《单片机无线通信网络设计.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《单片机无线通信网络设计.doc（32页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、 本科毕业设计论文单片机无线通信网络设计 学 生 姓 名：肖松宇 班 级：电技082 学 号：080130207 指 导 教 师：张光烈 所 在 单 位： 电气工程学院 答 辩 日 期： 2012年6月25日摘 要随着现代通信技术的飞速发展，无线数据传输系统已成为当今通信业乃至整个信息业的热点，应用于数据传输电台、无线遥控、报警、无线局域网、军事通信等范围，具有一定的实际应用价值。基于无线通信的方便快捷和单片机的极高的性价比，在一些特殊的应用场合，单片机之间的通信不再采用有线的数据通信，而是采用无线传输，应用无线收发模块与单片机结合可以设计出许多实用的无线数据采集系统。本次设计采用模块化的设计
2、方法，设计了系统硬件电路的主站、从站两个单元和系统控制程序的主站、从站两部分。并给出了基于51系列单片机的通用无线通信系统的设计与实现方案，讨论了系统的组成结构，给出了本系统的硬件接口电路和相应的软件设计。在本次设计中，对无线网络通信系统通过多次实验测试，基本实现了1对1、1对2、2对1、1对1对1的无线网络通信，同时该系统实现了用数码管显示信息。并且，系统工作稳定。该方案在实际应用中有效可靠，对嵌入式系统的无线通信应用具有参考价值。关键词: 单片机；无线通信；系统设计；Abstract Traditional data communications are realized by the c
3、able in many monitoring and controlling sites. With the development of the radio frequency technology and integrated circuits, the realization of wireless communication function becomes easier and easier, data transfer rate becomes much faster and faster and the anti-interference capability becomes
4、stronger and stronger. And with the mature of short-range wireless data transmission technology, combined with its small power and simple features and being easy to carry and rapid development, the embedded short-range wireless products have been widely used.Presented is the design and implementatio
5、n of a MCS51 series microcontroller - based general - purpose wireless communication system After a detail descriptions of the system structure and the mechanism of how MCU can control the wireless transceiver via SPI interface，application related information about the MCU and wireless transceiver I
6、C is also given Both circuit design and MCU firmware design are emphasized Experiments are directed to show the feasibility and effectiveness of the proposed wireless communications schemeKey words: Microcontroller; Wireless communications; SPI interface; 目 录摘 要IAbstractII目 录III第1章 绪 论11.1 无线通信网络的发展
7、背景11.1.1 系统设计的技术背景11.1.2 AT89S51单片机简介21.1.3无线通信技术简介21.1.4系统设计的应用背景31.1.5系统的设计方法31.2本设计的方案论证31.2.1基于无线传输模块的网络通信系统的基本工作原理41.2.2无线传输模块的选择41.2.3单片机的选择51.2.4 3.3V电源电路的选择6第2章 关键芯片82.1 引言82.2 nRF240L1功能分析82.3工作方式的设定92.4 AT89S51单片机112.3.1概述112.4.2 AT89S51单片机的主要性能特点：112.4.3 单片机的引脚及功能122.5.1 LM1117概述132.5.2 L
8、M1117特性142.5.3 LM1117应用142.5.4 LM1117引脚功能14第3章 系统硬件设计153.1 3.3V电源电路的设计153.2 无线收发模块接口电路的设计153.2.1 时钟电路的设计163.2.2 复位电路的设计173.3 显示电路的设计17第4章 软硬件设计194.1 系统主站电路194.2 系统从站电路194.3 系统通信协议204.3.1 串口通信方式设置204.3.2 信息帧格式204.3.3 命令字204.4 nRF24L01无线收发模块的软件设计214.1.1 nRF24L01发射部分主程序流程图214.1.2 nRF24L01无线发射部分子程序的实现22
9、4.1.3 nRF24L01无线接收部分主程序的实现22结 论25参 考 文 献26致 谢27第1章 绪 论1.1 无线通信网络的发展背景 随着现代通信技术的飞速发展，无线数据传输系统已成为当今通信业乃至整个信息业的热点，不但可以应用在数据传输电台，还可以应用于无线遥控、报警、无线局域网、军事通信等范围，具有一定的实际应用价值。单片机体积小，重量轻，抗干扰能力强，对环境要求不高，价格低廉，可靠性好，开发较为容易，广大工程技术人员通过学习有关单片机的知识后，也能依靠自己的力量开发所需要的单片机系统。因此，单片机广泛应用于工业自动化控制、自动检测、智能仪器仪表、家用电器等各个方面1。 随着计算机、
10、通信和无线技术的逐步融合，在传统有线通信的基础上，无线数据传输得以快速发展，它具有方便、快捷、可移动性和安全性，因此广泛应用于汽车电子、遥控玩具、环境监测和电气自动化等领域2。 正是基于无线通信的方便快捷和单片机的极高的性价比，在一些特殊的应用场合，单片机之间的通信不再采用有线的数据通信，而是采用无线传输，应用无线收发模块与单片机结合可以设计出许多实用的无线数据采集系统。目前，无线数据通信的应用领域越来越广：遥控遥测、无线抄表、门禁系统、身份识别、非接触RF智能卡、无线标签、安全防火系统、生物信号采集、机器人控制等。凡是布线繁杂或不允许布线的场合都希望能通过无线方案来解决。为此,需要设计相应的
11、接口系统，控制这些射频芯片工作,完成可靠稳定的无线数据通信。基于达成以上要求本人设计了一款基于无线传输模块的网络通信系统。 数据采集系统是指从传感器和其它待测设备等模拟和数字被测单元中自动采集信息的系统。一般由传感器单元和中心控制器组成，由传感器单元组成的数据采集终端完成对所需数据的采集，中心控制器处理所采集的数据，数据采集终端和中心控制器之间可采用传统的有线数据传输，如RS232和RS485，也可采用较为流行的无线传输。数据采集系统广泛应用于日常生活、物联网和工业控制领域，可实现相应数据的采集、处理和控制，因此对数据采集系统的研究有重要的意义。常见的数据采集系统有电压数据采集、电流数据采集、
12、温度数据采集、湿度数据采集、压力数据采集等。系统以温度数据采集为例，设计完成远程温度数据的采集，中心控制器采用AT89S51，并介绍了数据采集系统的设计步骤和设计方法。1.1.1 系统设计的技术背景单片机体积小，重量轻，抗干扰能力强，对环境要求不高，价格低廉，可靠性好，开发较为容易，广大工程技术人员通过学习有关单片机的知识后，也能依靠自己的力量开发所需要的单片机系统。因此，单片机广泛应用于工业自动化控制、自动检测、智能仪器仪表、家用电器等各个方面1。 随着计算机、通信和无线技术的逐步融合，在传统有线通信的基础上，无线数据传输得以快速发展，它具有方便、快捷、可移动性和安全性，因此广泛应用于汽车电
13、子、遥控玩具、环境监测和电气自动化等领域2。 正是基于无线通信的方便快捷和单片机的极高的性价比，在一些特殊的应用场合，单片机之间的通信不再采用有线的数据通信，而是采用无线传输，应用无线收发模块与单片机结合可以设计出许多实用的无线数据采集系统。1.1.2 AT89S51单片机简介 AT89S51是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有4K 字节系统可编程Flash 存储器。使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业8031、80C51 产品指令和引脚完全兼容。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得AT89S51为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超
14、有效的解决方案。其引DIP封装的脚图如图1.1所示:AT89S51主要性能特点：14k Bytes Flash片内程序存储器； 2128 bytes的随机存取数据存储器（RAM）； 332个外部双向输入/输出（I/O）口； 45个中断优先级、2层中断嵌套中断； 56个中断源； 62个16位可编程定时器/计数器； 72个全双工串行通信口； 8看门狗（WDT）电路； 9片内振荡器和时钟电路；10与MCS-51兼容； 11. 全静态工作：0Hz-33MHz； 12. 三级程序存储器保密锁定； 13. 可编程串行通道； 图1.1 AT89S51DIP封装引脚1.1.3无线通信技术简介 无线通信是利用电
15、磁波信号可以在自由空间中传播的特性进行信息交换的一种通信方式。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。特别是ISM频段使用限制较少，使得这些频段在此范围内得到较大发展，各种实用的无线收发模块应运而生。在车辆监控、遥控、遥测、小型无线网络、无线抄表、门禁系统、小区传呼、工业数据采集系统、无线标签、身份识别、非接触RF智能卡、小型无线数据终端、安全防火系统、无线遥控系统、生物信号采集、水文气象监控、机器人控制、无线232数据通信、无线485/422数据通信、数字音频、数字图像传输等领域中无线通信得到广泛应用。1.1.4系统设计的应用背景 温度数据采集广泛应用于人们的生产和生活中
16、，通常情况下使用温度计来采集温度，通过人工操作加热、通风和降温设备来控制温度，这样不但控制精度低、实时性差，而且操作人员的劳动强度大，在某些行业中对温度的要求较高，由于工作环境温度不合理而引发的事故时有发生，对工业生产的可靠进行造成影响，甚至有可能影响操作人员的安全。为了避免这些问题，需要在某些特定的环境里安装数字温度测量及控制设备对系统温度数据进行采集和控制。系统采用AT89S51单片机和数字温度传感器DS18B20实现温度数据采集，数据传输采用无线通信方式，测量精度高，操作简单，方便快捷，可运行性强，价格低廉，特别适用于生活、医疗和工业生产等方面的温度测量及控制。1.1.5系统的设计方法
17、对于系统的整体设计，无论是硬件电路，还是控制程序，都是采用模块化的设计方法。所谓的模块化设计，简单地说就是将产品的某些要素组合在一起，构成一个具有特定功能的子系统，将这个子系统作为通用性的模块与其他产品要素进行多种组合，构成新的系统。 系统硬件电路包括主站和从站两个单元，主站和从站又由各个相互独立的模块组成。主站包括主控制器、显示模块、输入模块和无线收发模块。从站包括主控制器、温度采集模块、显示模块、报警电路、输入模块和无线收发模块。 系统控制程序包括主站和从站两部分。主站主程序包括发送、接收数据处理以及中断接收三个函数。从站主程序包括温度转换，按键设定，显示，发送和中断接收等函数。 采用模块
18、化的设计方法对系统先分析后综合，先设计小模块，后综合为系统，实现系统所要求的功能。按照这一设计方法，使得系统设计思路清晰，由易到难，由简单到复杂，大大提高整个系统的设计效率。1.2本设计的方案论证 此次方案设计使用的元器件主要有两种分别是单片机和无线传输模块，使用单片机控制无线传输模块进行发送和接收数据，单片机准备用比较熟悉的AT89C51单片机，无线传输模块准备用性价比比较高的nRF24L01。1.2.1基于无线传输模块的网络通信系统的基本工作原理本系统通过利用无线传输模块进行的无线通信传输，图1.2通过用单片机控制无线传输模块1进行发送无线信号，然后用单片机控制无线传输模块2接收无线传输模
19、块1所发出的无线信号，从而实现1对1的无线信号传输。图1.3所示的是通过单片机控制3个无线传输模块进行相互的无线传输。单片机 无线 传输 模块 1 无线 传输 模块 2 单片机 图1.2 1对1无线传输原理框图单片机 无线 传输 模块 1 无线 传输 模块 2 单片机 图1.3 1对1无线传输原理框图单片机 无线 传输 模块 3 图1.4 3模块间相互无线传输原理框图1.2.2无线传输模块的选择方案一：采用nRF24L01本方案采用的无线传输模块是nRF24L01，nRF24L01是单片射频收发芯片，工作于2.42.5 GHz ISM频段。工作电压为1.93.6 V，有多达125个频道可供选择
20、。可通过SPI写入数据，最高可达10 Mb/s，数据传输率最快可达1 Mb/s，并且有自动应答和自动再发射功能。芯片内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器、调制器等功能模块，并融进了增强式ShockBurst技术，其中输出功率和通信频道可通过程序进行配置。芯片能耗非常低，以-6 dBm的功率发射时，工作电流只有9 mA，接收时工作电流只有12.3 mA，多种低功率工作模式(掉电模式和空闲模式)使节能设计更方便。 图1.4 无线传输模块nRF24L01方案二：采用nRF9E5本方案采用的无线传输模块是nRF9E5，nRF9E5是一种微型32引脚QFN ( 5x5 mm)封装的芯片。工作电压直流1
21、. 9 3. 6 V,工作频率433MHz，868915MHz。nRF9E5主要由兼容8051的微控制器；nRF9E5无线通讯模块；A /D转换模块和一些与逻辑端口连接的其他功能模块: 包括SP I可编程串行接口、PWM脉冲宽度调制、低功率RC振荡器、看门狗定时器和RTC实时时钟唤醒模块等组成。综上所述，方案1选择的无线传输模块nRF24L01它的工作速率可以达到1Mbps，而nRF9E5的工作速率只有100kbps， nRF24L01的功耗可以达到6dBm比nRF9E5的功耗低，并且nRF24L01具有CRC纠检错硬件电路和协议，使得模块运行稳定可靠，而nRF24L01的价格却只有nRF9E
22、5价格的一半。1.2.3单片机的选择随着电子技术的发展与进步，单片机也已有许多型号，常见的有Intel公司的MCS-51、151、251系列；ZILOG的Z8系列；Philips公司的80C51和51XA系列；Motorola的68HC05/08系列；Microchip公司的PIC18CXX系列单片机；Atmel公司的89系列；Sunplus公司的SPCE061A系列单片机；Winbond公司的78E51系列等。 方案一: 采用Microchip公司的PIC18F4620本方案采用的是采用PIC18F4620单片机，PIC18F4620采用哈佛结构，以及RISC指令系统单片机，其具有1K RA
23、M，64K FLASH，丰富的I/O口资源，内置A/D，内置EEPROM，看门狗电路，倍频电路等丰富的外围模块，一个指令周期是四个机器周期，运算速度快，完全能够满足我们的系统要求。但由于其不是主流单片机，价格比较高，购买不方便，使用不广泛，放弃此方案。方案二：采用ATMEL公司的AT89S51ATMEL公司的AT89S51，它以经典的8031为内核，有一个8位的微处理器，不仅可以处理字节数据，还支持位操作，片内拥有8KB的Flash ROM 程序存储器，256B RAM的数据存储器，中断系统拥有6个中断源，分两级优先权，一个串行口，4个8位并行IO口：P0、P1、P2、P3，具有很强的运算、控
24、制能力，而且与其他单片机相比具有很强的稳定性，价格低，性价比高。综上所述，根据本毕设的要求，选用AT89S51单片机。1.2.4 3.3V电源电路的选择单片机AT89S51与无线收发模块nRF24L01连接时，由于AT89S51工作电压为5V，而nRF24L01工作电压为3V左右，因而要在两个芯片之间加上电压转换电路。方案论证如下：方案一：采用电位计进行分压电位计分压电路图如图1.4所示 图1.5 电位计分压电路图根据电阻串联分压原理 （12）在公式1.2中，Ui为单片机输出电压，Uo为分得电压，即nRF24L01的输入电压。通过调节电位计，使Uo=3.3V，以此达到电平转换的作用。采用电位计
25、通过分压来进行电平转换，虽说在理论上能够进行电平转换，但是在实践操作中，却存在着很大问题，主要体现在：人为影响太大。每次实验前都需检测与调节Uo是否在nRF24L01的工作范围内，以防止nRF24L01被过高的电压烧坏，整个电平转换电路不够稳定。 方案二：采用稳压模块LM1117LM1117它只有三个引脚，外接电路简单，只需要两个电容，就能够输出稳定的3.3V电压，为nRF24L01提供3.3V工作电源。在图1.4中，引脚1接5V电压。引脚3接地。引脚2便输出3.3V电压，来作为nRF24L01的工作电压。GND VCC Vout 3 1 2图1.4 LM1117引脚分配图表1.1 LM111
26、7引脚功能引脚名称功能描述1VCC输入端2Vout输出端3GND地线综上所述，根据实验要求并比较以上两种方案，采用稳压模块LM1117电路简单易行，稳定性强，可实现电压转换。因而选用第二种方案。第2章 关键芯片2.1 引言由于无线数据通信不用布线，快速布局，因此具有有线数据通信无法比拟的便捷性，在特殊场合具有不可替代性。然而，传统的由基本射频集成电路搭建的无线数据通信系统存在电路复杂，成本高，传输速率低，可靠性差等缺点。因此，我们选择了一款工业级内置硬件链路层协议的低成本单芯片nRF24L01型无线收发器件。该器件采用GFSK调制，128个频点自动跳频，片内自动生成报头和CRC校验码，具有出错
27、自动重发功能，这些特性使得由nRF24L0l构建的无线数据传输系统具有成本低，速率高，传输可靠等优点。2.2 nRF240L1功能分析nRF24L01是单片射频收发芯片，工作于2.42.5GHz 频段，芯片内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器和调制器等功能模块，输出功率和通信频道可通过软件进行设置。芯片能耗非常低，以-5dBm的功率发射时，工作电流只有10.5mA，接收时工作电流只有18mA，多种低功率工作模式，节能设计更方便。125个频道，满足多频及跳频需要，高速率1Mbps，高于蓝牙，具有高数据吞吐量。发射功率、工作频率等所有工作参数全部通过软件设置完成。nRF24L01内置了CRC校验
28、码，软件开发相对简单。nRF24L01适用于多种无线通信的场合，如无线数据传输系统、无线鼠标、遥控玩具、警报和安全系统、家用自动化、监视系统等。表2.1 nRF24L01引脚功能引脚名称引脚功能描述1CE数字输入RX或TX 模式选择2CSN数字输入SPI片选信号3SCK数字输入SPI时钟4MOSI数字输入从SPI数据输入脚5MISO数字输出从SPI数据输出脚6IRQ数字输出可屏蔽中断脚7VDD电源电源+3V8VSS电源接地0V9XC2模拟输出晶体震荡器2脚10XC1模拟输入晶体震荡器1脚/外部时钟输入脚11VDD_PA电源输出给RF的功率放大器提供的+1.8V电源12ANT1天线天线接口113
29、ANT2天线天线接口214VSS电源接地0V15VDD电源电源+3V16IREF模拟输入参考电流17VSS电源接地0V18VDD电源电源+3V19DVDD电源输出去耦电路电源正极端20VSS电源接地0V2.3工作方式的设定nRF24L01有四种工作模式：发送模式、接收模式、待机模式和掉电模式。nRF24L01的工作模式由PWR_UP 、PRIM_RX和CE三个引脚决定，详见表2.2。表2.2 nRF24L01工作模式模式PWR_UPPRIM_RXCEFIFO 寄存器状态接收模式111 发送模式101 数据在TX FIFO 寄存器中发送模式1010停留在发送模式直至数据发送完待机模式II101T
30、X FIFO 为空待机模式I10无数据传输掉电模式0 各种工作模式详述如下：一收发模式收发模式有Enhanced Shock Burst TM收发模式、 Shock Burst TM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 1、Enhanced Shock Burst TM收发模式Enhanced Shock Burst TM收发模式下，使用片内的先入先出堆栈区，数据低速从微控制器送入，但高速(1Mbps)发射，这样可以尽量节能，因此，使用低速的微控制器也能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；低的系统费用(低速微处
31、理器也能进行高速射频发射)；数据在空中停留时间短，抗干扰性高。Enhanced Shock Burst TM技术同时也减小了整个系统的平均工作电流。在Enhanced Shock Burst TM收发模式下，nRF24L01自动处理字头和CRC校验码。在接收数据时，自动把字头和CRC校验码移去。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，将时发送过程完成后。(1) Enhanced Shock Burst TM发射流程A、把接收机的地址和要发送的数据按时序送入nRF24L01；B、配置CONFIG寄存器，使之进入发送模式。C、微控制器把CE置高（至少10u
32、s），激发nRF24L01进行Enhanced Shock Burst TM发射；D、nRF24L01的Enhanced Shock Burst TM发射 给射频前端供电； 射频数据打包(加字头、CRC校验码)； 高速发射数据包； 发射完成，nRF24L01进入空闲状态。(2) Enhanced Shock Burst TM接收流程A、配置本机地址和要接收的数据包大小；B、配置CONFIG寄存器，使之进入接收模式，把CE置高。C、130us后，nRF24L01进入监视状态，等待数据包的到来；D、当接收到正确的数据包(正确的地址和CRC校验码)，nRF2401自动把字头、地址和CRC校验位移去；
33、E、nRF24L01通过把STATUS寄存器的RX_DR置位(STATUS一般引起微控制器中断)通知微控制器；F、微控制器把数据从nRF2401读出；G、所有数据读取完毕后，可以清除STATUS寄存器。nRF2401可以进入四种主要的模式之一二空闲模式nRF24L01的空闲模式是为了减小平均工作电流而设计的，其最大的优点是，实现节能的同时，缩短芯片的起动时间。在空闲模式下，部分片内晶振仍在工作，此时的工作电流跟外部晶振的频率有关，如外部晶振为4MHz时工作电流为12A，外部晶振为16MHz时工作电流为32A。在空闲模式下，配置字的内容保持在nRF24L01片内。三关机模式在关机模式下，为了得到
34、最小的工作电流，一般此时的工作电流小于1A。关机模式下，配置字的内容也会被保持在nRF24L01片内，这是该模式与断电状态最大的区别。2.4 AT89S51单片机2.3.1概述AT89S51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM-Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能CMOS8位微处理器。器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造, 可反复擦写1000次，兼容标准MCS-51指令系统及 80C51引脚结构,芯片内集成了通用8位中央处理器和存储单元,功能强大的微型计算机的AT89S51可为许多
35、嵌入式控制应用系统提供高性价比的 解决方案。CPU 系统总线BUS RAM ROM 定时器 计数器可编程I/O 端口系统时钟图2.2 AT89S51单片机内部功能模块AT89S51将中央处理单元CPU、RAM、ROM、定时/计数器和I/O接口等器件集成在一块大规模集成电路芯片上，构成了一个完整的计算机体系，内部功能模块如图2.2所示。2.4.2 AT89S51单片机的主要性能特点： 一个8位的中央处理单元（CPU），它能实现各种算术、逻辑运算及判断控制功能； 内部程序存储器（ROM）与内部数据存储器（RAM）容量较大。其中内部RAM为1288字节； 特殊功能寄存器（SFR）是一批特殊用途的寄存
36、器。每个寄存器占一个存储单元； 工作电压为3.3V5V，时钟频率为1.2MHz12MHz； 4个8位的双向输入输出（I/O）端口P0、P1、P2、P3； 2个16位定时器/计数器； 一个全双工串行通信接口； 五级中断的中断系统； 具有片内时钟振荡器； 3级程序存储器保密功能。2.4.3 单片机的引脚及功能AT89S51单片机的外部引线如图2.3所示。其引线共有40条，分为端口线、控制线和电源线三类。AT89S51单片机的各管脚功能如下：P0口：P0口为一个8位漏极开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定
37、义为数据/地址的第八位。在Flash编程时，P0口作为原码输入口，当Flash进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。 图 2.3 AT89S51单片机外部引线图P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。P2口：P2口为一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收， 输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被上拉电阻拉高，且作为输入。作为输入时，P2
38、口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉电阻，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在Flash编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流，这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89S51的一些特殊功能口，如表2.3所示.表2.3 P
39、3口特殊功能表P3口的位第二功能注释P3.0RXD串行数据接受口P3.1TXD串行数据发送口P3.2INT0外中断0输入P3.3INT1外中断1输入P3.4T0定时器/计数器0计数输入P3.5T1定时器/计数器1计数输入P3.6WR外部RAM写选通信号P3.7RD外部RAM读选通信号P3口同时为Flash编程和编程校验接收一些控制信号。ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部
40、数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。RST：复位/备用电源引线。当该端加上超过24个时钟周期的高电平时，可使单片机复位。：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次 有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的信号将不出现。2.5.1 LM1117概述LM1117是一个低压差电压调节器系列。其压差在1.2V输出，负载电流为800mA时为1.2V。它与国家半导体的工业标准器件LM317有
41、相同的管脚排列。LM1117有可调电压的版本，通过2个外部电阻可实现1.2513.8V输出电压范围。另外还有5个固定电压输出（1.8V、2.5V、2.85V、3.3V和5V）的型号。LM1117提供电流限制和热保护。电路包含1个齐纳调节的带隙参考电压以确保输出电压的精度在1%以内。LM1117系列具有LLP、TO-263、SOT-223、TO-220和TO-252 D-PAK封装。输出端需要一个至少10uF的钽电容来改善瞬态响应和稳定性。2.5.2 LM1117特性 提供1.8V、2.5V、2.85V、3.3V、5V和可调电压的型号 节省空间的SOT-223和LLP封装 电流限制和热保护功能
42、输出电流可达800mA 线性调整率：0.2% (Max) 负载调整率：0.4% (Max) 温度范围：LM1117：0125；LM1117I：40125。2.5.3 LM1117应用 开关DC/DC转换器的主调压器 高效线性调整器 电池充电器 电池供电装置2.5.4 LM1117引脚功能稳压模块LM1117只有3个引脚，如图2.4。引脚1是输入端；引脚2是输出端；引脚3是地线。当输入端的电压是5V时，输出端的电压可以达到3.3V。GND VIN VOUT 3 1 图2.4 LM1117引脚图第3章 系统硬件设计3.1 3.3V电源电路的设计系统硬件设计包括3.3V电源电路的设计、无线收发模块的
43、电路设计、显示电路的设计。nRF24L01的工作电压在1.9V3.6V之间，一般用3.3V电压作为芯片工作电源电压。在这部分的电路设计中，由于稳压电源提供5V电压，只需要将5V电压转化为3.3V电压，采用稳压模块LM1117。它只有三个引脚，外接电路简单，只需要两个电容，就能够输出稳定的3.3V电压，为nRF24L01提供3.3V工作电源。其外接电路如图3.1所示。在图3.1中，引脚1接5V电压。引脚2接地。引脚1和引脚3接20F的电解电容，然后接地。引脚3便输出3.3V电压，来作为nRF24L01的工作电压。图3.1 LM1117应用电路图3.2 无线收发模块接口电路的设计无线芯片比较小，焊
44、接起来很困难，因此本次毕业设计采用的是无线收发模块。无线收发模块nRF24L01与单片机的连接电路图如图3.2所示。图3.2为nRF24L01的应用电路。由图可知，其只需要与单片机的P1口相连nRF24L01应用电路一般工作于3V，它可用多种低功耗微控制器进行控制。nRF24L01通过Enhanced Shock Burst TM收发模式进行无线数据发送，收发可靠，其外形尺寸小，需要的外围元器件也少，因而使用方便，在工业控制、消费电子等各个领域都具有广阔的应用前景。图3.2 nRF24L01模块结构图3.2.1 时钟电路的设计时钟电路用于产生AT89S51单片机工作时所必需的时钟信号。时钟频率直接影响单片机的速度，时钟电路的质量也直接影响单片机系统的稳定性。时钟频率越快，单片机的程序执行速度越快，抗干扰性能越差；时钟频率越小，单片机的工作速度慢，抗干扰性能越好。要恰到好处的选择时钟频率对单片机工作效率尤为重要。单片机各功能的运行都是以时钟频率为基准一拍一拍的工作。常用的时钟电路有两种工作方式，一
