单片机应用实习报告

实习执行大纲实习目的1、巩固《单片机原理与应用》理论课的理论知识；2、熟悉单片机应用系统的硬件设计及软件设计的基本方法；3、将《单片机原理与应用》理论课的理论知识应用于实际的应用系统中；4、训练单片机应用技术，锻炼实际动手能力。二、实习纪律与要求1、实习纪律1）参加实习的学生必须按照实习大纲的要求，在指导教师的指导下，全面完成实习任务；2）听从指导教师安排，严格遵守实习纪律；3）因故在实习期间缺勤累计超过规定时间的三分之一，不得参加本次实习考核，但可在补足所缺天数后再给予考核并评定实习成绩。2、基本要求1）利用PROTEL等软件进行硬件设计；2）利用KeiluV2软件完成应用系统软件设计；3）利用stc-isp软件完成在系统编程、下载，并完成系统软件调试；4）题目由指导教师提供；5）要求每个学生单独完成硬件软件设计、仿真、焊接、调试任务；6）写出实习报告，实习报告主要包括以下内容：目录、摘要、关键词、基本原理、方案论证、硬件设计、软件设计(带流程图、程序清单)、仿真结果、实物运行结果照片、结论、参考文献等；7）实习完成后通过答辩；8）答辩时交实习报告电子文档，通过答辩后根据修改意见修改并打印、装订成册。三、实习地点武汉理工大学信息工程学院通信实验室。四、实习时间2012年12月10日2013年1月10日。实习单位：武汉理工大学信息工程学院参观考察单位：（1） 武汉理工大学信息工程学院国创课题小组（2）武汉理工大学信息工程学院开放实验室（3）武汉理工大学电工电子实习中心（4）（5）（6）实习开始时间：2012年12月10日，实习时间共20天。完成实习报告时间：2013年1月10日。实习报告题目：单片机应用实习设计——－基于单片机的488M无线通信系统初始条件：STC89C52和CC1100H模块；先修课程：单片机原理与应用；要求完成的主要任务：基于STC89C52单片机控制射频芯片CC1101的488M无线通信系统的实现。完成硬件电路的设计，其中包括STC89C52微控制器和CC1101模块的设计；完成无线通信模块的程序设计与实现，上机运行调试程序，记录实验结果（如图表等），并对实验结果进行分析和总结；3、课程实习报告书按学校统一规范来撰写，实习报告主要包括以下内容：目录、摘要、关键词、基本原理、方案论证、硬件设计、软件设计(带流程图、程序清单)、仿真结果、实物运行结果照片、结论、参考文献等；时间安排：方案设计1天；硬件设计1天；软件设计7天；电路板焊接调试7天；系统调试3天；答辩1天；合计20天。指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日

目录摘要 I1无线通信概述1.1简介无线通信就是不用导线、电缆、光纤等有线介质，而是用自由空间来传递电磁信号的通信方式。近些年信息通信领域中，发展最快、应用最广的就是无线通信技术。在移动中实现的无线通信又通称为移动通信，人们把二者合称为无线移动通信。无线通信主要包括短波通信﹑微波通信﹑卫星通信和红外线通信。微波是一种无线电波，它传送的距离一般只有几十千米。但微波的频带很宽，通信容量很大。微波通信每隔几十千米要建一个微波中继站。卫星通信是利用通信卫星作为中继站在地面上两个或多个地球站之间或移动体之间建立微波通信联系。无线收发顾名思义，就是将两块通信模块以空气为传输介质来实现发送和接收数据。发送时，通过模块中携带数据的变化高频电流，在天线上形成电磁波信号，发送出去。而接收端中，天线将接收到的电磁波信号转换为携带数据的变化高频电流。1.2应用无线通信的应用主要有以下几个方面：●无线电台●微波通信●移动通信●无线宽带●航天器与地球之间的遥测●遥控及通信1.3设计环境单片机的应用范围非常广，包括单片机的单机应用的范围包括：

(1)测控系统。用单片机可以构成各种不太复杂的工业控制系统、自适应控制系统、数据采集系统等,达到测量与控制的目的。

(2)智能仪表。用单片机改造原有的测量、控制仪表,促进仪表向数字化、智能化、多功能化、综合化、柔性化方向发展。

(3)机电一体化产品。单片机与传统的机械产品相结合,使传统机械产品结构简化,控制智能化。

(4)智能接口。在计算机控制系统,特别是在较大型的工业测、控系统中,用单片机进行接口的控制与管理,加之单片机与主机的并行工作,大大提高了系统的运行速度。

(5)智能民用产品。如在家用电器、玩具、游戏机、声像设备、电子秤、收银机、办公设备、厨房设备等许多产品中,单片机控制器的引入,不仅使产品的功能大大增强,性能得到提高,而且获得了良好的使用效果。随着其功能的日益完善，单片机已经发展成为适合多学科，多种工作平台的功能强大大大型硬件。在国外高校，单片机已经成为高级课程的基本教学工具；成为攻读学位的大学生，硕士生，博士生必须掌握的基本技能。在设计研究单位和工业部门，单片机被广泛用于科学研究和解决各种具体问题。在国内，特别是工程界，单片机一定会盛行起来。另一方面，3G、WLAN、UWB、蓝牙、宽带卫星系统都是21世纪最热门的无线通信技术的应用，可以说已深入到生活的各个方面。2引言2.1设计要求利用STC89C52单片机控制无线射频CC1100H模块实现数据收发，工作频率488MHz。要求与数据：（1）利用PROTEL等软件进行硬件设计；（2）利用KeiluV2软件完成应用系统软件设计；（3）利用stc-isp软件完成在系统编程、下载，并完成系统软件调试；（4）独立完成硬件软件设计、仿真、焊接、调试任务。开始2.2操作流程开始分析设计任务，确定实现方案，完成分析设计任务，确定实现方案，完成模块底座硬件电路的设计的程序代码CC1100H模块的配置CC1100H模块的配置发送接收程序的发送接收程序的设计电路调试分析总结分析总结结束结束3硬件电路的设计3.1STC89C52微处理器图1STC89C52原理图（1）52单片机原理图如图2-1所示，包含下列几个部件：·一个8位CPU；·一个片内振荡器及时钟电路；·8KB程序存储器；·256B数据存储器；·可寻址64kb外部数据存储器和64kb外部程序存储空间的控制电路；·32条可编程的I/O线（4个8位并行I/O端口）；·三个16位的定时／计数器；·一个可编程全双工串行口；·6个中断源、两个优先级嵌套中断结构。STC89C52引脚说明①电源引脚VCC+5V电源VSS接地端②外接晶体引脚XTAL1外接晶振输入端XTAL2外接晶振输入端③输入输出引脚P0.0～P0.7不作为地址/数据线使用时，可作为准双向I/O口使用。但必须外接上拉电阻。P1.0～P1.7带内上拉电阻的8位准双向通用I/O口。P2.0～P2.7带内上拉电阻的8位准双向通用I/O口。访问片外存储器时，P2口用作高8位地址线。P3.0～P3.78位准双向I/O接口，每个引脚还具有第二功能④控制线RST是复位端。当RST端出现持续两个机器周期以上的高电平时，即可实现复位操作。3.2CC1101H通信模块的设计3.2.1CC1100H模块简介模块的芯片采用Chipcon公司的CC1101，模块原理如图2所示，是根据SmartRF技术以0.18μmCMOS工艺制成的一款低成本单片UHF收发器，具有功耗低、电压低、体积小、灵敏度高等特点。电路主要工作在315、433、868和915MHz的ISM和SRD（短距离设备）频率波段，也可以设置为300～348MHz、400～464MHz和800～928MHz的其它频率。CC1101集成了一个高度可配置的调制解调器，支持不同的调制格式，其数据传输率最高可达500kbps。CC1101在1.8～3.6V的低电压下工作，其灵敏度为-110dBm，在所有工作频率波段上，可编程输出功率为-30～10dBm。图2无线通信模块原理图（1）VCC(5V)脚接电压范围为4.5V到5.5V之间，推荐电压5V，不能在这个电压区间之外。（2）VCC(3.3V)脚接电压范围为1.8V-3.5V之间，不能在这个区间之外，超过3.6V将会烧毁模块。这里使用LM1117-3.3V芯片转换得到。（3）硬件上面没有SPI的单片机也可以控制本模块，用普通单片机IO口模拟SPI不需要单片机SPI模块介入，只需添加代码模拟SPI时序即可。（4）17脚、18脚为接地脚,需要和母板的逻辑地连接起来。3.2.2CC1101H模块底座的设计CC1101H模块的SPI底座如图3设计，封装采用标准的DIP。图3CC1101H模块的底座设计3.3电源电路的设计3.3.1电源供电方式设计本实验供电电源一共设计了三种供电方式。一种是普通外接杜邦线供电接口，这种供电模式简洁方便；第二种是采用连接isp仿真器下载口供电，此种方法是因为自己有仿真器的缘故加上的，利用的这个仿真器课方便得对程序进行编译仿真，这种方法可以利用电脑的USB电源，方便调试，缺点是芯片只能用仿真芯片；第三种是USB供电电源接法如图4所示，此种方法是综合上述两种方法的优点，便于在电脑旁调试。图4USB供电电路3.3.2电源部分对射频电路的抗干扰设计射频电路对于电源噪声相当敏感，尤其是对毛刺电压和其他高频谐波。MCU和其它耗电量大的芯片会在每个内部时钟周期内，短时间突然吸入大部分电流，如果不在CC1101的电源供电端采取合适的电源去耦，必将引起电源线上的电压毛刺，在靠近电源输入端加入去耦和旁路电容，如图5所示。在CC1101H模块的电源供电端加入了两个220μF的去耦电容和1个旁路电容，去耦电容能够有效的去除电路之间的耦合效应，旁路电容能够去除高频噪声。在MCU和其它芯片的电源供电端也分别加入去耦和旁路电容，以减少电源噪声带来的影响。图5电源滤波电路3.3.3模块电源解决方案采用5V电压，通过LM1117-3.3将其稳压到3.3V。这种方案的优点是线性稳压芯片的价格便宜，输出电压纹波小。电路接法如图6所示：图6lm1117-3.3Ｖ连接图3.4串口的制作串口通信(SerialCommunication)，是指外设和计算机间，通过数据信号线、地线、控制线等，按位进行传输数据的一种通讯方式。这种通信方式使用的数据线少，在远距离通信中可以节约通信成本，但其传输速度比并行传输低。主要工作集中在模块化程序的调试，在具体调试过程中需要借助于串行口调试助手来模拟无线遥控开关的工作流程。串口电路如图7所示，通过数据总线与主控电路相连，该电路由单片机、RS-232驱动芯片、复位电路、RS232串口构成。直接将RS-232串口接收来的信号转换成微控制器能够识别和处理的信号，或者将微控制器发送的信号通过串口进行通讯，串行信号通过数据总线P3.0、P3.1输入，经单片机转换为TTL电平RS-232信号，经232接口驱动芯片及5个电容组成的转换电路将TTL电平RS-232信号转换成标准的RS-232信号。图7串口电路3.5单片机与CC1101H模块的SPI接口本课设用单片机的P1口与CC1100H模块相连。相连方式如图8所示图8MCU与模块接口图4无线通信模块的程序设计与实现无线数据通信最重要的是如何保证系统通信的可靠性,减少通信冲突和降低误码率等问题，这也正是本文开发无线反馈系统的关键。4.1CC1101H模块的配置方式CC1101具有14个命令寄存器（CommandStrobeRegisters），访问这些寄存器将会发起内部状态或模式的改变；有47个普通8位配置寄存器（ConfigurationRegisters），配置这些寄存器可以完成系统参数的选择；还有12个状态寄存器（StatusRegisters），读取这些寄存器可以获得CC1101的状态信息。CC1101通过4线SPI兼容接口（SI,SO,SCLK和CSn）配置，这个接口同时用作写和读缓存数据。SPI接口是一种同步串行通信接口，CSn是芯片选择管脚，当该管脚为低电平时，SPI接口可以通信，反之不能通信。SI和SO为数字传输管脚，SI用于数据输入，SO用于数据输出，SCLK为同步时钟，在时钟的上升沿数据被写入或读出，PAC为发送和接收使能端。CC1101的SPI接口的读、写操作工作方式如图9所示。图9CC1101读写操作时序图在读或是写寄存器时，首先要在SI管脚写入寄存器地址字节。地址字节有8位，最高位为读写位，后七位为地址位。当执行写寄存器操作时，读写位为0；当执行读操作时，读写位为1。无论是读操作还是写操作，在地址字节被写入时，SO脚上输出一个芯片状态字节，状态字节包含关键状态信号。CC1101的TXFIFO（发射先进先出堆栈）和RXFIFO（接收先进先出堆栈）也可以用同样的读写方式进行访问，只是使用与配置寄存器不同的地址段加以区别。另外，CC1101的内部指令也是通过SPI接口传输的，这些指令用来关闭晶体振荡器，开启传输模式，状态转换和电磁波激活等，通过SI写入特定的字节使CC1101执行不同的命令。由于CC1101的寄存器比较多，为了提高程序的执行效率，编写了相应的函数来进行寄存器配置。表1无线通信模块函数和功能函数名称函数功能halSpiWriteReg(INT8Uaddr,INT8Uvalue)SPI写寄存器操作halSpiReadReg(INT8Uaddr)SPI读寄存器halSpiWriteBurstReg(INT8Uaddr,INT8U*buffer,INT8Ucount)SPI连续写配置寄存器halSpiStrobe(INT8Ustrobe)SPI写命令halSpiReadBurstReg(INT8Uaddr,INT8U*buffer,INT8Ucount)SPI连续读配置寄存器halSpiReadStatus(INT8Uaddr)SPI读状态寄存器halRfWriteRfSettings(void)配置CC1101的寄存器halRfSendPacket(INT8U*txBuffer,INT8Usize)CC1101发送一组数据halRfReceivePacket(arrRx,&leng)CC1101接收一组数据4.2CC1100H模块SPI接口介绍SPI（SerialPeripheralInterface）是一种串行同步通讯协议，由一个主设备和一个或多个从设备组成，主设备启动一个与从设备的同步通讯，从而完成数据的交换。SPI接口由MOSI（串行数据输入），MISO（串行数据输出），SCK（串行移位时钟），CSn（从使能信号）四种信号构成，CSn决定了唯一的与主设备通信的从设备，如没有CSn信号，则只能存在一个从设备，主设备通过产生移位时钟来发起通讯。通讯时，数据由SO输出，SI输入，数据在时钟的上升或下降沿由SO输出，在紧接着的下降或上升沿由SI读入，这样经过8/16次时钟的改变，完成8/16位数据的传输。本课设单片机用P1口与CC110０Ｈ模块相连。在地址和数据转换期间，CSn脚（芯片选择，低电平有效）必须保持为低电平。如果在过程中CSn变为高电平，则转换取消。当CSn变低，在开始转换头字节之前，MCU必须等待，直到SO脚变低。这表明电压调制器已经稳定，晶体正在运作中。除非芯片处在SLEEP或XOFF状态，SO脚在CSn变低之后总会立即变低。SPI接口定时要求如表2所示。表3-2SPI接口定时要求参数描述最小值最大值FSCLKSCLK频率010MHztsp,pdCSn低到SCLK的正边缘，功率降低模式下150us--tspCSn低到SCLK的正边缘，活动模式下20ns--tch时钟高50ns--tcl时钟低50ns--trise时钟上升时间--5nstfall时钟上升时间--5nstsd向SCLK的正边缘建立数据TDBns--thd在SCLK的正边缘之后保持数据TDBns--tnsSCLK到CSn高时的负边缘TDBns--4.3CC1100H模块无线收发原理及部分程序通过对CC1101进行正确的参数配置，就能够实现数据的无线传输。当CC1101状态不正常时可以通过程序控制来复位芯片。程序复位的操作顺序如下：（1）设置SCLK=1和SI=0，以避免引脚控制模式造成潜在的问题；（2）设置CSn为低，然后再拉高；（3）保持CSn为高至少40μs；（4）将CSn拉低，等待SO变低（CHIP_RDYn）；（5）在SI上发送SRES命令；（6）当SO再次变低后，复位工作完成，CC1101处于IDLE状态。在发射状态时，在进行射频寄存器的初始化设置后，发送端将所设定的值打包等待发送，单片机发送数据时，单片机按照SPIO接口时序把要发送的数据写入CC1101，再初始化发射端的地址，且应当与接收端的地址相互匹配，发射端发射的数据有效宽度必须与接收端设置一致。然后PAC置高把单片机设置为发送模式，并且完成数据打包。发送完成后，PAC置低，CC1100H模块回到接收模式。在接收时，初始化的设置同发射时基本一致，然后CC1101被设置为接收模式，不断地检测载波，等待接收数据，当检测到同频段的载波并且地址也匹配时，CC1101进行数据包的接收，并完成校验等相关工作。接着，将数据通过SPI接口传输到单片机中，单片机将数据通过发送到串口在PC上显示出来，一直循环。发送模块部分程序及注解：//******************************************************************//函数名：voidhalSpiWriteBurstReg(INT8Uaddr,INT8U*buffer,INT8Ucount)//输入：地址，写入缓冲区，写入个数//输出：无//功能描述：SPI连续写配置寄存器voidhalSpiWriteBurstReg(INT8Uaddr,INT8U*buffer,INT8Ucount){INT8Ui,temp;temp=addr|WRITE_BURST;CSN=0;while(MISO);SpiTxRxByte(temp);for(i=0;i<count;i++){SpiTxRxByte(buffer[i]);}CSN=1;}5电路调试用KEIL