电子系统课程设计基于52的无线收发系统

1、物理与机电工程学院课程设计报告课程名称： 电子系统课程设计 系 部： 物理与机电工程学院 专业班级： 电子信息工程08级 学生姓名： 学 号： 指导教师： 完成时间： 2011年10月25日 报告成绩： 评阅意见： 评阅教师 日期 基于52的无线收发系统物理与机电工程学院 电子信息工程学号：* 姓名：* 指导老师：*【摘 要】在我们的日常生活学习与工作当中，经常需要两个设备终端之间进行通信，但是设备一多造成使用导线也多，使我们的环境变得非常的杂乱，设备的移动也受到了限制，无线通信不再因使身边一大堆的线路显得杂乱无章，两个通信设备在一定范围内能随意移动。本次设计使用挪威nordic semico

2、nductor公司的无线收发芯片nrf2401，它把射频收发电路集成在一块芯片上，可在2.4ghz一2.50ghz频段范围内可靠通信，以宏晶科技生产的stc89c52为主控对他进行控制，并增加达拉斯公司的单总线式数字温度传感器ds18b20进行温度信息采集，用数码管和lcd1602分别作为两个终端的显示部分以及按键对其控制实现人机交互。【关键词】 无线通信 温度采集 目录一 设计总体思路，基本原理和框图.4二 单元电路设计.4三 总电路图及元器件清单.6四 安装与调试步骤.8五 故障分析与改进.9六 功能测试与分析.9七 结论与心得体会.9八 程序流程图与代码10九 参考文献24一、设计总体思

3、路、基本原理和框图总体框图如下图所示mcua独立键盘温度采集无线收发模块a液晶显示器数码管显示无线收发模块bmcub电磁波根据设计思路本次设计可分为a、b两个系统模块，互为主从机，甲乙可以双向通信。实现如下功能1、 甲可以显示时钟和由乙采集到的温度信息，可以向乙发送命令，使乙当前显示的是温度还是时钟。2、 乙可以按甲的命令显示时钟（与甲时钟需同步）或者温度信息，当乙接受了甲的命令时指示灯闪烁一次。3、 以上的信息传递及显示都是为了证明系统收发信息的有效性，不突出本系统实际应用。系统中主要有mcu、液晶显示、数码管显示、独立按键、温度采集、无线收发等单元。其中mcu为各单元的控制中心，无线收发模

4、块是实现两机通信的终端，显示部分用来观察系统工作状态及无线通信的成功与否。二、单元设计电路1主控mcu单元主控mcu如图1所示，a、b都采用stc89c52为主控mcu，晶振频率为12.0m，c3（10uf），r1（10k）组成上电复位电路。 图12液晶显示单元液晶显示模块如图2所示，采用字符型液晶1602，其具有操作简单显示字符多特点，并接r0（104）进行对比度调节，p0为数据接口，p2.0，p2.1，p3.2为控制线。 图2 图3 图43数码管显示单元如图3所示，数码管采用四位一体的共阴数码管，由于单片机的i/o输出电流较小，故采用三极管进行放大驱动，当位选为高时三极管饱和导通，对应位的

5、数码管选中。4独立按键单元如图4，独立按键用来对系统工作控制，例如调时间，发命令等作用。5温度采集单元温度采集单元采用达拉斯公司生产的数字温度传感器ds18b20进行数据采集，其采用单总线数据传输，具有硬件简单的优势，而且数据采集周期短，精度高，量程大，可以达到室温计的要求，其数据总线与p2.5相接。6无线收发单元无线收发单元采用2.4ghz单片高速2mbps无线收发芯片nrf24l01，nrf2401是挪威nordic semiconductor公司的产品，它把射频收发电路集成在一块芯片上，可以用mcu模拟spi通信协议实现数字传输。通过编程，nrf2401芯片的射频工作频率和输出信号的功率

6、等参量可以非常方便地调节。无线收发芯片nrf2401具有以下功能： 125个工作频道，工作频道之间的转换时间小于200us 无线通信数据具有地址检测和循环冗余(cyclicredundancy check,，crc)检查。 信号的调制方式为频移键控(fsk) 最大数据传输速率1mbps 最大输出功率0db 独特的shock burst tm射频信号发射模式。该模式降低平均发射功率，降低对微控制器数据传输速率的要求。 接收灵敏度93dbm。 独特的duoceivert“接收模式。该模式支持两个不同工作频道的信号同时接收。 工作电压范围：1.9v一3.6v；具有正常、旁路和掉电3种供电模式。 图5

7、三、总电路图及元件清单1、总原理图如图6所示图62、pcb图如图7所示图73、元器件清单元件名称主要参数数量元件名称主要参数数量lcd16021个电解电容0.1uf2个mcustc89c522个10uf6个47uf2个芯片座dip402个瓷片电容30pf4个lm11173.3v2个1044个晶振12.0m2个定值电阻10k4个数码管四位共阴1个1k20个按键6个2208个三极管90134个排针3排电位器1041个排插1排无线模块8脚2块温度传感器ds18b201个四、安装与调试步骤印制正确的电路板，打好孔，先将比较矮的元器件焊上，不耐温的选择在最后焊接，芯片先放管座，逐个管脚焊接，整个板焊好后

8、才把芯片插上，液晶先插排针，也要等到整个板焊接好后才插上，晶振、蜂鸣器和传感器元件先焊圆柱排孔，在插上，不要直接焊接，以免焊接时损坏，焊接时一定要按正确的方式焊接以避免虚焊，焊好了后下载程序，接通电源，触摸芯片看看是否发热，调整液晶的对比度，然后对照任务书，看能不能达到任务书所要求的性能，如不能达到检查电路以及程序。安装后如图8所示。图8五、故障分析与改进在一开始刚下进程序时并没用达到想象中的效果，a机的液晶屏不显示数据，只有背光亮，于是我就调节了对比度，调节过程中还是不会显示数据，只是在液晶上显示出一些黑格，每个字符都是全黑，可以知道硬件出问题了，特别是液晶模块部分，于是我就开始用万用表检查

9、是否短路和断路，在液晶部分有个地方布线比较密集，而且线比较细，是最容易发生断路和短路的地方，检查之后还是没查出问题，于是再去检查别的还是没出来，最后还是回到液晶部分，终于发现有个管脚虚焊了，于是对每个排针加固了一遍，再次上电便达到了想要的效果，液晶显示出了文字，然后再测试按键，还好比较顺利，a机的硬件部分算是完成了，再测试b机，开始数码管有一个段不亮，对其焊点加固之后就亮了，加上温度测试程序，硬件也算是完成，最后是繁琐的软件调试，由于有两个模块，同时对其调试特别麻烦，一开始只能单方向通信，很久后才发现地址配置有问题，最后终于成功了，系统一切工作正常。六、功能测试与分析（1）下面是所设计的功能列

10、表1、按s1，a机向b机发送命令，使b显示温度，并且发回当前温度值给a机显示出来。2、按s2，a机向b机发送命令，使b显示时钟，并且和a机同步。3、s3，s4，s5配合调整时钟、万年历，s3为调节位置选择按键，s4为数值加按键，s5为数值减按键，万年历支持闰年自动调整。4、按s6，a机显示的温度随b机变化而变化，再次按s6，停止这项功能。（2）实际功能进行测试 上电之后，a机显示万年历时钟，不显示温度，b机显示时钟，但是与a机不同；按s2，b机便显示与a机同步的时钟；再按s1，b机显示当前温度，并发一次当前温度信息给a机显示；按s6，b机不停的给a机发温度信息并实时显示；调节s3、s4、s5可

11、正确调节万年历与时钟。七、结论与心得体会从开始设计到设计结束花了两个星期的时间，前一周主要是设计方案、画板制板，第二个星期开始做程序部分，虽然程序不太长，但是经验少、水平有限，在这个上面还是花了不少的时间，加上硬件做的也有点问题，在联调的时候比较麻烦。通过这次设计能使我学到很多的东西，提高了硬件电路设计的能力、程序设计的能力以及调试的能力。硬件设计要有很多的基础知识，电路基础、模电、数电、单片机、protel等，这都是我们之前学过的专业基础课，这次设计我们都用上了，使我们对之前学过的知识进行应用及巩固；程序设计使用c语言，学单片机之前不懂得c学来有什么用，只知道要应付考试，现在懂得了c的重要性

12、，而且还要学会结合实际的硬件进行软硬结合编程；最后调试可以说是最难的一个步骤了，是最考验一个人的耐性的时候，由于做板的工艺条件不是很好，一旦出问题，要一个一个模块的去检查，硬件检查完了还要检查程序，这个是在书本上学不到的，只有自己去经历、去做才会领悟到这些东西，总结出一些经验，以后可以利用自己之前的经验去解决问题，做多了自然就会掌握很多的调试技巧。作品调试出来后会有很大的成就感，使自己更喜欢做这些事情。经过这次设计，虽然我们很忙，感觉非常的累，头脑总是处于疲劳状态，但是我觉得很值得，因为我学到了很多东西，很多在平常学不到的在这次设计中我学到了。这次设计比之前的实训更有成就感，这次做出来的作品相

13、比以前更加的智能化，不会像以前做的那么的单调，无趣。通过这次使我更加喜欢了这个专业，对这些东西增加了兴趣，对我以后的学习增加了动力，我将会更加的努力，学习好这个专业领域的更多的知识，为以后的工作铺路。八、程序流程图与代码（1）流程图a机流程图液晶初始化主程序开始无线模块初始化结束timer0中断开始结束定时器0初始化按键扫描时钟更新发送温度信息中断返回判断中断标志sendflag为1?接收中断开始读取接收到的数据更新液晶显示y中断返回结束nb机流程图led闪烁读取一次温度信息主程序开始无线模块初始化结束timer0中断开始结束定时器0初始化数码管扫描时钟更新中断返回判断中断标志rcv为1?接收

14、中断开始读取接收到的数据判断接收到的命令置位rcv结束ny显示时钟并与a机同步显示温度发回温度信息（2）程序代码a机代码#include <reg52.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned int/*nrf24l01端口定义*sbit miso=p35;sbit mosi=p33;sbitsck =p36;sbitce =p37;sbitcsn=p34;/*按键*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 发送地址的宽度#define rx_adr_width 5 / 5 uints rx address width 接收地址的宽度#define tx_pload_width 4 / 4 uints tx payload 发送数据宽度#define rx_pload_width 4 / 4 uints rx payloaduchar const a_adrtx_adr_width= 0x34,0x

16、43,0x10,0x10,0x01;/a机地址uchar const b_adrrx_adr_width= 0x34,0x43,0x10,0x10,0x02;/b机地址/*nrf24l01寄存器指令*#define read_reg 0x00 / 读寄存器指令#define write_reg 0x20 / 写寄存器指令#define rd_rx_pload 0x61 / 读取接收数据指令#define wr_tx_pload 0xa0 / 写待发数据指令#define flush_tx 0xe1 / 清除发送 fifo指令#define flush_rx 0xe2 / 清除接收 fifo指令

17、#define reuse_tx_pl 0xe3 / 定义重复装载数据指令#define nop 0xff / 保留/*spi(nrf24l01)寄存器地址*#define config 0x00 / 配置收发状态，crc校验模式以及收发状态响应方式#define en_aa 0x01 / 自动应答功能设置#define en_rxaddr 0x02 / 可用信道设置#define setup_aw 0x03 / 收发地址宽度设置#define setup_retr 0x04 / 自动重发功能设置#define rf_ch 0x05 / 工作频率设置#define rf_setup 0x06

18、/ 发射速率、功耗功能设置#define status 0x07 / 状态寄存器#define observe_tx 0x08 / 发送监测功能#define cd 0x09 / 地址检测 #define rx_addr_p0 0x0a / 频道0接收数据地址#define rx_addr_p1 0x0b / 频道1接收数据地址#define rx_addr_p2 0x0c / 频道2接收数据地址#define rx_addr_p3 0x0d / 频道3接收数据地址#define rx_addr_p4 0x0e / 频道4接收数据地址#define rx_addr_p5 0x0f / 频道5接

19、收数据地址#define tx_addr 0x10 / 发送地址寄存器#define rx_pw_p0 0x11 / 接收频道0接收数据长度#define rx_pw_p1 0x12 / 接收频道0接收数据长度#define rx_pw_p2 0x13 / 接收频道0接收数据长度#define rx_pw_p3 0x14 / 接收频道0接收数据长度#define rx_pw_p4 0x15 / 接收频道0接收数据长度#define rx_pw_p5 0x16 / 接收频道0接收数据长度#define fifo_status 0x17 / fifo栈入栈出状态寄存器设置/*uchar bdata

20、 sta; /状态标志sbitrx_dr=sta6;sbittx_ds=sta5;sbitmax_rt=sta4;uchar code table="0123456789.-c:" /写液晶对应ascll码/*/*延时函数/*/*延时x毫秒*/void delayms(uint x) uchar y; for(;x>0;x-) for(y=111;y>0;y-); void write_com(uchar com) /向液晶写指令函数 lcdrs=0;p0=com;delayms(1);lcden=1;delayms(1);lcden=0;void write_

21、data(uchar date) /向液晶写数据函数lcdrs=1;p0=date;delayms(1);lcden=1;delayms(1);lcden=0; void init() /液晶初始化函数 lcdrw=0;lcden=0;write_com(0x38);write_com(0x0c);write_com(0x06);write_com(0x01);/*/*函数：uint spi_rw(uint uchar)/*功能：nrf24l01的spi读写时序/*/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.上升沿给出数据date |= miso; / capture current miso bitsck = 0; / .then set sck low again 下降沿读回数据 return(date); / return read date/*/*函数：uchar s

23、pi_read(uchar reg)/*功能：nrf24l01的spi读时序 reg为寄存器地址/*/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写寄存器函数/*/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/*/*函数：uint spi_read_buf(uchar reg, uchar *pbuf, uchar uchars)/*功能: 用于读数据，reg：为寄存器地址

25、，pbuf：为待读出数据地址，uchars：读出数据的个数/*/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/*/*函数：uint spi_write_buf(uchar reg, uchar *pbuf, uchar uchars)/*功能: 用于写数据：为寄存器地址，pbuf：为待写入数据地址，uchars：写入数据的个数/*/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; /关闭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); / 写本地地址spi_write_buf(write_reg + rx_addr_p0, b_adr, rx_adr_width); / 写接收端地址spi_rw_reg(write_reg +

28、en_aa, 0x01); / 频道0自动ack应答允许spi_rw_reg(write_reg + en_rxaddr, 0x01); / 允许接收地址只有频道0，如果需要多频道可以参考page21 spi_rw_reg(write_reg + rf_ch, 0); / 设置信道工作为2.4ghz，收发必须一致spi_rw_reg(write_reg + rx_pw_p0, rx_pload_width); /设置接收数据长度，本次设置为32字节spi_rw_reg(write_reg + rf_setup, 0x07); /设置发射速率为1mhz，发射功率为最大值0db/*/*函数：voi

29、d nrf24l01_txpacket(unsigned char * tx_buf)/*功能：发送 tx_buf中数据/*/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); / 装载接收端地址 此时是接受应答信号spi_write_buf(wr_tx_pload, tx_buf, tx_pload_width); / 装载数据spi_rw_reg(write_reg + config, 0x3e);

30、 / irq收发完成中断响应，16位crc，主发送ce=1; /置高ce，激发数据发送delayms(1); / 大于10us/*/*函数：void setrx_mode(void)/*功能：数据接收配置 /*/void setrx_mode(void)ce=0;spi_rw_reg(write_reg + config, 0x3f); / irq收发完成中断响应，16位crc，主接收 spi_write_buf(write_reg + rx_addr_p0, b_adr, rx_adr_width); / 写接收端地址ce = 1; delayms(1);/大于130us/*中断与定时器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; /触发方式为负跳变触发ex0 = 1;uchar hour=23,min=59,sec=50,month=10,day=28; uint year=2011;/*主函数*uchar txbuf4=0; / uchar rxbuf4=0;uchar rcv = 0;uchar bai,shi,ge,run;uchar weizhi=0,sendflag=0;/*中断处理*/void n

32、rf24l01_int(void) interrupt 0 /中断说明有数据接收到或其他中断源 ex0=0;sta=spi_read(status);/ 读取状态寄存其来判断数据接收状况if(rx_dr) /接收到数据 ce = 0; / 进入待机模式读数据spi_read_buf(rd_rx_pload,rxbuf,tx_pload_width);/ read receive payload from rx_fifo buffer spi_rw_reg(write_reg+status,sta);/清除中断标志 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