基于单片机的无线射频收发系统课程设计.docx
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基于单片机的无线射频收发系统课程设计
基于单片机的无线射频收发系统
摘 要：
随着现代电子技术的飞速发展，通信技术也取得了长足的进步。
在无线通信领域,越来越多的通信产品大量涌现出来。
但设计无线数据传输产品往往需要相当的无线电专业知识和价格高昂的专业设备，因而影响了用户的使用和新产品的开发。
nRF24L01是一个为433MHz ISM频段设计的无线收发芯片，它为短距离无线数据传输应用提供了较好的解决办法,使用nRF24L01降低了开发难度，缩短了开发周期，使产品能更快地推向市场。
本文提出了一种应用于无线数据收发系统的设计思路及实现方案，给出了基于无线射频芯片nRF24L01和STC89C52单片机的无线数据传输模块的设计方法,详细分析了各部分实现原理，并对系统的传输距离、传输数据的正确性进行了测试。
试验表明，该系统性能稳定，具有较强的抗干扰能力，有较强的实用价值。
关键词：
无线通信无线数据传输模块单片机射频
前言……………………………………………………………………………………1
1系统设计………………………………………………………………………1
1.1系统设计……………………………………………………………………………2
1.2实现过程……………………………………………………………………………2
2系统组成…………………………………………………………………………2
2.1射频收发控制模块……………………………………………………………3
2.1.1无线射频收发芯片nRF24L01介绍……………………………………………3
2.1.2稳压部分………………………………………………………………………5
2.2单片机控制部分……………………………………………………………………6
2.2.1STC89C52RC功能介绍…………………………………………………………6
2.2.2内部结构………………………………………………………………………6
2.2.3串口通信………………………………………………………………………8
2.3显示部分…………………………………………………………………………10
3软件设计………………………………………………………………………………11
3.1主程序流程图……………………………………………………………………11
3.2数据收发子程序流程图…………………………………………………………12
3.3键盘子程序流程图………………………………………………………………13
4测试结果及分析………………………………………………………………………13
4.1硬件电路测试……………………………………………………………………14
4.2系统测试…………………………………………………………………………14
4.2.1测试方法……………………………………………………………………14
4.2.2功能测试及分析……………………………………………………………14
5结论………………………………………………………………………………16
6参考文献……………………………………………………………………………17
致谢………………………………………………………………………………………18
附录1：
无线发射系统电路图…………………………………………………………19
附录2：
发送程序………………………………………………………………………20
前言
伴随着短距离、低功率无线数据传输技术的成熟，无线数据传输被越来越多地应用到新的领域。
与有线通信方式相比，无线通信以其不需铺设明线，使用便捷等一系列优点，在现代通信领域占重要地位。
但以往的无线产品存在范围和方向上的局限。
例如，一些无线产品在使用时，无法将信息反馈给控制者；还有一些无线产品不能很好地显示参数或状态信息，如果能在系统中增加一块小型液晶显示电路，产品不仅能向用户显示其状态或状态的改变，而且可以大大降低成本。
正如人们所发现的，只要建立双向无线通信-双工通信并且选无线数据传输模块基于微功耗单片射频收发器NRF24L01设计，采用89C52单片机完成数据的处理和控制择成本低的收发芯片，就会出现许多新应用。
本次设计主要是利用无线收发电路，加上单片机控制与液晶显示制成一套完整的数据收发系统。
考虑到目前市场上的一些需求，设计的主要要求是方案成本低，体积小，低功耗，集成度高，尽量无需调外部元件，传输时间短，接口简单。
。
第一章系统设计
1.1系统设计
无线数据传输系统有点对点，点对多点和多点对多点三种。
本系统由于实际应用的需要，接收器和数据终端之间的数据传输通过NRF24L01进行，构成点对点无线数据传输系统。
整个系统中，两数据终端之间的无线通信采用433MHz的频段作为载波频率，收发通过串口通信。
无线数据收发系统可以分为无线收发控制电路、单片机控制电路、显示电路和按键电路四部分组成，系统原理框如图1-1所示：
图1-1无线数据收发系统原理图
1.2实现过程
当我们需要发送数据时，使用按键来输入所需发送的信息。
按键与单片机的STC89C52RC的P3.2-P3.5口相接，单片机的P1.0口控制信息的发送与接收，并且TXD端与收发器输入端相连，通过TXD将数据传入收发器，收发器接收到数据后，通过FSK调制，将信号发送出去；接收端的收发器通过解调，将载波信号转换为数字信号，完成信息传输过程；收发器的输出端通过RXD端将数字信号输入到单片机；单片机将数据传送到显示器，这样就完成了一次数据发送与接收并显示的过程。
本系统采用的是半双工传送方式。
所谓半双工就是通信的双方均具有发送和接收信息的能力，信道也具有双向传输性能，但是，通信的任何一方都不能同时既发送信息又接收信息，即在指定的时刻，只能沿某一个方向传送信息。
所以上述实现过程只介绍了由一方传送到另一方的过程，而相反方向与其原理相同。
第二章系统组成
2.1射频收发控制模块
该模块主要由NRF24L01构成，RF24L01是一款工作在2.4~2.5GHz世界通用ISM频段的单片无线收发器芯片。
无线收发器包括：
频率发生器、增强型SchockBurst模式控制器、功率放大器、晶体振荡器调制器、解调器。
输出功率频道选择和协议的设置可以通过SPI接口进行设置。
2.1.1无线收发芯片nRF24L01介绍
1.主要引脚功能
图2-1NRF24L01引脚图
表2-1NRF24L01主要引脚说明表
接口电路管脚说明管脚
名称
管脚功能
说明
1
GND
接地电源
电源地
2
VCC
接电源正
电源正。
范围在1.9-3.6V。
3
CE
模块输入信号
由单片机给出信号控制NRF24L01模块内部射频电路工作与否
4
CSN
模块输入信号
模块的片选信号，单片机发出信号来控制允许向模块读或写数据
5
SCK
模块输入信号
串行时钟信号。
由单片机发出，来控制模块的读或写的运作节拍
6
MOSI
模块输入信号
是单片机向NRF24L01发送数据的接口
7
MISO
模块输出信号
是NRF24L01模块向单片机送数据的接口
8
IRQ
模块输出信号
是NRF24L01产生中断信号发送给单片机的接口
2.内部结构
图2-2NRF24L01无线收发芯片内部结构图
3.NRF24L01无线模块特点：
（1）GFSK调制：
（2）硬件集成OSI链路层；
（3）具有自动应答和自动再发射功能;
（4）片内自动生成报头和CRC校验码；
（5）数据传输率为lMb/s或2Mb/s；
（6）SPI速率为0Mb/s～10Mb/s；
（7）125个频道：
（8）与其他nRF24系列射频器件相兼容；
4.GFSK调制
本系统中的NRF24L01是具备GFSK调制的无线收发芯片。
GFSK高斯频移键控调制是把输入数据经高斯低通滤波器预调制滤波后，再进行FSK调制的数字调制方式。
它在保持恒定幅度的同时,能够通过改变高斯低通滤波器的3dB带宽对已调信号的频谱进行控制，具有恒幅包络、功率谱集中、频谱较窄等无线通信系统所希望的特性。
因此,GFSK调制解调技术被广泛地应用在移动通信、航空与航海通信等诸多领域中。
2.1.2稳压部分
由于NRF24L01的VCC脚接电压范围为3.3V~3.6V之间，不能在这个区间之外，超过3.6V将会烧毁模块，因此选用3.3V电压。
该稳压部分电路如下图所示：
图2-3稳压电路
该稳压部分主要由LM317和外围电路构成。
LM317作为输出电压可变的集成三端稳压块，是一种使用方便、应用广泛的集成稳压块。
稳压电源的输出电压可用下式计算：
Vo＝1.25（1＋R2/R1）（2-1）
因此选择R1为200欧姆，为了便于调试R2使用滑动变阻器。
在应用中，为了电路的稳定工作，需要接二极管作为保护电路，防止电路中的电容放电时的高压把LM317烧坏。
2.2单片机控制部分
控制电路主要组成部分为单片机STC89C52RC，通过STC89C52RC与nRF905进行串行通信，并用其控制NRF24L01的工作模式和SPI输入输出，从而调整收发状态。
STC89C52RC还控制液晶屏的显示和按键等系统工作。
2.2.1STC89C52RC功能介绍
STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。
STC89C52使用经典的MCS-51内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。
在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。
具有以下标准功能：
8k字节Flash，512字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，内置4KBEEPROM，MAX810复位电路，3个16位定时器/计数器，4个外部中断，一个7向量4级中断结构（兼容传统51的5向量2级中断结构），全双工串行口。
另外STC89C52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。
空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。
掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。
最高运作频率35MHz，6T/12T可选。
2.2.2内部结构
STC89C52RC单片机包含中央处理器、程序存储器（ROM）、数据存储器（RAM）、定时器/计数器、并行I/O口、串行I/O口和中断系统等几大单元以及数据总线、地址总线和控制总线三大总线构成。
图2-4STC89C52RC芯片引脚图
（1）电源和晶振
VCC：
供电电压。
GND：
接地。
XTAL1：
反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
XTAL2：
来自反向振荡器的输出。
（2）I/O口
①P0口
P0口的字节地址为80H，位地址为80H～87H。
P0口既可以作为通用I/O口使用，也可以作为单片机系统的地址/数据线使用。
当作为输出口使用时，由于输出电路是漏极开路，必须外接上拉电阻才能有高电平输出。
②P1口
P1口的字节地址为90H，位地址为90H～97H。
P1口只能作为通用I/O口使用。
当作为输出口使用时，已能对外提供推拉电流负载，外电路无需再接上拉电阻；当作为输入口使用时，应先向其锁存器写入“1”，使输出驱动电路的FET截止。
③P2口
P2口的字节地址为0A0H，位地址为0A0H～0A7H。
P2口用于为系统提供高位地址，但只作为地址线使用而不作为数据线使用。
此外，P2口也可作为通用I/O
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