据无线、无延时传输。随着无线控制系统的技术发展和功能完善，其应用范围越来越广泛。因此无线设备中正确选择用于数据传输的硬件设备尤为关键。硬件的选择重要有以下几部分：1、 用于数据传输的单片机2、 用于接收的天线3、 用于信号连接的馈线4、 用于单片机与馈线及天线与馈线连接的射频连接器5、 用于设备供电的电源二、无线电模块的选用2.1 DF无线传输模块介绍：DF数据发射模块的工作频率为315MHz，采用声表谐振器SAW稳频，频率稳定性极高，当环境温度在-25+85之间变化时，频率飘移仅为3ppm/。特别适合多发一收无线遥控及数据传输系统。一般的LC振荡器频率稳定度及一致性较差，即使采用高品质微调电容，温差变化及振动也很难保证已调好的频点不会发生偏移选用的为nRF2401无线电模块。nRF2401内置地址解码器、先入先出堆栈区、解调处理器、时钟处理器、GFSK滤波器、低噪声放大器、频率合成器，功率放大器等功能模块，需要很少的外围元件，因此使用起来非常方便。QFN24引脚封装，外形尺寸只有55mm。nRF2401有工作模式有四种：收发模式、配置模式、空闲模式和关机模式。nRF2401的工作模式由PWR_UP 、CE、TX_EN和CS三个引脚决定。DF发射模块未设置编码集成电路，而增加了一只数据调制三极管Q1，这种结构使得它可以方便地和其他固定编码电路、滚动码电路及单片机接口，而不必考虑编码的工作电压和输出幅度信号值的大小。DF数据模块具有较宽的工作电压312V，当电压变化时发射频率基本不变，和发射模块配套的接收模块无需任何调整就能稳定地接收。DF数据模块采用ASK方式调试，以降低功耗，当数据信号停止时发射电流降为零，数据信号与DF发射模块输入端可以用电阻或者直接连接而不能用电容耦合，否则DF发射模块将不能正常工作。数据电平应接近DF数据模块的实际工作电压，以获得较高的调制效果。下图2.1为DF发射模块的电路原理图。 +5V GND DATA图2.1 DF发射模块电路原理图接收天线最好为2530cm的导线，最好能竖立起来。接收模块本身不带解码集成电路，因此接收电路仅是一种组件，只有应用在具体电路中进行二次开发才能发挥应有的作用，它可以和各种解码电路或者单片机配合，nRF2401有工作模式有四种：收发模式、配置模式、空闲模式和关机模式。nRF2401的工作模式由PWR_UP 、CE、TX_EN和CS三个引脚决定。DF模块自身辐射极小，加上电路模块背面网状接地铜箔的屏蔽作用，可以减少自身振荡的泄露和外界干扰信号的侵入。2.2 LM386 音频功率放大器介绍： LM386是一种音频集成功放，具有自身功耗低，更新内链增益可调整，电源电压，外接原件少，总谐波失真小等优点的功率放大器，广泛应用于录音机和收音机之中。 应用简单： 静态功耗低，约为4mA，可用于电池供电。 工作范围宽：412V。 外围原件少。 电压增益可调。 图2.2LM386引脚图引脚图： 引脚2 为反相输入端，引脚3为同相输入端，引脚5为输出端，引脚6和4分别为电源和接地，引脚1和8为电压增益设定端，使用时在引脚7和地之间接旁路电容，通常为10微安。 三、PHILIPS 80C51介绍80C51是PHILIPS公司近年来针对ATMEL公司系列单片机，开发出采用可靠的CHMOS工艺技术制造的高性能8位单片机，该系列单片机的基本结构、汇编指令等方面与 MCS-51的CHMOS产品完全兼容。它结合了HMOS的高速和高密度技术及CMOS的低功耗特征，CHMOS电平与TTL电平兼容，又与CMOS电平兼容。它是基于80C51内核架构的派生器件，集成了时钟输出和向上或向下计数器等更多的功能，适合于类似马达控制等应用场合。PHILIPS 公司还可以满足不同的存储器规格需求，可提供从464KB范围的OTP（一次编程）和Flash存储器。 80C51内置8位中央处理单元、256字节内部数据存储器RAM、8K片内程序存储器（ROM）32个双向输入/输出(I/O)口、2个16位定时/计数器和5个两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内时钟振荡电路。此外，80C51采用了静态设计，可提供很宽的操作频率范围（频率可降至0）。可实现两个由软件选择的节电模式：空闲模式和掉电模式。在空闲模式下冻结CPU而RAM定时器、串行口和中断系统维持其功能。掉电模式下，保存RAM数据，时钟振荡停止，同时停止芯片内其它功能，由于设计是静态的，时钟停止但不会丢失用户数据。重新运行可从时钟停止处恢复。80C52有三种封装形式。它与8051其他型号的单片机是兼容的。单片机是把微型计算机的主要部分集成在一个芯片上的单芯片微型计算机。它的结构和指令都是按照工业要求设计的，也称为微控制器。PHILIPS系列单片机的结构原理图如图3.0所示： 图3.0 80C51系列单片机的基本原理 图3、1 80C51 proteus图 3.1 80C51内部方式时钟电路： 如图3.2所示为PHILIPS 80C51 单片机的振荡电路，XTAL1端和XTAL2端将晶振、电容C1和C2与内部的反相放大器连接起来组成并联谐振电路，图中C1、C2取30皮法，对频率有微调作用，振荡频率范围在212MHz，一般常用6MHz或12MHz。 （1）XTAL1:片内振荡反相放大器的输入端和内部时钟工作的输入端。采用内部振荡器时，它接外部石英晶体和微调电容的一个引脚。（2）XTAL2:片内振荡器反相放大器的输出端，接外部石英晶体和微调电容的另一端。采用外部振荡器时，该引脚悬空。3.2 80C51控制线 80C51单片机的控制线有以下几种：（1）RST:复位输入端，高电平有效。（2）ALE/PROG:地址锁存允许/编程线。（3）PSEN:外部程序存储器的读选通线。（4）EA/Vpp:片外ROM允许访问端/编程电源端。3.2.I/O接口组成 （32根I/O接口线）及功能:I/O接口8051单片机对外部电路进行控制或交换信息都是通过I/O接口进行的。单片机的I/O接口分为并行I/O接口和串行I/O接口，它们的结构和作用并不相同。（1） 并行I/O接口：80C51有4个8位并行双向I/O接口（P0接口、P1接口、P2接口、P3接口），每一条I/O接口都能独立的用作输入或输出.接口为准双向接口（在用作输入线时，接口锁存器7必须先写入“1”，故称为准双向接口），负载能力为4个LSTTL电路。（2） 串行I/O接口：8051有一个全双工的可编程串行I/O接口，实现单片机与其他数据设备之间的串行数据传递。该串行接口的功能较强，即可作为全双工异步通讯收发器使用，也可作为同步移位器使用。 a：P0接口:P0接口有8条接口线（P0.00.7），其中P0.0为低位，P0.7为高位。它由一个输出锁存器、两个三态缓冲器、输出驱动电路和输出控制电路组成。P0接口是一个三态双向I/O接口，它有两种不同的功能，用于不同的工作环境 b：P1接口：P1接口有8条接口线（P1.01.7）。P1接口是一个准双相接口，只作普通的I/O接口使用，其功能与P0接口的第一功能相同。做输出口使用时，由于其内部有上拉电阻，所以不需外接上拉电阻；作输入口使用时，必须先向锁存器写入“1”，使场效应管T截止，然后才能读取数据。c：P2接口：P2接口有8条接口线（P2.02.7）.P2接口也是一个准双向接口，它有两种使用功能，一种是系统不扩展外部存储器时，作为普通I/O接口使用，其功能和原理与P0接口 的第一功能相同，只是作为输出口时不需外接上拉电阻；另一种是当系统外扩存储器时，P2接口作为系统扩展的地址总线接口使用，输出高8位的地址A815，与P0接口第二功能上岁数出的底8位地址相配合，共同访问外部程序或数据存储器（64KB），但它只确定地址并不能像P0接口那样还可以传送存储器的读写数据d：P3接口：P3接口有8条接口线，命名为P1.03.7 。P3接口是一个多用途的准双向接口。第一功能是作为普通I/O接口使用，其功能和原理与P1接口相同。第二功能是作为控制和特殊功能接口使用，这时8条接口线所定义的功能各不相同。（3）I/O接口的读写：P03接口都可作为普通I/O接口来使用。当作为输入口使用时，必须先向该接口的锁存器中写入“1”，然后再从读引脚缓冲器中读入引脚状态，这样的读入结果才正确。PHILIPS 80C51单片机的主要特性： 1）16位定时/计数器。 2）布尔处理器。 3）全静态操作。 4）存储器寻址能力：64KBFlash/OTP和64KB RAM。5）电源控制模式：时钟可停止和恢复、空闲模式、掉电模式。6）兼容CMOS和TTL电平。7）温度范围宽。8）双数据指针。9）两个DPTR寄存器。10）程序保密位。11）4个中断优先级。12）多个中断源。13）4个八位I/O口。14）全双工增强UART：帧数据错误检测、自动地址识别。15异步端口复位。16）外部中断能唤醒掉电模式。四、硬件系统设计 4.1 元 件 发射端需要的元器件有AT80C52、10微电感一只、12VA23电池一节、常开按钮一个、部分阻容元件，LM384功放，电容，无线电模块nRF2401，电阻,晶振。 4.2 原理图（见附录）发射信号高频振荡稳频调制震荡推挽功放选频整形信号放大解调接收信号按下开关 图4.2 无线电收发射原理图 4.3 连 线 1.把“单片机系统”区域中的P1.0端口用导线连接到“音频放大模块”区域中的SPK IN端口上； 2 在“音频放大模块”区域中的SPK OUT端口上接上一个8欧或者是16欧的喇叭； 3 把“单片机系统”区域中的P3.7/RD端口用导线连接到“独立式键盘”区域中的SP1端口上；五、软件系统设计 5.1 程序设计方法 1） 我们用单片机实定时/计数器T0来产生700HZ和500HZ的频率，根据定时/计时器T0，我们取定时250us，因此，700HZ的频率要经过3次250us的定时，而500HZ的频率要经过4次250us的定时。 （2） 在设计过程，只有当按下SP1之后，才启动T0开始工作，当T0工作完毕，回到最初状态。 （3） “叮”和“咚”声音各占用0.5秒，因此定时/计数器T0要完成0.5秒的定时，对于以250us为基准定时2000次才可以。 5.2 程序时序图 图5.1 5.3 汇编源程序 T5HZ EQU 30HT7HZ EQU 31HT05SA EQU 32HT05SB EQU 33HFLAG BIT 00HSTOP BIT 01HSP1 BIT P3.7ORG 0000HLJMP STARTORG 000BHLJMP INT_T0START: MOV TMOD,#02HMOV TH0,#06HMOV TL0,#06HSETB ET0SETB EANSP: JB SP1,NSPLCALL DELY10MSJB SP1,NSPSETB TR0MOV T5HZ,#00HMOV T7HZ,#00HMOV T05SA,#00HMOV T05SB,#00HCLR FLAGCLR STOPJNB STOP,$LJMP NSPDELY10MS: MOV R6,#20D1: MOV R7,#248DJNZ R7,$DJNZ R6,D1RETINT_T0: INC T05SAMOV A,T05SACJNE A,#100,NEXTMOV T05SA,#00HINC T05SBMOV A,T05SBCJNE A,#20,NEXTMOV T05SB,#00HJB FLAG,STPCPL FLAGLJMP NEXTSTP: SETB STOPCLR TR0LJMP DONENEXT: JB FLAG,S5HZINC T7HZMOV A,T7HZCJNE A,#03H,DONEMOV T7HZ,#00HCPL P1.0LJMP DONES5HZ: INC T5HZMOV A,T5HZCJNE A,#04H,DONEMOV T5HZ,#00HCPL P1.0LJMP DONEDONE: RETIEND六、系统调试6.1在模拟上供电 本设计中，主要用两种值的电压，即输入的12V和供单片机及相关电路工作的5V电压。将输入电压接入后，测量80c52输出2端电压，正常时应为5V左右，由于集成电路内部具有过流保护功能，因此若电路制作中有短路等故障时，输出电压变为0，此时应马上断电，否则容易损坏稳压器件。当测得输入电压为12V和三端稳压输出端为5V左右时，说明供电电路工作正常。6.2.音频电路调试将这部分电路制作完成后，用手捏一螺丝力的金属部分去碰LM386的第3脚，正常时可听到扬声器中发出的“吱、吱”声。这此说明音频部分电路工作都正常。6.3.无线信号接收电路的调试将无线信号接收电路安装完成后便可进行调试。将发射器的地址编码和接收器的地址编成一致，通电后一边测量无线接收模块的信号输出端对地电压值，正常时在没有按遥控器时，所测的电压为随机变化值，且不稳定，当按下遥控器时，输出电压为一个较为稳定的1.2V左右的直流电压，若测得的电压符合上述变化，说明无线接收模块工作正常。完成这步测试后，接下来可测量解码电路的工作情况。用万用表测量80C51第2脚对地电压，没有按遥控器时，输出电压为0，当按下遥控器后，输出一个大于4V的有效电压，说明解码电路工作正常。按下发射器的按钮，观察接收器是否发出声响，如有声音，设计成功。 结 论由于采用了PHILIPS 80C51芯片，使得该系统的功能扩展比较方便我们将发射器发送的数据进行编码，只有收到与接收机配套的遥控器发射的信号时，接收机才会做出反应。里面用到的无线模块是是nRF2401。它将射频、外围元件、电感和滤波器全部集成到单芯片中。信号的调制与解调在通信系统中具有重要的作用，调制过程是一个频谱搬移的过程，它是将低频信号的频谱搬移到载频位置。解调是调制的逆过程，既是将已调制的信号还原成原始基带信号的过程。性能稳定，遥控距离远，功耗低等特点。但随着微电子技术、无线技术和网络技术的飞速发展以及人们生活水平的大幅度提高，无线电门铃将满足不了人们的生活需要，随着数字智能化