基于单片机无线网络通信模块设计Word文件下载.docx

基于单片机无线网络通信模块设计Word文件下载.docx

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方案三：

采用24L01无线射频模块进行通信，24L01是一款高速低功耗的无线通信模块。

他能传输上千米的距离（加），而且价格较便宜，采用总线通信模式电路简单，操作方便。

考虑到系统的复杂性和程序的复杂度，我们采用方案三作为本系统的通信模块。

1.2微控制器的比较和选择

采用传统的89S52单片机作为主控芯片。

此芯片价格便宜、操作简便，低功耗，比较经济实惠,但是应用很局限，且要求较高时传统的89S52单片机达不到要求。

采用公司生产的430F149系列单片机作为主控芯片。

此单片机是一款高性能的低功耗的16位单片机，具有非常强大的功能，且内置高速12位。

但其价格比较昂贵，而且是贴片封装，不利于焊接，需要制板，大大增加了成本和开发周期。

基于公司3内核的32F103系列处理器，采用串行单线调试和，通过调试器你可以直接从获取调试信息，从而使产品设计大大简化，主要应用于要求高性能、低成本、低功耗的产品。

根据系统需要，从性能和价格上综合考虑我们选择方案三，即用32F103作为本系统的主控芯片。

1.3串行通信方式比较和选择

485串行通信：

该接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗噪声干扰性好。

具有多机通信能力，这样用户可以利用单一的485接口方便地建立起设备网络。

接口组成的半双工网络，一般只需二根信号线，所以它的接口均采用屏蔽双绞线传输，数据信号采用差分传输方式。

但是由于电脑上没有485接口，所以设计的时候还需要一个485转232转换器，较为麻烦。

232串行通信：

它是无处不在的，每一台机都有一个或者更多的接口。

在微控制器中，接口芯片使得将一个5V串口转换成232变的更容易。

连接距离可以达到50到100，大多数的外设接口都不会用于太长的距离。

对于一个双向选择，只需要3条导线。

一个并行连接器一般需要8条数据线，两条或者更多的控制信号线和几根接地线。

它作为一种标准，与很多设备兼容，目前已经在很多的微机通信接口中广泛的被采用。

所以这里采用该通信方式。

1.4显示模块方案

选择主控为7920的带字库的12864来显示信息。

12864是一款通用的液晶显示屏，能够显示多数常用的汉字及码，而且能够绘制图片，描点画线，设计成比较理想的结果。

采用2.8寸显示信息，这款比较通用的字符液晶模块，能显示字符和数字等信息，且价格便宜，容易控制。

采用7段数码显示管显示，其成本低，容易显示控制，但不能显示字符。

综合以上方案，方便我们对信息的观看和理解，我们选择了经济实惠的2.8寸显示，可以直接显示数据、字符等。

2.单元模块设计

2.124L01射频模块电路设计

2.1.124L01芯片概述

24L01是一款新型单片射频收发器件,工作于2.4～2.5频段。

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,并融合了增强型技术，其中输出功率和通信频道可通过程序进行配置。

24L01功耗低,在以-6的功率发射时，工作电流也只有9；

接收时，工作电流只有12.3，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。

24L01主要特性如下：

1）2.4全球开放的频段，免许可证使用。

2）最高工作速率2，高校的调制，抗干扰能力强。

3）125个可选的频道，满足多点通信和调频通信的需要。

4）内置检错和点对多点的通信地址控制。

5）低工作电压（1.9~3.6V）。

6）可设置自动应答，确保数据可靠传输。

2.1.2引脚功能及描述

24L01的封装及引脚排列如图所示。

各引脚功能如下：

图124L01引脚示意图

：

使能发射或接收；

，，，：

引脚端，微处理器可通过此引脚配置24L01；

中断标志位；

电源输入端；

电源地；

2，1：

晶体振荡器引脚；

为功率放大器供电，输出为1.8V；

12：

天线接口；

参考电流输入。

2.1.3工作模式

24L01有工作模式有四种：

收发模式、配置模式、空闲模式和关机模式。

24L01的工作模式由、、和三个引脚决定，如表。

表格124L01工作模式

工作模式

ＰＷＲ＿ＹＰ

ＣＥ

ＣＳ

收发模式

１

０

配置模式

空闲模式

关机模式

Ｘ

收发模式：

24L01的收发模式有收发模式和直接收发模式两种，收发模式由器件配置字决定。

这里只介绍收发模式。

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

（1）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：

1）尽量节能；

2）低的系统费用（低速微处理器也能进行高速射频发射）；

3）数据在空中停留时间短，抗干扰性高。

24L01的技术同时也减小了整个系统的平均工作电流。

在收发模式下，24L01自动处理字头和校验码。

在接收数据时，自动把字头和校验码移去。

在发送数据时，自动加上字头和校验码，当发送过程完成后，数据准备好引脚通知微处理器数据发射完毕。

配置模式：

在配置模式，15字节的配置字被送到24L01，这通过、1和三个引脚完成。

空闲模式：

24L01的空闲模式是为了减小平均工作电流而设计，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4时工作电流为12，外部晶振为16时工作电流为32。

在空闲模式下，配置字的内容保持在24L01片内。

关机模式：

在关机模式下，为了得到最小的工作电流，一般此时的工作电流小于1。

关机模式下，配置字的内容也会被保持在24L01片内，这是该模式与断电状态最大的区别。

2.232F103模块电路

2.2.1电源电路

由于32直接由的供电，提供5V电源，所以不需要总电源，但24L01模块需要低于3.5V电压，所以需要3.3V稳压电路，如下：

图23.3V稳压电路

2.2.2显示模块

2.8寸与32连接原理图，如下：

图3原理图

2.2.3按键模块

在课程设计中用到了按键控制发送数据，按键原理图，如下：

图4按键连接原理图

2.2.424L01模块

24L01模块有八个引脚需要连接到32，在这里由于用到了1的四个引脚，直接与（4-6）引脚相连，设置复用功能就直接可用1，无线模块的其他引脚分别与1和7相连，这样可以简化电路，如下：

图524L01原理图

3.系统功能与软件设计

3.1系统总结构与流程

系统主要包括两个分别具有收发功能的无线通信模块，每个模块均由32F103和无线收发芯片24L01组成。

系统的原理框图如图所示，发送时，单片机通过总线向24L01写人控制命令及所需发送的数据，24L01通过天线发送出去；

接收时，单片机通过总线读取24L01的工作状态，获取芯片相关信息及接收到的数据。

两个收发模块之间相互通信，从而实现数据的无线传输。

同时接收端将接收到的数据存储到扩展的片外数据存储器中。

系统结构框图：

图6整体结构框图

根据功能不同，可以把整个系统分为32、24L01无线通信模块、显示模块、按键发送模块。

32主要功能是控制24L01无线通信和显示，按键中断控制24L01无线模块发送数据，显示模块显示数据。

当按下按键时，32控制显示相应的数字，同时通过24L01将该数字发送出去，另一个24L01接收到该数字，经由32F103显示于上。

系统的工作流程图如下：

图7系统流程图

3.2初始化程序的设计

系统在正式工作前，都要进行一些初始化工作。

因此在系统启动之初，为了能够让32F103单片机各项功能合理有序的工作，需要进行一系列的初始化配置。

本文系统设计中初始化程序主要包括微处理器32F103开发板的初始化程序、串行外设接口（）的初始化程序、24L01芯片的初始化程序、按键的初始化程序、显示模块的初始化程序等。

其中32F103单片机的初始化又包括口初始化配置、中断初始化配置等。

3.2.1的初始化配置

32F103的串行接口置配置时，设为主，串行时钟在脚产生。

配置程序软件及步骤如下：

1.配置24L01的、输入输出线和时钟线分别同的对应的外设线相连接，即1与（51）、（61）、（71）、（41）相连接。

2.通过1寄存器的位定义串行时钟波特率分频值为16。

3.选择和位，定义数据传输和串行时钟的相位关系，选择了串行时钟的稳态，时钟悬空低电平，数据捕获于第一个时钟沿。

4.设置位来定义为8位。

5.配置1寄存器的位定义帧格式。

6.如果引脚需要工作在输入模式，硬件模式中在整个数据帧传输器件应把脚连接到高电平；

在软件模式中，需设置1寄存器的和位，如果引脚工作在输出模式，则只需设置位。

7.设置和位在这个配置中，脚是数据输出，而脚是数据输入。

串行口初始化流程图如3-5所示：

图8初始化

3.2.2中断向量及外部中断配置

为了能让系统程序的执行效率更高，所以必须尽量使用32F103的中断响应函数来取代传统的循环判断方式。

32F103中断配置以抢占优先级与响应优先级这两项为主要参数，抢占优先级代表了中断的嵌套关系，抢占优先级较高（数值较小）的中断能够在优先级较低的中断里面嵌套执行。

响应优先级表示了当中断同时发生的时候32F103响应的顺序，数值较小的中断优先响应。

配置外部中断，0对应按键0，当按键按下触发中断，进入中断服务函数，延时消抖后清除中断标志位，开启片选后在服务函数中调用24L01发送程序关闭片选。

图9按键及中断配置

3.2.324L01工作模式配置及接收函数

当使用24L01时需要对其接收或者发送模式进行配置，首先调用初始化函数，然后配置寄存器使芯片工作于发送模式后拉高端至少10，读状态寄存器，判断是否是发送完成标志位置位，清标志，清数据缓冲。

工作模式配置可以参考数据手册在表1可以得到。

配置过程如图：

图10工作模式配置及接收函数

3.2.4初始化配置

初始化直接调用库函数，经过初始化，设置背景颜色和设置字体颜色，过程非常简单，这里不做过多说明。

4.设计总结

在本次无线通信应用系统设计中我收