基于nRF24E1的无线耳机电路的设计（发射电路设计）[附图+程序]

1、淘宝爱 cool 衣店欢迎您 http:/ 毕 业 设 计 题目：题目：基于 nrf24e1 的无线耳机电路的设计（发射电路设计） 学学 生：生： 学学 号：号： 院院 （系）：（系）： 电气与信息工程学院 专专 业：业： 电子信息科学与技术 指导教师：指导教师： 年年 月月 日日 欢迎下载计算机/单片/机械范文网()文档. 今日已上传 64 份范文 站长 qq: 844511071 基于 nrf24e1 无线耳机电路的设计（发射电路的设计） 摘 要 近年来随着科技的不断发展，单片机的应用也不断的走向深入，从而带动了蓝牙 技术的日新月异更新。低功耗、微型化是当前无线通信产品尤其是便携产品的迫切

2、要 求，因而更多的蓝牙产品越来越受到人们的欢迎。 本文从应用的角度出发，详细的介绍了一种基于单片无线收发芯片 nrf24e1 的设 计与应用，阐述了 nrf24e1 的主要特点，硬件结构，应用电路以及软件控制方面的知 识。本课题设计一种工作在 2.4ghz ism 频段的无线耳机发射机的设计方案。该方案主 要采用 nordic 公司最新推出的射频芯片 nrf24e1，设计一种近距离，低功耗的无线耳 机发射系统，可应用于 cd 无线耳机,无线音响，mp3 无线耳机，无线音频下载等系统 中。 关键字关键字：nrf24e1，无线耳机，蓝牙，无线通信，发射电路 欢迎下载计算机/单片/机械范文网()文档

3、. 今日已上传 64 份范文 站长 qq: 844511071 计算机毕业设计购买 www.lunwendz.com 工科毕业设计代做:www.lunwen168.net 开题:www.ktjia.com design of circuit wireless headphone based on nrf24e1(launch circuit) abstract along with the technical unceasing development, the monolithic integrated circuit application also unceasing trend was

4、 in recent years thorough, thus led the blue tooth technology to change with each new day the renewal. the low power loss, the microminiaturization are the current wireless correspondence product then takes along the product in particular the urgent need, thus the more blue teeth product more and mo

5、re receives peoples welcome. this article embarks from the application angle, the detailed introduction one kind based on the monolithic wireless receiving and dispatching chip nrf24e1 design and the application, elaborated the nrf24e1 main characteristic, the hardware architecture, applies the elec

6、tric circuit as well as the software control aspect knowledge .this topic designs one kind of work in 2.4ghz the ism frequency band wireless earphone transmitter design proposal. this plan mainly uses nordic corporation newest promoted radio frequency chip nrf24e1,designs one kind of near distance,

7、the low power loss wireless earphone launching system, may apply to c the d wireless earphone wireless sound,mp3 wireless earphones, system and so on wireless in audio frequency downloading. key words: nrf24e1，wireless earphone，blue tooth，wireless correspondence， transmission circuit 欢迎下载计算机/单片/机械范文

8、网()文档. 今日已上传 64 份范文 站长 qq: 844511071 目 录 摘 要.i abstract.ii 1 绪 论.1 1.1 课题的意义.1 1.2 设计方案.1 1.3 无线耳机的简介.1 1.4 国内外发展状况.2 2 nrf24e1 模块的特性.3 2.1 nrf24e1 芯片简介.3 2.2 nrf24e1 的主要特性.3 2.3 nrf24e1 的外部引脚排列图.3 2.4 nrf24e1 个引脚的功能.4 2.5nrf24e1 的内部结构.6 2.5.1 微处理器.7 2.5.2 pwm 和 spi 接口.7 2.5.3 rtc 唤醒定时器、wtd 和 rc 振荡器

9、.7 2.5.4 a/d 转换器.8 2.5.5 无线收发器.8 2.5.6 端口逻辑.8 2.6 扩展芯片 eeprom25320 简介.8 3 硬件电路的设计.10 3.1 硬件电路概述.10 3.2 nrf24e1 的硬件特性.10 3.2.1 radio 口介绍.10 3.2.2 收发方式.11 3.2.3 器件配置.13 3.3 发射系统的基本模块.15 3.4 无线发射模块.15 3.5 天线电路的设计.16 3.6 扩展电路.17 3.7 音频信号的滤波与放大电路.17 3.8 利用 nrf24e1 来设计电路.18 欢迎下载计算机/单片/机械范文网()文档. 今日已上传 64

10、份范文 站长 qq: 844511071 计算机毕业设计购买 www.lunwendz.com 工科毕业设计代做:www.lunwen168.net 开题:www.ktjia.com 3.9 整体的硬件电路图.19 4 软件部分设计.21 4.1 软件设计概述.21 4.2 无线数据包格式和收发器配置字.21 4.3 nrf24e1 之间的通信协议.22 4.4 软件控制.22 4.5 数据包描述.24 4.6 nrf24e1 的程序存储控制.24 4.7 应用中的程序.25 5 设计总结.28 5.1 设计小结.28 5.2 前景展望.28 致 谢.29 参 考 文 献.30 附录原程序代码

11、.31 欢迎下载计算机/单片/机械范文网()文档. 今日已上传 64 份范文 站长 qq: 844511071 计算机毕业设计购买 www.lunwendz.com 工科毕业设计代做:www.lunwen168.net 开题:www.ktjia.com 1 绪 论 1.1 课题的意义 本课题设计一种工作在 2.4ghz ism 频段的无线耳机发射机的设计方案。该方案 主要采用 nordic 公司最新推出的射频芯片 nrf24e1，设计一种近距离，低功耗的无线 耳机发射系统，可应用于 cd 无线耳机，无线音响，mp3 无线耳机，无线音频下载等 系统中。通过本次设计，掌握无线收发电路的基本原理和设

12、方案，掌握 nrf24e1 芯片 的基本功能和应用,具有初步的产品开发能力，并且了解蓝牙技术的基本原理。 1.2 设计方案 本系统采用通用的 2.4ghz ism 频段，输出功率为 1mw 且带外辐射较小，无需申 请频率许可证。此外，选择 2.4ghz 频段的另外一个优点是波长较短，天线的尺寸较小， 可以缩小系统的体积，甚至可以将天线设计在 pcb 板上实现天线内置，这样可以同时 降低系统的成本。 rf 收/发器芯片选择 nordic 公司的 nrf24e1，其最大的特点就是可以满足低功耗 和小型化的要求。该芯片体积小、外围器件少、易于设计和调试；内嵌兼容 8051 的微 处理器，指令周期从标

13、准的 1248 个时钟周期缩短到 420 个时钟周期，xram 数据 存取采用双指针，提高了 cpu 的处理和运算速度。采用 16mhz 的晶体可同时为 cpu 和收发单元内部频率合成器提供参考时钟，节省了印制板的空间，缩小了系统的体积。 该芯片提供 power down 模式。此工作模式下 cpu 处理中止、时钟和电源整流电 路关闭，rf 收/发单元停止工作，整个芯片内部只有 rc 振荡器、看门狗和 rtc 定时 器工作，系统电流损耗只有 2ua，只有外部中断和看门狗复位才能使系统退出省电模 式。该芯片还有着合理的通信协议，软件易于控制。 综上所述，由于 nrf24e1 芯片有着众多的优点，

14、完全满足设计的需要，所以我 们采用 nrf24e1 为核心元件进行本次无线耳机发射系统的设计。 1.3 无线耳机的简介 随着社会的不断发展，科技在不断的进步，越来越多的电子产品正融入人们的生 活，耳机这个人们生活中常见的电子产品也正在发生革命性的变化，已经从有线琢步 变成了无线，人们已经慢慢的感受到了无线耳机特有的优点，摆脱线缆的束缚那将为 用户带来革命性的便利，用户甚至可以随意的走动，无需担心线缆的长度或者拉扯到 其它的物品，而这样就真正的把用户从固定的地方解脱出来，去融入整个环境。 无线耳机是由主机和接收机两部分组成，用主机把多媒体声音，用广播方式发射 出去，再用接收在 30 米之内范围可

15、清楚收听到主机发出的声音，不受外界的干扰影响。 欢迎下载计算机/单片/机械范文网()文档. 今日已上传 64 份范文 站长 qq: 844511071 无线耳机在日常生活中应用广泛,像手机中的红外传输和蓝牙传输等.只要把主机与电脑 连接，可以在在上网时在网上聊天、娱乐。还可应用于 cd 无线耳机，无线音响， mp3 无线耳机，无线音频下载以及头带式 fm 收音耳机 ，由此可见无线耳机有着广阔 的应用场合，给人们的生活带来了越来越多的方便，所以开发它有着广阔的市场前景。 1.4 国内外发展状况 1998 年 5 月，五家世界著名的大公司爱立信（ericsson） 、诺基亚（nokia） 、 东芝

16、（toshiba） 、国际商用机器公司（ibm）和英特尔（intel）联手推出了蓝牙 (bluetooth)计划。这五家公司包含了两家著名的移动通信制造公司、两家著名的便携式 计算机制造公司和一家在芯片技术和数字信号处理（dsp）技术上领先的公司。 这项计划公布后，迅速得到包括摩托罗拉、朗讯、康柏、西门子、高通、 3com、tdk 等大公司在内的许多厂商的支持和采纳。第一批应用“蓝牙”技术装备的产 品，包括手机、电话机和便携式计算机等，在 1999 年的年底纷纷出台。 现在蓝牙技术的发展显然已经超出了当初的设想，一整套的蓝牙系统可以用一个 手机控制家中的任何电器，包括加上了“蓝牙卡片”的门窗。

17、目前爱立信已经宣布了移 动电话、电话适配器、头戴式受话器(蓝牙耳机)以及 pc 卡等首批商用产品，具有 gprs 功能的爱立信 r520 移动电话已经实现了蓝牙芯片内置，r320 和已经上市的 t28、t36 则可以通过蓝牙电话适配器实现与其他蓝牙设备的“沟通”。 件件众所周知，蓝牙芯片也工作在 2.4ghz 频段，但由于其成本一直居高不下，产品也 很难开发，因此件到目前为止，蓝牙的市场产品还很少。另外，市场也尚未出现非要蓝 牙不可的应用需求，这样，蓝牙的一些市场定位便能够轻易的被其他更专业的产品所 取代，nrf24e1 就是其中很有价格优势和较容易开发的一种，可用来代替一些领域的 蓝牙应用需

18、求。 欢迎下载计算机/单片/机械范文网()文档. 今日已上传 64 份范文 站长 qq: 844511071 计算机毕业设计购买 www.lunwendz.com 工科毕业设计代做:www.lunwen168.net 开题:www.ktjia.com 2 nrf24e1 模块的特性 2.1 nrf24e1 芯片简介 nrf24e1 是北欧集成电路公司（nordic）推出的一款带有 2.4ghz 无线收发器 nrf2401 和增强性 8051 内核的无线发射模块。nrf24e1 是用于各种无线设备的短距离 互联应用场合，工作于 ism（工业，医学和科学）频段。该器件有 125 个频点，能够 实现

19、点对点，点对多点的无线通信，同时可采用改频和跳频来辟免干扰。该芯片内部 有：uart 接口，spi 接口，pwm 输出，内置 rc 振荡器，看门狗和唤醒定时器以及 专门的稳压电路。所有高频元件包括电杆，和振荡器等，全部集成在芯片内部，因此 该芯片集成度非常高，性能稳定，受外界环境的影响很小，并且体积很小，功耗低， 所需外围器件很少，并有很大的价格优势，可代替一些场合的蓝牙应用需求。 2.2 nrf24e1 的主要特性 （1）带有 2.4ghz 无线收发器和内含增强性的 8051 控制器。 （2）可工作在低电压 1.9v3.6 v 下，内有电压调节器。 （3）待机电流可低至 2ua，同时器件还带

20、有唤醒定时器。 （4）采用 0.18um 的 cmos 技术制造。 （5）在比较理想的环境下，其室内传输距离可达 3040 米，室外传输距离可达 100200 米。 （6）灵敏度可达-90dbm，工作温度范围-40+80oc。 （7）100ksps 的 9 路 10 位模数转换器。 （8）最大传输速率可达 1mbit/s,最大发射功率为 0 dbm.。 （9）所需外围器件很少，设计简单。 2.3 nrf24e1 的外部引脚排列图 nrf24e1 采用 36 脚 qfn（6mm6mm）封装，其引脚排列如下图 1 所示： 欢迎下载计算机/单片/机械范文网()文档. 今日已上传 64 份范文 站长

21、qq: 844511071 图 2-1 nrf24e1 外部引脚图 2.4 nrf24e1 个引脚的功能 nrf24e1 有 11 个数字 io 引脚，由 p0 口（di02di09）和 p1 口 （di00、di01、din0）组成，除了 din0 只能用于输入外，其余都是双向引脚，而且 大部分数字 io 有复用功能。 p0 口引脚的复用功能： 引脚 p0.7(dio9) p0.6 p0.5 p0.4 复用功能 pwm t1 t0 int1 引脚 p0.3 p0.2 p0.1 p0.0(dio2) 复用功能 int0 txd rxd gpio 此外，p0 口还有两个控制寄存器 poalt 和

22、 podir。其中 poalt 的控制优先级 高于 podir。设计时可以通过设定 poalt 来决定哪些引脚使用复用功能，没有选用 复用功能的引脚,则为 gpio，而可用 podir 来设置这些 po 口是输入还是输出。 p1 口只有 3 个引脚，可设为 spi 接口或 gpio，nrf24e1 使用 spi 时，只能作为主 机。spi 接口的引脚功能如下： p1.2（dino）：串行数据输入脚； p1.1（din1）：串行数据输出脚； p1.0（dio0）：串行时钟引脚。 欢迎下载计算机/单片/机械范文网()文档. 今日已上传 64 份范文 站长 qq: 844511071 计算机毕业设计

23、购买 www.lunwendz.com 工科毕业设计代做:www.lunwen168.net 开题:www.ktjia.com nrf24e1 带有 9 个模拟输入引脚，其中 ain0ain7 为 adc 的 8 路模拟输入， aref 为 adc 参考电压。此外，该器件还有 2 个天线接口引脚 ant1 和 ant2 以及两 个晶振引脚 xc1 和 xc2。 nrf24e1 必须用高精度的晶振，为了支持 1mbit/s 的传输速率，设计时还必须采用 16mhz 以上的晶振。 nrf24e1 的其它引脚还有 12 个,其中 iref 用于连接外部偏置参考电阻,其余为电源 和接地脚。 详细引脚功

24、能如下表: 表 2-1 nrf24e1 详细引脚功能 引脚符号引脚类型功能 1vdd电源电源电压（1.95.6v ） 2ani0模拟输入adc 输入口 3dvdd2调节电源数字电源电压，必须连接到调节输出 dvdd 4p1.0/t2数字 i/o端口 1 第 0 位/t2 定时器/spi 时钟/dio0 5p1.1数字 i/o端口 1 第 1 位/spi 数据输出/dio1 6p0.0数字 i/o端口 0 第 0 位/eeprom。csn/dio2 7p0.1/rxd数字 i/o端口 0 第 1 位/vart。rxd/dio3 8p0.2/txd数字 i/o端口 0 第 2 位/vart。txd

25、/dio4 9p0.3/int0_n数字 i/o端口 0 第 3 位/int0_n 中断/dio5 10p0.4/int1_n数字 i/o端口 0 第 4 位/int1_n 中断/dio6 11p0.5/t0数字 i/o端口 0 第 5 位/t0 定时器输入/dio7 12p0.6/t1数字 i/o端口 0 第 6 位/ t1 定时器输入/dio8 13p0.7/pwm数字 i/o端口 0 第 7 位/pwm/dio9 14dvdd调节输出数字电压调节输出耦，连接到 dvdd2 15vss电源地0v 16xc2模拟输出连接晶振引脚端 2 17xc1模拟输入连接晶振引脚端 1 18vdd_pa调

26、节输出反对 rf 功放（ant1，ant2）供电 （dc1.8v） 19ant1rf天线接口 1 20ant2rf天线接口 2 21vss_pa电源地0v 22vdd电源电源电压（1.93.6vdc） 23vss电源地0v 欢迎下载计算机/单片/机械范文网()文档. 今日已上传 64 份范文 站长 qq: 844511071 24ain7模拟输入adc 输入 7 25ain6模拟输入adc 输入 6 26ain5模拟输入adc 输入 5 27iref模拟输入连接外部偏置参考电阻 28aref模拟输入adc 参考电压 29ain4模拟输入adc 输入 4 30ain3模拟输入adc 输入 3 3

27、1vss电源地0v 32vdd电源电源电压（1.93.6vdc） 33vss电源地0v 34ain2模拟输入adc 输入 2 35ain1模拟输入adc 输入 1 36p1.2数字输入端口/第 2 位/spi 数据输入/din2 2.5nrf24e1 的内部结构 从芯片的内部结构图可以看出，nrf24e1 内有增强型 8051 内核、无线收发器 nrf2401、9 路 100的 10bit 模数转换器、uart 异步串口、spi 接口、 pwm 输出、振荡器、看门狗和唤醒定时器，此外,nrf24e1 还内置了专门的稳压 电路。 其具体结构如下图所示： nad10100k 10位 100kps

28、a/d转换器 7 通道中断 串口0 定时器0 定时器1 定时器2 8051兼容 cpu nrf24e1 2.4ghz 无线收发器 偏置 xtal 振荡器 电源 管理 调节 复位 端口逻辑 pwm spi看门狗 唤醒定 时器 低功率 rc振荡器 4kb ram 512字 节 rom 256字 节 ram aref ain0 ain1 ain2 ain3 ain4 ain5 ain6 ain7 vdd_pa=1.8v atn2 atn2 vss_pa=0v iref di09 di08 di07 di06 di05 di04 di03 25320eeprom di02 di01 di00 din0

29、 dvdd dvdd2 vdd vss 欢迎下载计算机/单片/机械范文网()文档. 今日已上传 64 份范文 站长 qq: 844511071 计算机毕业设计购买 www.lunwendz.com 工科毕业设计代做:www.lunwen168.net 开题:www.ktjia.com 图 2 -2 nrf24e1 功能模块图 在 nrf24e1 的内部存储空间中，512brom 用于存储引导程序。上电后，它可将 eeprom 中存储的程序下载到 4kb ram 的程序运行空间，另外的 256b ram 为数据 存储器。 各主要部分详细功能如下： 2.5.1 微处理器 nrf24e1 微处理器的

30、指令系统与工业标准 8051 的指令系统相兼容，但两者的指令 执行时间有些不同。通常，nrf24ex 的每条指令执行时间为 420 个时钟周期，而工业 标准 8051 的每条指令为 1248 个时钟周期。nrf24e1 比工业标准 8051 增加了 adc、 spi、 rf 接收器 1、 rf 接收器 2 、唤醒定时器 5 个中断源，以及 3 个与 8052 一样 的定时器。nrf24e1 内含 1 个与 8051 相同的 uart,在传统的异步通信方式下，可用 定时器 1 和定时器 2 作为 uart 的波特率发生器。为了便于和外部 ram 区进行数据 递，nrf24e1 的 cpu 还集成

31、 2 个数据指针。nrf24e1 微控制器的时钟直接来源于晶振。 微处理器中有 256 字节的数据 ram 和 512 字节的 rom。上电复位或软件复位后， 处理器自动执行 rom 中引导区的代码。用户程序通常是在引导区的引导下，从 eeprom 加载到 1 个 4kb 的 ram 中，这个 4kb 的 ram 也可作存储数据用。如果应 用当中不用掩膜 rom(也即内含的 rom),程序代码必须从外部非易失性存储器中加载。 比较常见的是通过 spi 接口扩展型号为 25320 的 eeprom。 为了控制一些标准 8051 没有的功能，nrf24e1 增加了一些特殊功能寄存器，如 radio

32、(p2)、 adccon、adcdatah、adcdatal、adcstatic、pwmcon、pwmduty 等。 其 p0 和 p1 也和标准 8051 有所不同，其它的特殊功能寄存器与标准 8051 相同。 2.5.2 pwm 和 spi 接口 nrf24e1 具有一个可编程控制的 pwm 输出。使用时,通过程序改变 dio9(即 p0.7) 的功能,并可编程决定 pwm 工作于 6 位、7 位或 8 位。 spi(串行外设接口)的 3 个口与 gpio(din0、dio0 和 dio1)和 rf 收发器重用。 spi 硬件不产生任何片选信号，通常用 gpio 的位(p0 口)作为外部

33、spi 设备的片选口。 2.5.3 rtc 唤醒定时器、wtd 和 rc 振荡器 nrf24e1 内有一个低功耗的 rc 振荡器。该振荡器不能禁止,当 vdd1.8v 时，其 连续工作。rtc 和 wtd(看门狗)为 2 个 16 可编程定时器,它们的工作时钟为 rc 振荡 器的 lp_osc。唤醒定时器和看门狗的定时时间约为 300s80ms,默认值为 10ms。唤 欢迎下载计算机/单片/机械范文网()文档. 今日已上传 64 份范文 站长 qq: 844511071 醒定时器由用户软件控制启动和停止。看门狗在复位后被禁止，再次复位后才能被激 活。 2.5.4 a/d 转换器 nrf24e1

34、 内有 9 通道 10 位 adc，线性转换时间为每 10 位 48 个 cpu 指令周期。 a/d 转换器的 9 个输入可通过软件进行选择。通道 07 可以把对应引脚 ain0ain7 上 的电压值转换为数字值，通道 8 用于对 nrf24e1 工作电压的监控。a/d 转换器默认工 作于 10 位方式，可通过软件使其工作于 6 位、8 位或 12 位方式。 2.5.5 无线收发器 nrf24e1 收发器通过内部并行口或内部 spi 口与其它模块进行通信，具有同单片 射频收发器 nrf2401 相同的功能。duoceiver 接收器输出的数据准备信号,可通过程序 使其为微处理器的中断或通过 g

35、pio 口传给 cpu。nrf240 x 工作于全球开放的 2.42.5ghz 频段。收发器由 1 个完整的频率合成器、1 个功率放大器、1 个调节器和 2 个接收器组成。输出功率、频道和其它射频参数可通过对特殊功能寄存器 radio(0 xa0)编程进行控制。发射模式下,射频电流消耗仅为 10.5ma,接收模式下为 18ma。为了节能,可通过程序控制收发器的开/关。 2.5.6 端口逻辑 nrf24e1 有 1 个输入，10 个输出引脚。p0（dio2dio9）和 p1（dio0、dio1、din0）默认配置为 gpio（通用输入输出端口）。多数 gpio 在过 程控制下可复用，这些复用功能

36、包括两个外部中断，uart rxd 和 txd，一个 spi 主 机端口，三个定时器和 pwm 输出。 2.6 扩展芯片 eeprom25320 简介 由于 nrf24e1 只有 512 字节的 rom，所以在应用过程中要用片外扩展存储器， 应用中，当 vdd 上电后，芯片通过 spi 接口自动从片外存储器读取数据到片内 4kb 和 ram 中以便程序运行时使用，eeprom25320 是用来存放程序和数据的。 eeprom25320 外部结构如下图所示： 欢迎下载计算机/单片/机械范文网()文档. 今日已上传 64 份范文 站长 qq: 844511071 计算机毕业设计购买 www.lun

37、wendz.com 工科毕业设计代做:www.lunwen168.net 开题:www.ktjia.com eeprom25320 cs so wp vcc hold sck si vss 1 2 3 4 8 7 6 5 图 2-3 eeprom25320 外部结构图 详细引脚功能如表 2-2 所示： 表 2-2 引脚功能 管脚名称功能 cs （chip select）片选信号 sck （serial data clock）spi 时钟信号 si （serial data input）spi 数据输入 so （serial data output）spi 数据输出 gnd （ ground）地

38、 v cc （power supply）电源 wp （write protect）写保护 hold （suspends serial input）高阻状态（低电平有效） 欢迎下载计算机/单片/机械范文网()文档. 今日已上传 64 份范文 站长 qq: 844511071 计算机毕业设计购买 www.lunwendz.com 工科毕业设计代做:www.lunwen168.net 开题:www.ktjia.com 3 硬件电路的设计 3.1 硬件电路概述 本次设计任务是设计无线耳机的发射系统，让它工作于 2.4ghz 自由频段，工作电 压为 2.03.6 伏，工作距离大于 10 米。可应用于 c

39、d 无线耳机，无线音响，mp3 无线 耳机，无线音频下载等系统中。经过前面一章对 nrf24e1 的介绍，从他的内部结构， 功能特性，软件配置等方面可见能作为本次设计的核心器件，本章将详细的介绍发射 系统的基本模块，nrf24e1 硬件特性，以及用他来设计等硬件电路方面的知识。 3.2 nrf24e1 的硬件特性 3.2.1 radio 口介绍 nrf24e1 收发器的收发任务由 radio 口控制。radio 口使用标准 8051 中的 p2 口地址。由于射频收发器是片内置的，并不是双向工作。为了满足射频收发子系统的 需要，radio 口的默认值与标准 8051 的 p2 默认值也不一样。

40、收发器由特殊功能豁口中的 radio（0a0h）和 spi_ctrl(0b3h)控制。 spi_ctrl=00b 时，spi 没用；spi_ctrl=01b 时，spi 连接到 p1 口；spi_ctrl=10b 时，spi 连到第一个 nrf2401 频道；spi_ctrl=11b 时，spi 连接到第二个 nrf2401 频道。radio 豁口的各个位如图 3-1 所示。在 nrf24e1 头文件中，所定义的各个位的 名字与图 3-1 中一样。 （1）用 spi 口控制收发器 用芯片内嵌的 spi 口控制收发器的操作非常方便。如 rf 配置和 shock burst rx（接收）或 tx（

41、发送）。 （2）复位时 radio 口的状态 复位引脚为高电平时（无论是时钟是否有效），控制 nrf2401 收发子系统的 radio 输出位默认为 radio.3（cs）=0，radio.6（ce）=0，radio.7(pwr_up) =1。程序运行后，保持默认值，直到程序通过 radio 寄存器改变各位的值。 欢迎下载计算机/单片/机械范文网()文档. 今日已上传 64 份范文 站长 qq: 844511071 radio寄存器 读 位 写 7 pwr-up dr2 6 ce clk2 5 clk2 dout2 4 3 cs dir1 2 clk1 1 clk1 data 0 data n

42、rf2401收发器 输入 输出 pwr-up ce dr2 clk2 clk2 dou2 cs dr1 clk1 clk1 data data spi接口 sck sdi sdo 3mux 2mux mux 2mux spi-ctrl 图 3-1收发器接口图 表 3-1 收发器与 spi 口 spi 信号spi_ctrl=10b spi_ctrl=11b cs（高有效）radio_wr.6(ce)用于 shock burst radio_(cs)用于配置 radio_wr.6(ce) scknrf2401/clk1nrf2401/clk2 sdinrf2401/datanrf2401/dout

43、2 sdonrf2401/data未用 shock burst 数据准备 radio_rd.2(dr1)radio_rd.6(dr2) 3.2.2 收发方式 通过 pwr_up、ce 和 cs 三个控制引脚，可以设置 nrf2401 的工作方式。 pwr_up=1，ce=1，cs=0 为收发方式；pwr_up=1，ce=0，cs=1 为配置方式； pwr_up=1，ce=0，cs=0 为空闲方式；pwpwr_up=0 时关机。 （1）shock burst nrf24e1 的 nrf2401 收发子系统的收发方式只有 shock burst。shock burst 的功能 由配置字决定。sho

44、ck burst 技术使用了片内的 fifo（先入先出）堆栈。虽然数据低速 欢迎下载计算机/单片/机械范文网()文档. 今日已上传 64 份范文 站长 qq: 844511071 计算机毕业设计购买 www.lunwendz.com 工科毕业设计代做:www.lunwen168.net 开题:www.ktjia.com 进入，但能高速发送，使能耗减到最低限度。下图为一般无线工作方式与 shock burst 无线方式的区别：当 nrf24e1 发送数据时，需约 10ma 的工作电流，在一般工作模式 下，其发送时间长，耗电大，而在 shock burst 工作方式下，其发送时间短，相应耗电 省。

45、 10ma发送时间 10ma发送时间 shockburst 一般工作模式 204080100 120140160180200220240 60 时间 ms 0 图 3-2 无线工作方式与 shock burst 无线方式的区别 shock burst 发送： cpu 接口引脚为 ce、clk1、data，工作流程如下： cpu 有数据要发送时，把 ce 置高，nrf2401 开始工作。 接收节点地址和有效数据按时序被送到 nrf2401 子系统，可通过应用协议或 cpu 设置，使这个速度小于 1mbps(如 10kbps)。 cpu 把 ce 置低，激活 shock burst 发送。 sho

46、ck burst。 *给 rf 前端供电； *完成 rf 包处理（加前缀，crc 校验）； *数据高速发送（250kbps 或 1mbps，可由用户配置决定）； *发送完成，nrf2401 返回空闲信号。 （2）duo ceiver shock burst 收发方式使 nrf24e1 能够方便地同时接收两个不同频率的频道发送的 数据，并且能够使接收速度达到最大值。这意味着： *nrf24e1 通过一个天线，能够接收两个频率相差 8mhz（8 个频率通道）的 1mbps 发射器（如 nrf24e1、nrf2401 或 nrf2402）发送的数据。 *这两个不同数据频道的数据被分别送到两套不同的接

47、口数据频道 1 为 clk1、data 和 dr1，数据频道 2 为 clk2、dout2 和 dr2。 duo ceiver 技术提供了两个独立、专用于接收的数据频道，而不是采用两个相互独 立的接收器。使用第二个数据频道必须满足要求：第二数据频道的工作频率至少比第 一个频道的工作频率高 8mhz。使用 shock burst 技术，cpu 先取出其中一个数据频道 欢迎下载计算机/单片/机械范文网()文档. 今日已上传 64 份范文 站长 qq: 844511071 中的数据，另一数据频道中的数据等待 cpu 处理完。这样不至于丢失数据；同时，也 降低了对 cpu 性能的要求。 3.2.3 器

48、件配置 在配置方式下，配置字最高可达 18 字节。nrf2401 子系统的配置字通过一个简单 的三线接口（cs、clk1 和 data）送给配置寄存器。 (1) shock burst 的配置 shock burst 方式配置字的作用是使 nrf2401 子系统能够处理 rf 协议。在实际操 作中，一旦完成协议并装入了 nrf2401 子系统，只有 1 字节（bit7:0）的配置字需要 更新。用于 shock burst 的配置字分为如下四块（详见表 2）： *有效数据宽度（data2_w 和 data1_w），指明 rf 包中有效数据的位数，这 使 nrf2401 子系统能够区分接收到数据包

49、中的有效数据和 crc 字节； *地址宽度（addr2 和 addr1），设置 rf 数据包中地址字节所占用的位数，最 高为 40 位，这使 nrf2401 字节系统能够区分地址和有效数据； *接收频道地址（addr_w），即接收数据的目标地址； *crc 配置（crc_l 和 crc_en），crc_l 用于设置 crc 为 8 位或 16 位校验， crc_l=0 为 8 位，crc_l=1 为 16 位，crc_en 使能片内的 crc。 在发送方式，cpu 必须产生与接收数据的 nrf2401 子系统配置相同的地址和有效 数据块。当使用 nrf240 子系统片内的 crc 特性时，注意

50、 crc 是否已经使能，并且注 意在发送器和接收器上使用相同的长度。 (2) 配置字描述 配置字的读取在 clk1 的正边沿时，从 msb（最高位）开始。新的配置从 cs 的 下降沿开始。假如 nrf2401 子系统需要配置为 shock burst 方式，两个接收频道，则在 vdd（芯片电源）上电后，只需 120 位的配置字。在协议、工作方式和接收频道都配 置好后，只需要 1 位（rxen）来切换是接收或发射。在配置字被读取的过程中， msb（最高位）最先被读到寄存器中。默认配置字为： h8e08.1c20.2000.0000.00e7.0000.e721.0f04,共 18 字节，可根据需

51、要进行取舍。 shock burst 数据包的总位数最多不能超过 256 位，可通过式（3-1）计算有效数据 的最大位数。 datax_w(bits)=256-addr_w-crc （3- 1） 其中：addr_w 为配置字中 b32:18所设置的接收地址的长度，8 位40 位； crc 为配置字 b17所设置的校验字，8 位或 16 位。4 位或 8 位前缀是自动加进去的， 不占用数据包的位数。由式（3-1）可知，要想在每个数据包中得到更长的有效数据， 可减少地址和 crc 校验位。 (3) 收发常用的配置 欢迎下载计算机/单片/机械范文网()文档. 今日已上传 64 份范文 站长 qq:

52、844511071 计算机毕业设计购买 www.lunwendz.com 工科毕业设计代做:www.lunwen168.net 开题:www.ktjia.com 在两个接收频道的方式下，nrf24e1 同时接收来自两个不同频率频道的数据。第 一个频道的频率在配置字 b7-1中设置，第二个频道通常比第一个频道的频率高 8mhz。rx2_en(b15)为第二个频道的使能位：rx2_en=0 时，第二个频道不工作； rx2_en=1 时，第二个频道使能。rfdr_sb 为收发速率设置位：rfdr_sb(b13)=0 时，收发速率为 250kbps；rfdr_sb=1 时，收发速率为 1mbps。16

53、mhz 晶振时， 250kbps 的收发灵敏度比 1mbps 的高 10db。xo_f(b12-10)为晶振选择位。 rf_pwr(b9-8)设置 nrf24e1 射频输出功率。 rf_ch#(b7-1)设置 nrf24e1 的工作频率，可通过式（3-2）计算发射频率和频道 1 的接收频率，通过式（3-3）计算频道 2 的接收频率。rxen 为收发切换位。 channel rf=2400mhz+rf_ch#1.0mhz (3-2) channel rf=2400mhz+rf_ch#1.0mhz+8mhz (3-3) 表 3-2 配置字 位域位数 名字 功能 143：12024test保留 11

54、9：112 8data2-w接收频道 2 有效数据的长度 111：104 8data1-w接收频道 1 有效数据的长度 103：64 40 addr2接收频道 2 的地址，最高为 5 字节 63：24 40addr1接收频道 1 的地址，最高为 5 字节 23：18 6addr-w接收频道地址位数 17 1crc-l8 或 16 位 crc shock burst 配置 16 1crc-en使能 crc 校验 15 1rx2-en使能第二频道 14 1cm通信方式设置 13 1rfdr-sb发射数据速率（1mbps 需要 16mhz 晶振） 12：10 3xo-f晶振频率 9：8 2rf-pw

55、r发射输出电源 7：1 7rf-ch#频道设置 常用器件配置 0 1rxen接受或发射操作 欢迎下载计算机/单片/机械范文网()文档. 今日已上传 64 份范文 站长 qq: 844511071 3.3 发射系统的基本模块 调制器上变频带通放大器振荡器 基带信号本振信号 nrf24e1 图 3-3 发射系统的基本模块图 振荡器产生一个信号进入调制器，用基带信号(由晶振产生)进行调制，用的是 pwm(脉冲宽度调制)，两个信号频率进行叠加，产生上变频和下变频，取其上变频将 本振信号载入使其频率变高，但由于是低功耗的，所以要通过放大器将其功率进行放 大，有利于发射，最后再通过带通滤波器保留所需的频率

56、发射出去。除了功率放大和 带通滤波在片外进行,其它的都在 nrf24e1 内部进行，如上图 3-3 详细所示。 3.4 无线发射模块 a/d转换 器 d/a转换 器 8051 mcu rf 前端 rf 前端 8051 mcu a/d转换 器 d/a转换 器 电 话 nrf24e1nrf24e1 图 3-4 无线发射模块 (1)基本原理： nrf24e1 满足无线耳机所需要的性能要求： 内嵌 10 位 a/d 转换器，可用于音频采样和电池监控； 2.4ghz 射频收发器，独特的 shock burst 通信方式； 为 d/a 提供 8 位 pwm 输出。 电池监管更方便，且功耗低，用 120ma

57、h 的电池，可以达到 13 小时的通话时间或 1200 小时的待机时间。 欢迎下载计算机/单片/机械范文网()文档. 今日已上传 64 份范文 站长 qq: 844511071 计算机毕业设计购买 www.lunwendz.com 工科毕业设计代做:www.lunwen168.net 开题:www.ktjia.com 音频的发前过滤、发后过滤和放大必须在片外进行。麦克风作为语音输入设备， 把声波信号转换成模拟信号；扬声器作为语音输出设备，把模拟电信号转换成声波信 号。用 nrf24e1 进行的无线耳机数据传输的基本原理如图 3-4 所示。 （2） a/d 转换 nrf24e1 片内 adc 的

58、采样信号，在不够一个 rf 数据包之前，存储在微控制器 8051 中。采样数据满包后，8051 一边存储下一个新的数据包，一边把已满的数据包转 换到 rf 前端去。在 shock burst 通信方式下，每包为 24 个字节或 3ms 的音频采样信 号。在没有音频信号输入的时候，可以减少输出或只输出很短的状态信息。这样，既 减少数据传输的任务，同时也减少系统功耗。在系统设计时，这种节能方法必须在发 送端实现。 （3） 射频通信 射频连接必须能够保证双向都为 64kb/s 数据速率，并且要求这个连接是全双工的， 即两个收发器能同时工作。由于 shock burst 特性，所有与协议相关的操作都由

59、硬件来 处理。虽然 nrf24e1 使用的是低速的 8051 微控制器，但无线传输速度可达到 1mb/s。 在初始化配置后，nrf24e1 就可对射频收发器进行控制。时隙由采样频率决定 （8khz=125s）。每个时隙，a/d 必须被读取 1 次，pwm 的值也被更新 1 次。主从收 发器在进行数据传送之前必须先同步化（握手）。rf 使用的数据包可定为 248 位（8 位引导信号+16 位 crc+32 位地址+24 字节有用数据），因此，每个数据包含有 24 个 采样信号。为了达到实时要求，必须 3ms 发送 1 次。 （4）d/a 转换 当 rf 前端收到 1 个有效的数据包，微控制器收到

60、 1 个 rf 接收中断时，接收到的 数据包中的有效数据部分可用 rf 前端的 i/o 豁口分离出来，然后，再把分离出的有效 数据部分存储起来作为 pwm 的输出信号。pwm 输出通过 8 位 pwm 引擎来驱动，不 需要微控制器分担处理任务。nrf24e1 中 pwm 调制器的最大载波频率为 64khz，这 个频率易于数据接收后的过滤。 3.5 天线电路的设计 2.4ghz 射频天线设计： 将天线布在板厚 1.6mm,材质 fr4 的印制板上，采用 1/4 波长单极天线。fr4 板 材在 2.4ghz 时电介质常数为 4.4，单极天线的宽度 w=1.5mm，在这些参数给定的情况 下，计算单极