无线通信测试平台的开发Word格式.docx
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理想的平台可以实现短距离的无线通信,利用nRF905在设计上的优点,可以保证数据传输的质量。
同时,液晶可以同步显示操作的过程、单片机和计算机的通信内容、无线通信内容,以及模/数转换后的结果。
第二章平台各功能模块介绍
一、AT89C51功能模块
（一AT89C51芯片介绍
AT89C51单片机结构与8051系列基本相
近,只是片内有一个4KB的Flash存储器。
输出端子和指令系统都与8051系列兼容。
AT89C51是用静态逻辑来设计的,其工作频
率可下降到0Hz,并提供两种可用软件来选择
的省电方式,即空闲方式（IdleMode和掉
电方式（PowerDownMode。
在空闲方式中,
CPU停止工作,而RAM、定时器/计数器、
串口和中断系统都继续工作。
在掉电方式中,
片内震荡器停止工作,由于时钟被“冻结”,
使一切功能都暂停,故只保存片内RAM中的图2-1AT89C51（包含晶振电路内容,直到下一次硬件复位为止。
（二AT89C51在平台中的应用
在此平台上,
1、P14—P17接按键,分别启动液晶显示、A/D、D/A、无线通信模块。
2、P00—P07脚进行数据通信:
（1传输A/D后的数据信号给AT89C51;
（2送数据信号给DAC0832;
（3传送控制信号和数据信号给nRF905及传回nRF905的反馈信号;
（4送信息及控制数据给液晶。
3、P3.0（RXD串行口输入
4、P3.1（TXD串行口输出
二、ADC0809功能模块
（一ADC0809芯片介绍
ADC0809的特性:
（1分辨率:
8位;
（2转换时间:
100us;
（3总不可调误差:
+1LSB;
图2-2ADC0809
（4单电源:
+5V;
（5具有锁存功能的8路模拟开关,可以对8路模拟电压分时进行转换;
（6输出与TTL兼容;
（7由锁存三态输出。
（二ADC0809引脚功能
1、IN0—IN7是模拟量输入端,其地址编码由A、B、C端控制
表2-1ADC0809模拟输入端地址控制表
2、Ref（+、Ref（-:
基准电压的正极和负极。
3、ALE:
地址锁存允许信号。
4、D7-D0:
转换的数据输出线。
5、START:
启动信号（输入。
为了启动A/D转换过程,应在此引脚上施加一个正
脉冲,脉冲的上沿将所有内部寄存器清零。
在其下降沿开始A/D变换过
程。
6、EOC:
转换结束信号（输出。
在START信号上升之后,0-8个时钟周期内,EOC
信号变为低电平。
当转换结束,所得到的数据可以被读出时,EOC变为高
电平。
当此A/D转换器与微机接口时,EOC可用来申请中断。
7、OE:
输出允许信号（输入,高电平有效。
它有效时,将输出寄存器中的数据放
到数据线上,以供CPU读入。
（三ADC0809与AT89C51的接口
当74LS139的11b和WR为低电平,通过或非门（74LS02,输出一个正脉冲,使启
动信号START及地址锁存允许信号ALE有效,将地址送到地址总线,模拟量经A、B、C选择开关所指定的通道送到A/D转换器。
在START下降沿的作用下,逐次逼近过程开始,即转换开始,此时转换结束信号EOC变为低电平。
直到转换结束,转换结束信号EOC变为高电平,经反相器后,使int1产生低电平,可向CPU申请中断。
此时,如果要从A/D转换器读取转换结果,单片机应发出一个输出允许信号,即使74LS139的11b和RD均为低电平,经或非门,使OE出现高电平,这时可以从A/D转换器读取数字量。
（全电路详见图2-9。
三DAC0832功能模块
（一DAC0832芯片介绍
DAC0832是美国国家半导体公司（NSC的产品,它可以直接与单片机接口,不需要外加I/O接口芯片。
它采用CMOS工艺。
它由三大部分组成:
一个8位输入寄存器,一个8位DAC寄存器和一个8位D/A转换器。
DAC0832器件由于有两个可以分别控制的数据寄存器,使用时有较大的灵活性。
可以根据需要接成多种工作方式。
在使用时,可以采用双缓冲方式（两极输入锁存,也可以用单缓冲方式（只用一项输入锁存,另一级始终保持直通的形式。
因此,这种转换器使用非常方便灵活。
图2-3DAC0832（LM358运算放大器
（二DAC0832引脚功能
1、CS:
片选信号,低电平有效。
2、ILE:
输入锁存允许信号,高电平有效。
3、WR1:
写信号1端,低电平有效。
当为低电平时,用来将输入数据传送到输入
锁存器;
当为高电平时,输入锁存器中的数据被锁存,当ILE为高电平时,
又必须CS和WR1同时为低电平时,才能将锁存器中的数据进行更新。
以上
3个控制信号构成第一级输入锁存。
4、WR2:
写信号2端,低电平有效。
该信号与XFER配合,可是锁存器中的数据
传送到DAC寄存器中进行转换。
5、XFER:
传送控制信号,低电平有效。
该信号与WR2配合,构成第二级输入
锁存。
6、D0—D7:
数字输入量。
D0是最低位（LSB,D7是最高位（MSB。
7、Iout1:
DAC电流输出1端。
当DAC寄存器全为1时,表示Iout1为最大值,
当DAC寄存器全为0时,表示Iout1为0。
8、Iout2:
DAC电流输出2端。
Iout1+Iout2=常数。
9、Rfb:
反馈电阻,为外部运算放大器提供一个反馈电压。
Rfb可由内部提供,也
可由外部提供。
10、Vref:
参考电压输入,要求外部接一个精密的电源。
当Vref为+5V时,可获
得满量程四象限的可乘操作。
11、AGND:
模拟地。
12、DGND:
数字地。
四、nRF905功能模块
（一nRF905芯片介绍
nRF905是一个无线电收发两用单芯片,ISM频带433/868/915mHz.它包含一个完整的频率合成器,接收器与解调器,功率放大器,晶体振荡器和调制器相连。
自动地处理CRC检验和序文生成。
可容易地配置使用SPI接口。
消耗的电流非常低,在传输状态下,发射功率为-10dBm时仅仅11mA,接收模式下12.5mA。
其特征如下:
1.在掉电模式下运行发送模式
3.6v
3.多信号通道运行—ETSI/FCC兼容
4.通道转换转时间小于650us
5.材料价格低
6.无外部SAW滤波器
7.最大发射功率可达到10dBm
8.“发射前先验”载波监测输出CD
9.收发空数据报时,发送数据接收就绪DR信号
10.收包裹使用地址匹配检测AM
11.自动重发机制
12.自动CRC检验和序文生成
13.低电流TX,典型11mA（当发射功率在-10dBm低供电流RX,典型12.5mA
（二nRF905功能引脚
nRF905有32个引脚,其功能见（附录二表格。
常用的nRF905是连接好外围电路的,称为PTR8000模块。
其结构见（附录一电路图。
PTR8000模块引脚有14个,其功能见下表
表2-2PTR8000模块引脚功能
（三PTR8000硬件接口
图2-4
1、SPI接口:
由SCK、MISO、MOSI以及CSN组成:
（1在配置模式下,单片机通过SPI借口配置PTR905的工作参数;
（2在发射/接收模式下,单片机SPI发送和接收数据;
用于SPI接口的有用命令请参阅《nRF905使用说明》中表格《SPI串行接口指令》。
当CSN为低时,SPI接口开始等待一条指令,任何一条新指令均由CSN的高到低的转换开始。
2、状态输出接口:
提供载波检测输出CD,地址匹配输出AM,数据就绪输出DR。
（四nRF905工作模式:
表2-3nRF905工作模式
1、nFR905的发射模式:
nFR905使用了NordicVLSI的发射模式特性,这种模式可以由nFR905提供高数据率,而无需由MCU高速的数据处理和时钟恢复。
在设置与芯片内FR协议相关的信号为高速处理的同时,nFR905提供程序微处理器一个简单串行接口,数据率由接口微处理器自身设置。
在命令数字部分的程序低速率工作的同时,在RF联接上将数据最大化,nFR905模式降低程序中的平均电流消耗。
在接收模式下,当一个合法地址和载重量被分别地接收到时,通知微处理器地址匹配和数据接收就绪。
在发射模式下,nRF905自动地产生序文和CRC校验。
数据接收就绪通知微处理器传送已经完成了。
总之,这意味着降低微处理器在低功耗时的存储要求,同时降低软件的完成时间。
2、典型的发射模式:
（1当程序处理器拥有路由节点的数据时,串行接口将接收地址和发射流量信息锁在
nFR905中。
程序协议或微处理器设置接口的速度。
（2微处理器将TRX_CE和TX_EN置高,进行发射。
（3905的发射:
⊙无线电自动通电
⊙数据包完成（加序文,CRC计算
⊙数据包发送（1000KBPS,GFSK,曼彻斯特编码
⊙数据就绪当传输完成时被置高。
（4如果AUTO_RETRAN被设高,nRF905连续重发包直到TRX_CE变为低。
当TRX_CE被
设低,nFR905完成发送向外发的包,然后自动设为支持模式。
这种发射模式保证了传输一个包的过程,只要开始就能完成,无论TRX_CE和TX_CE在传送时被如何设置,这种新的模式在传送完成的时候仍是工作的。
3、发射流程:
图2-5
4、典型的接收模式:
（1接收模式选择TRX_CE和TX_EN为低。
（2在650us后,nFR905控制空中接收的通信。
（3当nFR905探测到一个在接收频率的载波时,载波监视针置高。
（4当一个合法地址被接收后,地址匹配针被置高。
（5当一个合法包被收到后（找到正确的CRC,nFR905去掉序文和地址和CRC
位,然后数据就绪位被置高。
（6微处理器设TRX_CE为低,以进入支持模式。
（低电流模式
（7微处理器能在适当的速率,通过串行接口输出时钟给流量数据。
（8当获取所有的流量数据后,nFR905将数据就绪位和地址匹配位再置低。
（9芯片当时为接收做好准备,发射或掉电模式做好了准备。
如果TRX_CE或TX_EN在接收包时被改变,nFR905立即改变模式,包被丢失。
但是,如果微处理器感测到AM针,它知道什么时候芯片接收一个发来的包并能决定是否等待DR信号或进入一个不同的模式。
5、接收流程:
图2-6
6、掉电模式:
在掉电模式下,nRF905只能最小消耗电流,典型地小于5uA。
当进入这种模式下,装置不工作,平均最小电流消耗和最大电池寿命。
掉电模式下,配置字的内容保持。
7、支持模式:
支持模式是用来在保持接收和发送短启动时间下,最小化平均电流消耗。
在这种模式,晶振的部分可用。
电流消耗是与晶振频率独立的。
Ex:
IDD=12uA当4mHz
IDD=46uA当20mHz
如果nRF905的uP时钟使能,电流消耗增加,与负荷的静电容量和频率独立。
在支持状态下保持配置字内容。
五、MAX232功能模块
（一MAX232芯片介绍:
MAX232芯片是一种较新的RS—232的
转换芯片,它可实现TTL电平与RS—232电
平转换,MAX232内部有电平倍增电路和转换
电路,仅需+5V电源便可工作。
它引脚分布如
图2-7所示。
图2-7
（二单片机与PC机串行通信的连接图:
图2-8
六GDM12232E功能模块
（一GDM12232E性能特征
1.122*32点,8192个中文字符
2.128个字母字符
3.64*256位显示寄存器
4.强显示控制功能
5.+2.7—+5.5V供电
6.STN,1/32责任,LEDBKL或ELBKL
7.4位/8位串行接口
此外,GDM12232E拥有自动电源启动复位功能;
提供外部触发引脚;
配合外部SEGMENT驱动器可以扩充显示区;
内部震荡器由外部电阻调整;
（二GDM12232E引脚功能
表2-4
（三读写命令的选择
表2-5
七、按键控制电路
（一键盘的工作原理
在一个计算机系统中,输入和输出设备是其重要组成部分,程序数据等要通过输入设备输入到计算机,常用的输入输出设备有键盘、显示器、打印机等。
其中键盘是微型机器常用的廉价输入设备,操作员在键盘上可以输入数据地址或者指令,键盘上闭和键的说明,如果硬件电路来实现的称为编码键盘,如果靠软件来实现的称为未编码键盘,对于单片机系统,常用的是未编码键盘。
按照键盘与CPU的连接方式可以分为独立是键盘和矩阵式键盘,独立式键盘是各按键相互独立,每个按键占用一个I/O口线,每个I/O口线上的按键的工作状态不会影响其他I/O口。
缺点是:
在按键数量较多时,I/O口浪费较大,电路结构显得复杂。
本次设计中我们选用四个独立式键盘控制平台各项工作。
八、测试平台原理设计
（一原理图的设计原则和结论
图2-9
1、总体设计:
（1了解系统功能和技术指标
（2选择单片机类型:
AT89C51;
（3关键器件选择:
ADC0809,DAC0832,MAX232,nRF905,GDM12232E;
（4按软件、硬件划分。
2、硬件设计:
（1元器件选择原则:
综合考虑性能指标参数,经济性,通用性,速度要匹配,
电路类型统一;
（2系统构成方式选择:
模块化系统;
（3系统硬件电路设计规则:
●尽可能选择标准化、模块化的电路
●系统配置及扩展标准必须充分满足系统的功能要求,并留有余地,以便二
次开发
●单片基外接电路较多时,必须考虑其驱动能力。
●可靠性及抗干扰性
●考虑安装、调试、维护的方便
（二PCB图的设计原则和结论
图2-10
绘制PCB板要遵循以下原则:
1.晶振必须尽可能靠近CPU晶振端子,且晶振电路下方不能走线,最好在晶振下方
放置一个与地线相连的屏蔽层。
2.电源、地线要求:
尽量不安排在一个面上,且平行走线,这样寄生电容起滤波作
用。
3.模拟信号和数字信号不能共地。
4.对于输入信号线,走线尽可能短,防止可能出现的干扰,不同信号线避免平行走
线,上下两面的信号最好交叉走线。
第三章软件调试实验过程
一软件设计:
（一DAC0832模块
一路模拟量输出的DAC0832与AT89C51的接口电路,ILE接+5V,WR1和WR2相连并接到AT89C51的WR,CS和XFER相连并接到74LS02的地址线A0,显然当其为低电平时,选中DAC0832。
DAC0832作为AT89C51的一个外部I/O口,口地址为00FEH,CPU对它进行一次写操作,即把一个数字量写入DAC寄存器,DAC0832输出一个新的模拟量。
DAC:
MOVDPTR,#00FEH
MOVA,#05FH
MOVX@DPTR,A
RET
（二ADC0809模块
ADC0809作为AT89C51的一个扩展I/O口,采用线性选址的方法,口地址为00F8,选中ADC0809的INT0输入。
可采用中断控制方式,由外部中断1的中断服务程序读A/D转换结果,也可以直接检测INT1脚电平的变化,判断一次A/D转换结果是否结束,然后从A/D口读取转换后的结果。
下面是A/D转化的子程序。
执行该程序后,在50H的1个单元中存有A/D转换后的结果,如果在输入端分别输入+5v、+3v和0v直流电压,执行该程序后,检查50H单元的值是FFH。
AD:
SETBEX1
SETBIT1
SETBEA
MOVDPTR,#00F8H
MOVA,#00H
MOVX@DPTR,A
N2:
SJMPN2
PIT:
MOVDPTR,#00F8H
MOVXA,@DPTR
MOV50H,A
MOVTMOD,#20H
MOVTH1,#0FdH
MOVTL1,#0FdH
MOVSCON,#0d8H
MOVPCON,#00H
SETBTR1
ACALLRS232
其它模块程序,请见附录三。
二、调试结论
在调试过程中,遇到最明显的问题是无法正确而快速地发现故障、解决故障。
原因有两点,第一是我们采用了典型的模块划分思想,先完成模块设计,再嵌入总程序,它的优点是逻辑简单,而缺点是嵌入过程中必须全面考虑所有模块的时序、冲突等。
第二是我们在以前的学习中只注重了理论学习,而忽略了实践操作,从而缺乏分析故障的能力。
在故障发生时,无从下手。
最后,我们只能使部分平台正常工作,但我们仍坚持完成C++部分程序的设计。
目的是体现设计思路的完整性。
第四章基于C++语言的界面设计
一、利用串口通信控件编程
（一安装控件
C++Builder本身并不提供串行通讯控件MSComm,但我们却可以通过注册后直接使用它。
启动C++Builder5.0后,然后选择C++Builder主菜单中的Component菜单项,单击ImportActiveControl命令,弹出ImportActive窗口,选择MicrosoftCommControl6.0,再选择Install按钮执行安装命令,系统将自动进行编译,编译完成后即完成MSComm控件在C++Builder中的注册,系统默认安装在控件板的Active菜单,接下来我们就可以像使用C++Builder本身提供的控件那样使用新注册的MSComm控件了。
（前提条件是你的计算机上安装了VisualBasic
（二界面设定
新建一个工程Project1,把注册好的MSComm控件加入到窗体中,4个Button分别用来"
打开串口"
、"
关闭串口"
、"
发送就绪"
接收就绪"
2个Memo控件分别用来显示接收到的数据和发送的数据。
Button1用来打开串口,Button2用来关闭串口,Button3用来发送数据,Button4用来接收数据。
Memo1用来显示接收的数据,Memo2显示发送的数据。
（三设计程序代码:
请见附录四。
实现后的窗口图如下:
（四编译后的串口通信界面
编译后的界面中控件消失,只有两个按钮和两个Memo。
按下“打开串口”,允许通信:
按顺序按下“发送就绪”,“接收就绪”,通信成功:
二、串口通信实现的具体功能
此界面在平台工作中所承担的任务是显示单片机和计算机之间的通信。
具体体现在接收单片机AT89C51发送的数据,包括:
模/数转换结果,无线通信接收到的数据（来自其它的单片机;
将接收结果通过串口发给单片机,以便在显示屏上显示。
用C++语言编程的优点是:
实用性强,可读性强,可以组合成大型程序。
在这次编程中,我们选取了典型的串口通信模式,用最简单的语言实现平台的要求。
不过,作为初学者,我们的设计也是存在缺点的:
我们设想的通信比较简单,没有考虑平台上各个模块的存储能力,一旦进行大量数据的通信,可能发生系统混乱,如数据丢失和乱码。
这种通信实现了功能性,但没有市场推广的可操作性,即不能承受和解决高速率和大数量的通信要求。
结论
本论文对无线通信测试平台的开发进行了研究,并简单介绍了平台的组成、功能和技术特点,介绍了无线测试平台的软、硬件组成,详细分析了其主要功能,并且在功能分析的基础上,提出了一个设计方案。
本课题共分硬件设计和软件设计两大部分。
本文的特点是偏重硬件设计。
其优点在于对硬件组成、模块化分、电路原理设计、电路板设计以及串口通信界面的设计部分介绍的非常详细。
论文重点说明了设计的思路。
同时,本文也有一定的漏缺,全文对单片机软件程序的设计说明比较简单。
并且,调试测试平台方面分配的时间比较紧,分析故障的能力不足。
不过,通过本论文的学习,本人在理论和实践方面都有了明显的进步:
1、论文期间,通过对电路设计理论的学习,使得我对这一学科的认识从知之甚少到有了
较多的了解和认识,掌握了如何去学习新理论和新知识的方法,这为我日后的工作和学习打下了坚实的基础。
2、通过对串口通信界面的设计,使得我对编程有了更加深刻的认识,掌握了软件开发的
流程,具备了初步编程的能力。
3、同时,我也将吸取这次研究经历的教训,在测试实践部分提高自己的能力,将努力设
计出更具有应用性质的成果。
致谢
经过了四个月的学习,我的毕业论文终于完成了,其中除了我的个人努力之外,最主要还是感谢**老师和***老师给予我的巨大帮助,不但让我按时且圆满的完成了毕业课题的研究,而且还让我学到了许多书本上难以学到的知识。
在这段时间中,两位老师严谨的治学态度、深厚的理论基础和扎实的实践功底,深深地感染了我及实验室中的每一位同学,使我们得到了宝贵的学习经历。
感谢两位老师无私的奉献,他们高尚的科研精神鼓舞了我,我将在科学之路上继续努力,以回报每一位曾经为我留下汗水的老师。
参考文献
[1]崔玮《P
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