综合电子电路设计及调试教案

1、综合电子电路设计与调试综合电子电路设计与调试面向无线通信的综合电子电路面向无线通信的综合电子电路通信08实验目的实验目的n学习51单片机基本应用系统的设计n学习液晶显示器1602的应用n学习矩阵式键盘的设计和应用n学习温度传感器18B20应用n学习无线收发模块nRF24L01的应用n学习C51软件编程实验内容实验内容 设计和实现面向无线通信的综合电子电路实验，原理框图如下：实验内容实验内容n基本实验内容基本实验内容nLCD液晶显示n键盘阵列扫描及编码n温度传感器的温度采集n数据的无线发送及接收n扩展实验内容扩展实验内容n远程温度LED报警显示n通过继电器控制的各类电器应用n学生自命题的实验内容

2、 基本实验内容为必做部分，扩展实验内容可以引导学生发挥自己的想象力，制作类似家庭网关类的电器控制类应用。本次实本次实验要求完成基本部分，验要求完成基本部分，也就是框图中的无线发射端，实现无线收发数据。实验要求(1) PROTEUS软件仿真方式实现键盘、液晶显示、温度采集(2)制作PROTEL原理图和PCB图(3)两人一组制板、调试、编程(4)实验报告实验安排实验安排n设计任务要求及原理分析 8学时n电路设计与仿真 8学时nPROTEL电路原理图、PCB图绘制 8学时n印刷板制作 4学时n安装焊接 4学时n硬件调试 4学时n软件调试 8学时n综合调试 4学时n相关硬件资料查阅、软件编程及实验报告

3、课外完成 任务安排任务安排n2011.11.14 周一 晚上 n(1)系统介绍、C51介绍n(2)1602液晶显示器介绍n(3)矩阵键盘介绍n(4)18B20温度传感器介绍n(5)PROTEUS软件仿真实现按键、显示和温度采集任务安排任务安排n2011.11.15 周二 上午 n(1) PROTEUS软件仿真实现按键、显示和温度采集n(2)检查仿真功能实现情况检查仿真功能实现情况n(3)用PROTEL制作电路原理图n(4)用PROTEL制作PCB图(小于13*10CM)任务安排任务安排n2011.11.16 周五 上午 n(1)发PCB板和材料n(2)继续用PROTEL制作电路原理图n(3)继

4、续用PROTEL制作PCB图n(4)检查检查PROTEL原理图和原理图和PCB图图任务安排任务安排n2011.11.16 周五 下午 n(1)两人一组制板n(2)焊接电路n(3)测试电路任务安排任务安排n2011.11.16 周五 晚上 n(1)NRF24L01模块介绍n(2)无线实现功能要求说明n2011.11.21 周一 晚上 nNRF24L01无线模块调试任务安排任务安排n2011.11.22 周二 上午 n系统统调n2011.11.23 周三 下午 n作品验收作品验收面向无线通信的综合电子电路面向无线通信的综合电子电路设计要求设计要求n设计基于nRF2401无线模块实现的无线收发系统。

5、通过设置相同的无线地址和频率，实现在两块系统间无线收发温度数据，并从液晶显示器显示出来。n具体要求如下：面向无线通信的综合电子电路面向无线通信的综合电子电路设计要求设计要求n1.通过按键设置无线模块收发地址。可选择默认地址和手动输入地址。手动输入地址5个字节。n2.通过按键设置无线模块工作频率2400Mhz-2525Mhz。n3.通过按键设置接收、发送模式。n4.上述操作液晶需显示提示。面向无线通信的综合电子电路面向无线通信的综合电子电路设计要求设计要求n5.设置完毕，两块分别设置为接收和发送模式的系统实现无线收发温度数据，并通过液晶实时显示出来。n6.接收模式、发送模式有指示灯提示。2022

6、-2-10综合电子电路设计与调试16面向无线通信的综合电子电路面向无线通信的综合电子电路设计要求设计要求n7.键盘布局 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9发送发送接收接收默认地默认地址址手动输手动输入地址入地址确认确认系统硬件设计系统硬件设计n设计基于nRF2401无线模块实现的无线收发系统。主要包括AT89C52单片机、LCD1602液晶、4*4矩阵键盘、18B20温度传感器、 nRF2401无线模块四部分。系统硬件框图系统硬件框图AT89C52P0矩阵键盘1602液晶显示器P2DS18B20温度传感器P3.0nRF24L01无线模块P13v供电AT89C52外围电路设计外围电路设计IR

7、QMISOSCKMOSICECSNXTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427P1.0/T21P1.1/T2EX2P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3

8、.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115U180C52X111.0592MC130pC230p+5vC32.2uR14.7kR2lll+5v 系统以AT89C52单片机为控制核心。其外围电路设计见右图。时钟采用11.0592Mhz的晶振，C1、C2作为微调电容。复位电路采用按键复位、上电复位一体电路，电容C3，R1的取值并不严格。31脚EA必须连接高电平，才能保证程序从片内ROM开始执行，电阻R2可以省略。液晶显示单元电路液晶显示单元电路 系统液晶选用常用的LCD1602。单元电路连接方式如右图所示。液晶采用4位数据显示方式，分别连单片机的P2.0P2.3;控制信号

9、RS,RW,E分别与P2.7P2.5相连，VSS,VDD为液晶的地和电源，+5v供电，VEE为对比度调整。部分液晶有15,16脚，为液晶背光灯的电源和地，应串入电阻或点位器限流。P2.0P2.1P2.2P2.3P2.5P2.6P2.7D714D613D512D411D310D29D18D07E6RW5RS4VSS1VDD2VEE3LCD16021602+5v45%RV110k键盘输入单元电路键盘输入单元电路 系统采用44矩阵键盘作为输入单元。如图所示，按键的8根线与P0口相连，由于51系列单片机P0口为漏极开路结构，因而无法输出真正高电平，因此需要加上拉电阻。注意按键连线不可随意更改，否则将造

10、成键码与按键功能不匹配，不过可以通过软件方式修正。P0.7P0.6P0.5P0.4P0.0P0.3P0.1P0.20123456789发送接收默认地址手动输入地址确认R64.7kR74.7kR84.7kR910kR1010kR1110kR1210kR134.7k+5v温度传感器及无线模块电路温度传感器及无线模块电路 系统温度检测采用一线制数字温度传感器18B20实现。其唯一数据数据线直接与P3.0相连，由于51单片机P3口内有上拉电阻，因而省去DQ的上拉电阻。D1，D2为接受模式，发送模式指示灯。 图中J1为无线通信模块nRF24L01接口，采用3v供电，加入稳压管D3保护，其数据通信采用SP

11、I串口方式，与单片机P2口相连。P3.0P3.1P3.7IRQMISOMOSISCKCSNCE3V3V31.0DQ2VCC3GND1U2DS18B20+5vD1LED-GREEND2LED-YELLOWR4510R551012341098756J1nRF24L01D33v稳压管123J2电源接插件+5v系统总体电路图IRQIRQMISOMISOMOSISCKMOSISCKCECSNCSNCE3V3VXTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/A

12、D633P0.7/AD732P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427P1.0/T21P1.1/T2EX2P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115U180C52X111.0592MC130pC230p+5vC32.2uR14.7kR2lll+5vD714D613D512D411D310D29D18D07E6R

13、W5RS4VSS1VDD2VEE3LCD1LM016L+5v0123456789发送接收默认地址手动输入地址确认31.0DQ2VCC3GND1U2DS18B20+5vD1LED-GREEND2LED-YELLOWR4510R5510R64.7kR74.7kR84.7kR910kR1010kR1110kR1210kR134.7k+5v45%RV110k12341098756J1CONN-DIL10D33v稳压管123J23口接插件+5v液晶背光灯（液晶背光灯（15,16脚）用脚）用10k电位器，电位器，15脚接脚接+5v，16脚接地脚接地PCB板小于板小于10*13cm面向无线通信的综合电子电路

14、总体电路暨仿真电路图面向无线通信的综合电子电路总体电路暨仿真电路图系统软件设计系统软件设计n面向无线通信的综合电子电路软件部分由主程序、液晶显示子程序、DS18B20温度采集子程序、按键扫描子程序、无线收发子程序和延时子程序等组成。主程序以无线收发模块工作为主线，根据系统功能要求、按步骤调用各个子程序，将它们紧密组织，严密配合，从而实现系统的各项功能。系统主程序流程LCD1602液晶显示程序n液晶显示子程序包括了液晶初始化、液晶字节写入、液晶字符串写入、液晶显示定位等子程序。其中液晶初始化程序最为关键。n以下是一个液晶初始化子程序。 液晶初始化液晶初始化nvoid LCD_init(void)

15、 LCD_write_command(0 x38);/设置8位格式，2行，5x7 nLCD_write_command(0 x0c);/整体显示，关光标，不闪烁 nLCD_write_command(0 x06);/设定输入方式，增量不移位 nLCD_write_command(0 x01);/清除屏幕显示 delay_n40us(100);/实践证明， 用 for 循环 200 次就能可靠完成清屏指令 DS18B20温度采集程序n温度采集子程序调用了DS18B20初始化、读字节、写字节子程序。 以下为一例：键盘输入子程序键盘输入子程序nRF24L01无线模块无线模块nnRF24L01是工作在

16、2.4G频段（ ISM频段）的非标准无线射频协议无线收发专利芯片，其拥有非标准无线协议的低功耗、低成本、易开发等优良特性。 n nRF24L01特点特点 n 1）126个子信道，信道间隔1MHz或者2MHz（对应发送速率1Mbps或2Mbps）。n（2）可编程输出功率：0，-6，-12，-18dB。n（3）集成信道滤波器，片上自动同步。n（4）可编程低噪声放大增益。n（5）无需额外的环路滤波器、VCO变容二极管或谐振器。n（6）支持1至32字节可变数据长度。n（7）6通道复用接收，可以组建1：6的星型网络。n（8）Standby-下电流只有22uA。n（9）三个独立的32字节的发送和接收FIF

17、O缓冲区。n（10）高级电源管理的快速启动空闲模式。n（11）自动打包、拆解数据包。 nRF24L01引脚及其说明引脚及其说明 nRF24L01引脚及其说明引脚及其说明 nRF24L01工作模式工作模式 nRF24L01在不同模式下的引脚功能 Enhanced ShockBurst TM收发模式 nnRF24L01的收发模式又分为Enhanced ShockBurstTM收发模式、ShockBurstTM收发模式和直接收发模式三种，收发模式由器件配置字决定。nEnhanced ShockBurstTM收发模式下，使用片内的先入先出堆栈区，数据从微控制器低速送入，但高速（1Mbps）发射，这样可

18、以尽量节能。因此，使用低速的微控制器也可以得到很高的射频数据发射速率。与射频协议相关的所有高速信号处理都在片内进行，这种做法有三大好处：尽量节能；低系统费用（低速微处理器也可以进行高速射频发射）；数据在空中停留时间短，抗干扰性强。Enhanced ShockBurstTM技术同时也减小了整个系统的平均工作电流。在Enhanced ShockBurstTM收发模式下，nRF24L01会自动处理字头和CRC校验码。在接收数据时，自动把字头和CRC校验码移除；在发送数据时，自动加上字头和CRC校验码。在发送模式下，置CE为高至少10us，则发送过程完成。Enhanced ShockBurst TM收

19、发模式nnRF24L01的Enhaned ShockBurstTM提供了硬件自动重发和多通道接收的功能。自动重发功能是指发送完一个数据包后，发送方需要等待接收方的确认信号ACK，发送方只有在收到ACK后才认为本次发送成功，否则本次数据将被自动重发。自动重发的间隔和次数可以设定，最多重发5次，每次间隔最长4000us。当超过最大重发次数后，nRF24L01会通过其引脚上的电平变化给控制器提示，以进行下一步操作。这些重发动作都是nRF24L01自动完成的，无需控制器干预。n鉴于Enhaned ShockBurstTM拥有高速、节能、自动重发、多通道接收等优点，本系统设计的nRF24L01收发方式也

20、采用了Enhaned ShockBurstTM的收发模式，从而保证无线数据发送高速、可靠。nRF24L01的寄存器指令的寄存器指令nRF24L01的寄存器地址的寄存器地址n#define CONFIG 0 x00 / 配置收发状态，CRC校验模式以及收发状态响应方式n#define EN_AA 0 x01 / 自动应答功能设置n#define EN_RXADDR 0 x02 / 可用信道设置n#define SETUP_AW 0 x03 / 收发地址宽度设置n#define SETUP_RETR 0 x04 / 自动重发功能设置n#define RF_CH 0 x05 / 工作频率设置n#de

21、fine RF_SETUP 0 x06 / 发射速率、功耗功能设置n#define STATUS 0 x07 / 状态寄存器n#define OBSERVE_TX 0 x08 / 发送监测功能n#define CD 0 x09 / 地址检测 n#define RX_ADDR_P0 0 x0A / 频道0接收数据地址n#define RX_ADDR_P1 0 x0B / 频道1接收数据地址n#define RX_ADDR_P2 0 x0C / 频道2接收数据地址n#define RX_ADDR_P3 0 x0D / 频道3接收数据地址n#define RX_ADDR_P4 0 x0E / 频道4

22、接收数据地址n#define RX_ADDR_P5 0 x0F / 频道5接收数据地址n#define TX_ADDR 0 x10 / 发送地址寄存器n#define RX_PW_P0 0 x11 / 接收频道0接收数据长度n#define RX_PW_P1 0 x12 / 接收频道0接收数据长度n#define RX_PW_P2 0 x13 / 接收频道0接收数据长度n#define RX_PW_P3 0 x14 / 接收频道0接收数据长度n#define RX_PW_P4 0 x15 / 接收频道0接收数据长度n#define RX_PW_P5 0 x16 / 接收频道0接收数据长度n#define FIFO_STATUS 0 x17 / FIFO栈入栈出状态寄存器设置nRF24L01初始化初始化nvoid init_NRF24L01(void)n inerDelay