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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 #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 lcdrs=P20;sbit
15、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= 0x34,0x43,0x10,0x10,0x
16、01;/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#define REUSE_T
17、X_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 / 发射速率、功耗功能设置#d
18、efine 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接收数据地址#define TX
19、_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 sta; /状态标志sbit
20、RX_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(;x0;x-) for(y=111;y0;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_data(uchar date) /向液晶写数据函数lcdrs=1;
21、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_ctr8;bit_ctr+) / output 8-bit MOSI = (date
22、 & 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 SPI_Read(uchar reg)/*功能：NRF24L01的SPI读时序 reg为寄存器地址/*/uchar SPI_
23、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); / return register value/*/*功能：NRF24L01写寄存器函数/*/void SPI_RW_Reg(uch
24、ar 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，pBuf：为待读出数据地址，uchars：读出数据的个数/*/uchar SPI_Read_Buf(uchar reg,
25、 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_ctruchars;uchar_ctr+)pBufuchar_ctr = SPI_RW(0); / CSN = 1; return(status); / return nRF24L01 status uchar/*/*函数：
26、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_ctr8; TL0=65536-50000; EA=1; ET0=1; TR0 = 1; IT0=1; /触发方式为负跳变触发EX0 = 1;
27、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 nRF24L01_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
28、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; write_com(0x80+0x0a); write_data(tablebai); write_data(tableshi); write_data(table10); write_data(tablege); write_data(0xdf);
29、 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; 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:
