通信電子線路課程設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) 題 目： 基于NRF905的無(wú)線接收系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)院名稱 ： 電氣工程學(xué)院班 級(jí) ： 本09通信工程02班學(xué) 號(hào) ： 20094400229 學(xué)生姓名 ： 余衡 指導(dǎo)老師 ： 黃智偉教授 教研室主任 ： 王彥 二零一二年五月基于NRF905無(wú)線數(shù)據(jù)接收摘要現(xiàn)代工業(yè)對(duì)于無(wú)線數(shù)據(jù)的采集顯得越發(fā)重要,本系統(tǒng)主要以單片機(jī)最小系統(tǒng)為控制核心，結(jié)合無(wú)線模塊完成的無(wú)線收發(fā)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)是通過(guò)無(wú)線模塊NRF905接收發(fā)射器發(fā)出的信號(hào)，并將其傳入單片機(jī)，在單片機(jī)內(nèi)部經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換并將接收的數(shù)據(jù)在數(shù)碼管上顯示出來(lái)。nRF905是Nordic VLSI公司推出的單片射頻收發(fā)器，工作電壓為1.9 V3.6 V，工作于433MHz、868MHz、915MHz 3個(gè)ISM頻段，頻道轉(zhuǎn)換時(shí)間小于650s，最大數(shù)據(jù)速率為100 kbit/s。nRF905由頻率合成器、接收解調(diào)器、功率放大器、晶體振蕩器和GFSK調(diào)制器組成。nRF905適用于遙感、遙測(cè)、無(wú)線抄表、工業(yè)數(shù)據(jù)采集以及家庭自動(dòng)化等領(lǐng)域。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī) 溫度 NRF905無(wú)線模塊 接收 數(shù)碼管 AbstractModern industry for wireless data collection is becoming more and more important, this system mainly on the single chip computer control system for minimum core, combining wireless module complete wireless transceiver system design. The system is through the wireless module NRF905 receiving emitter signal, and will be introduced into the single chip microcomputer, the microcontroller internal by transfer and will receive data in digital tube displayed. NRF905 Nordic VLSI is out with single piece of rf transceiver, working voltage of 1.9 V-3.6 V, work in 433 MHz, 868 MHz, 915 MHz 3 ISM band, channel the conversion time less than 650 s, maximum data rate for 100 kbit/s. NRF905 by frequency synthesizer, receiving modem, power amplifiers, crystal oscillator and GFSK modulator composition. NRF905 used in remote sensing, remote sensing, wireless meter reading, industrial data acquisition and home automation 。Key words: Single chip microcomputer temperature NRF905 wireless module receiving Digital tube 目錄1系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)及論證51.1設(shè)計(jì)任務(wù)與要求51.2設(shè)計(jì)分析51.3 各模塊方案論證51.3.1 控制器模塊51.3.2 顯示模塊61.3.3 無(wú)線接收模塊62系統(tǒng)原理分析和單元單元設(shè)計(jì)62.1 NRF905芯片62.1.1 NRF905芯片結(jié)構(gòu)62.1.3 NRF905芯片工作方式82.2 接口電路管腳及說(shuō)明92.2.1 接口電路管腳92.2.2管腳相關(guān)參數(shù)102.3.4 模塊引腳和電氣參數(shù)說(shuō)明112.3.2 ShockBurst 模式132.3.4 ShockBurst RX 接收流程132.3.5 節(jié)能模式142.4配置NRF905模塊142.4.1 SPI接口寄存器配置142.4.2 SPI 指令設(shè)置152.4.3 SPI 時(shí)序172.4.4 NRF905配置寄存器173 STC89C52的介紹204 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)電路圖224.1 系統(tǒng)原理圖224.2 系統(tǒng)PCB圖235 軟件設(shè)計(jì)分析237 心得體會(huì)25參考文獻(xiàn):25附錄：26附錄1：元器件清單26附錄2：程序清單27附錄3：任務(wù)書331系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)及論證1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求設(shè)計(jì)一個(gè)由單片機(jī)控制的無(wú)線接收電路：輸入信號(hào)為傳感器、電壓、電流、開(kāi)關(guān)等形式，輸出控制信號(hào)為模擬電壓或者數(shù)字信號(hào)，控制對(duì)象可以是電機(jī)（直流電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)）、開(kāi)關(guān)、顯示器等，信號(hào)傳輸采用無(wú)線模塊，微控制器采用單片機(jī)。1.2設(shè)計(jì)分析要成功實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)任務(wù)與要求，系統(tǒng)必須具備以下功能模塊：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制器、無(wú)線接收模塊、顯示模塊。本系統(tǒng)由無(wú)線接收模塊接收通過(guò)發(fā)射系統(tǒng)傳過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)，通過(guò)單片機(jī)采集分析數(shù)據(jù)，然后送到數(shù)碼管上顯示。整體系統(tǒng)框圖如下：數(shù)碼管顯示單片機(jī)控制無(wú)線接收模塊NRF905顯示數(shù)據(jù)檢測(cè)信號(hào)圖1.1 整體系統(tǒng)框圖1.3 各模塊方案論證 1.3.1 控制器模塊方案一：采用FPGA作為主控制器。FPGA內(nèi)部具有獨(dú)立的I/O 接口和邏輯單元，使用靈活，適用性強(qiáng)，且相對(duì)單片機(jī)來(lái)說(shuō)，還有速度快，外圍電路較少，集成度高的特點(diǎn)，因此特別適用于復(fù)雜邏輯電路設(shè)計(jì)。但是FPGA的成本偏高，算術(shù)運(yùn)算能力不強(qiáng)，而且由于本設(shè)計(jì)對(duì)輸出處理的速度要求不高，所以FPGA高速處理的優(yōu)勢(shì)得不到充分體現(xiàn)。方案二：采用ARM7TDMI-S微控制器LPC2148。32位的LPC2148工作電壓為3.3V，典型工作電流為53mA，工作頻率可高達(dá)60MHz，具有45個(gè)可承受5V電壓的I/O口，內(nèi)置寬范圍的串行通信接口，采用3級(jí)流水線工作模式，具有掉電和空閑兩種低功耗工作模式。方案三：采用STC89C52RC單片機(jī)作為主控制器，其有40個(gè)引腳，32個(gè)獨(dú)立的I/O 口，二個(gè)外部中斷，三個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器，雖然相對(duì)FPGA來(lái)說(shuō)在功能和速度上有點(diǎn)差異， 但單片機(jī)算術(shù)運(yùn)算功能強(qiáng)，軟件編程靈活、可用軟件較簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)各種算法和邏輯控制，并且由于其成本低、體積小、技術(shù)成熟和功耗小等優(yōu)點(diǎn)，開(kāi)發(fā)過(guò)程中可以利用的資源和工具豐富。針對(duì)本設(shè)計(jì)對(duì)處理器要求不高，根據(jù)經(jīng)濟(jì)節(jié)約的原則，系統(tǒng)擬采用方案三，使用STC89C52RC單片機(jī)作為本系統(tǒng)的主控制器。1.3.2 顯示模塊方案一：使用數(shù)碼管進(jìn)行顯示，按鍵用于切換顯示?？刹捎弥芰⒐旧a(chǎn)的ZLG7290芯片來(lái)配合控制器對(duì)數(shù)碼管和按鍵進(jìn)行控制，該芯片具有I2C 串行接口，只需占用控制器3個(gè)管腳，便可方便地控制數(shù)碼管顯示和檢測(cè)按鍵。 方案二：用12864液晶，12864液晶能同時(shí)顯示64個(gè)字符或32個(gè)漢字，工作電壓為5V,顯示內(nèi)容多，操作方便，顯示清晰,不需額外電路。方案選擇：由于不需要顯示漢字，只需要顯示數(shù)字，綜合考慮選擇方案一 1.3.3 無(wú)線接收模塊方案一：?jiǎn)纹瑹o(wú)線收發(fā)器芯片nRF905 。工作電壓為1. 93. 6 V ,工作于433/ 868/ 915 MHz 三個(gè)ISM頻道, 最大數(shù)據(jù)速率為100 Kb/ s。芯片內(nèi)部集成了頻率合成器、接收解調(diào)器、功率放大器、晶體振蕩器和調(diào)制器。其主要特點(diǎn)是能夠自動(dòng)處理報(bào)頭和CRC 冗余校驗(yàn),而且可以直接通過(guò)SPI 接口來(lái)進(jìn)行軟件配置。此外,其功耗非常低,以- 10 dBm的輸出功率發(fā)射時(shí)電流只有11 mA ,工作于接收模式時(shí)的電流為12. 5 mA ,并內(nèi)建有空閑模式與關(guān)機(jī)模式,易于實(shí)現(xiàn)節(jié)能。方案二：使用nRF24L01無(wú)線收發(fā)模塊。其工作頻段為2.4GHz，最高工作速率為2Mbps，最遠(yuǎn)傳輸距離為100m，低功耗1.9V3.6V工作，待機(jī)模式下為22A，可通過(guò)SPI接口方便地與控制器相連。方案三：采用APC220-43無(wú)線串口收發(fā)模塊。該模塊是高度集成半雙工微功率無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊，其嵌入高速單片機(jī)和高性能射頻芯片。創(chuàng)新的采用高效的循環(huán)交織糾檢錯(cuò)編碼，抗干擾和靈敏度都大大提高，最大可以糾24bits連續(xù)突發(fā)錯(cuò)誤，支持在線編程，3.36V寬電壓范圍工作。綜合考慮，本系統(tǒng)采用高速低耗收發(fā)模塊nRF905,故采用方案一。2系統(tǒng)原理分析和單元單元設(shè)計(jì)2.1 NRF905芯片2.1.1 NRF905芯片結(jié)構(gòu)MOSI/MISO是發(fā)射接收數(shù)據(jù)的通道；TRX_CE，TX_EN是收發(fā)通道的控制端；PWR_UP是工作模式控制端；CSN、SCK為串行接口控制端；CD是接收模式下載波監(jiān)測(cè)信號(hào)輸出端；AM是接收到正確的數(shù)據(jù)包地址后芯片指示信號(hào)的輸出端；DR是發(fā)射完一個(gè)數(shù)據(jù)包后芯片指示信號(hào)的輸出端；uPCLK是芯片提供的一個(gè)可設(shè)置的時(shí)鐘源信號(hào)輸出端；ANT1和ANT2用于天線部分；XC1和XC2外接電路構(gòu)成了晶體振蕩電路。nRF905片內(nèi)集成了電源管理、晶體振蕩器、低噪聲放大器、頻率合成器、功率放大器、通信協(xié)議控制等模塊，曼徹斯特編碼/解碼由片內(nèi)硬件完成，無(wú)需用戶對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行曼徹斯特編碼，因此使用非常方便?？勺詣?dòng)處理字頭和（循環(huán)冗余碼校驗(yàn)），使用接口與微控制器通信，配置非常方便。由于nRF905采用抗干擾能力強(qiáng)的高斯頻移鍵控（GFSK）調(diào)制方式，抗干擾能力強(qiáng)，能很好的減少噪聲環(huán)境對(duì)系統(tǒng)性能的干擾。其芯片框架及引腳封裝如下圖所示: 圖2.1.1RNF905芯片框架圖 圖2.1.2 NRF905芯片引腳封裝形式2.1.2 NRF905芯片工作特點(diǎn) 芯片有如下特點(diǎn)：工作頻率可通過(guò)軟件配置，設(shè)置在433/868/915MHz三個(gè)頻段，免許可證使用，最大傳輸速率100kb/s高效GPSK調(diào)制，抗干擾性強(qiáng)可適合許多工業(yè)控制場(chǎng)合；125個(gè)頻道選擇，滿足多點(diǎn)通信和調(diào)頻通信的需要；內(nèi)置硬件CRC校驗(yàn)檢錯(cuò)和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信地址控制；1.9V3.6V低功耗工作，待機(jī)模式下靜態(tài)電流僅為2.5uA收發(fā)模式切換時(shí)間短，小于650us,芯片可通過(guò)軟件設(shè)置地址，可直接和各種單片機(jī)連接實(shí)用，軟件編程非常方便。2.1.3 NRF905芯片工作方式 NRF905有兩種工作模式和兩種節(jié)能模式。兩種工作模式分別是 接收模式和 發(fā)送模式，兩種節(jié)能模式分別是關(guān) 機(jī)模式和空閑模式。nRF905的工作模式由TRX_CE、TX_EN和PWR_UP三個(gè)引腳決定 芯片的工作以及節(jié)能模式 PWR_UP TRX_CE TX_EN工作及節(jié)能模式 0 X X 關(guān)機(jī)模式 1 0 X 空閑模式 1 1 0 射頻接收模式 1 1 1 射頻發(fā)射模式 圖2.1.3.1芯片工作模式 由于nRF905具有ShockBurstTM功能，使得nRF905不需要使用昂貴的高速微控制處理器（MCU）對(duì)數(shù)據(jù)處理時(shí)鐘恢復(fù)，也能達(dá)到較高的數(shù)據(jù)率。通過(guò)在芯片上將所有的高速信號(hào)處理變?yōu)樯漕l通信協(xié)議，nRF905芯片提供了一個(gè)具有微控制器能力的SPI接口，數(shù)據(jù)率由具有微控制器功能的接口速率自行設(shè)定。收發(fā)電路的數(shù)字部分是一個(gè)低速率電路，而收發(fā)電路的射頻鏈接卻是一個(gè)處于最高速率的電路，整個(gè)電路要通過(guò)變速才能解決速率上的差異。nRF905芯片的ShockBurstTM模式減少了在這一過(guò)程中的平均電流消耗。在ShockBurstTMRX模式中，當(dāng)一個(gè)有效地址的數(shù)據(jù)包被接收時(shí)，能夠通過(guò)AM和DR兩個(gè)信號(hào)外送給MCU。在ShockBurstTMTX模式中，nRF905芯片自動(dòng)地完成報(bào)頭的生成和CRC校驗(yàn)，當(dāng)發(fā)送過(guò)程完成后，能夠通過(guò)DR信號(hào)外送給MCU，發(fā)送工作已經(jīng)完成。這樣可以降低MCU對(duì)內(nèi)存的要求，使得MCU實(shí)現(xiàn)了低成本，同時(shí)也縮短了軟件的開(kāi)發(fā)周期。 2.2 接口電路管腳及說(shuō)明2.2.1 接口電路管腳 圖2.2.1 NRF與單片機(jī)接口注：因?yàn)閱纹瑱C(jī)提供5V電壓，超過(guò)NRF905工作電壓，需要用穩(wěn)壓芯片穩(wěn)壓2.2.2管腳相關(guān)參數(shù) 圖2.2.2管腳相關(guān)參數(shù)2.2.3 管腳說(shuō)明(1) VCC 腳接電壓范圍為3.3V3.6V 之間，不能在這個(gè)區(qū)間之外，超過(guò)3.6V 將會(huì)燒毀模塊。推薦電壓3.3V 左右。(2)除電源VCC 和接地端，其余腳都可以直接和普通的5V 單片機(jī)IO 口直接相連，無(wú)需電平轉(zhuǎn)換。當(dāng)然對(duì)3V 左右的單片機(jī)更加適用。(3)硬件上沒(méi)有SPI 的單片機(jī)，可以用普通單片機(jī)IO 口模擬SPI，不需要單片機(jī)SPI 模塊介入，只需添加代碼模擬SPI 時(shí)序即可。(4) 13 腳、14 腳為接地腳,需要和母板的邏輯地連接起來(lái)(5)排針間距為100mil,標(biāo)準(zhǔn)DIP 插針。(6)與51 系列單片機(jī)P0 口連接時(shí)候，需要加10K 的上拉電阻,與其余口連接不需要。(7)其他系列的單片機(jī)，如果是5V 的，請(qǐng)參考該系列單片機(jī)IO 口輸出電流大小，如果超過(guò)10mA，需要串聯(lián)電阻分壓，否則容易燒毀模塊!如果是3.3V 的，可以直接和RF905 模塊的IO 口線連接。2.3.4 模塊引腳和電氣參數(shù)說(shuō)明NRF905 模塊使用Nordic 公司的nRF905 芯片開(kāi)發(fā)而成。 圖2.3.4.1NRF905模塊實(shí)物圖 NRF905 單片無(wú)線收發(fā)器工作在433/868/915MHZ 的ISM 頻段由一個(gè)完全集成的頻率。調(diào)制器一個(gè)帶解調(diào)器的接收器一個(gè)功率放大器一個(gè)晶體震蕩器和一個(gè)調(diào)節(jié)器組成ShockBurst 工作模式的特點(diǎn)是自動(dòng)產(chǎn)生前導(dǎo)碼和CRC 可以很容易通過(guò)SPI 接口進(jìn)行編程配置電流消耗很低在發(fā)射功率為10dBm 時(shí)發(fā)射電流為30mA 接收電流為12.5mA.進(jìn)入POWERDOWN 模式可以很容易實(shí)現(xiàn)節(jié)電。 表2.3.4.2模塊參考性能 表2.3.4.3模塊參考數(shù)據(jù) 2.3NRF905 工作方式2.3.1 NRF905工作方式簡(jiǎn)介NRF905一共有四種工作模式, 其中有兩種活動(dòng)RX/TX 模式和兩種節(jié)電模式。活動(dòng)模式ShockBurst RX ShockBurst TX節(jié)電模式掉電 和 SPI編程STANDBY 和 SPI編程 圖2.3.1NRF905工作方式2.3.2 ShockBurst 模式ShockBurstTM收發(fā)模式下，使用片內(nèi)的先入先出堆棧區(qū)，數(shù)據(jù)低速?gòu)奈⒖刂破魉腿?，但高速發(fā)射，這樣可以盡量節(jié)能，因此，使用低速的微控制器也能得到很高的射頻數(shù)據(jù)發(fā)射速率。與射頻協(xié)議相關(guān)的所有高速信號(hào)處理都在片內(nèi)進(jìn)行，這種做法有三大好處：盡量節(jié)能；低的系統(tǒng)費(fèi)用(低速微處理器也能進(jìn)行高速射頻發(fā)射)；數(shù)據(jù)在空中停留時(shí)間短，抗干擾性高。ShockBurstTM技術(shù)同時(shí)也減小了整個(gè)系統(tǒng)的平均工作電流。在ShockBurstTM收發(fā)模式下， RF905自動(dòng)處理字頭和CRC校驗(yàn)碼。在接收數(shù)據(jù)時(shí)，自動(dòng)把字頭和CRC校驗(yàn)碼移去。在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，自動(dòng)加上字頭和CRC校驗(yàn)碼，當(dāng)發(fā)送過(guò)程完成后，DR引腳通知微處理器數(shù)據(jù)發(fā)射完畢。2.3.3 ShockBurst TX 發(fā)送流程典型的RF905發(fā)送流程分以下幾步：A. 當(dāng)微控制器有數(shù)據(jù)要發(fā)送時(shí)，通過(guò)SPI接口，按時(shí)序把接收機(jī)的地址和要發(fā)送的數(shù)據(jù)送傳給RF905，SPI接口的速率在通信協(xié)議和器件配置時(shí)確定；B. 微控制器置高TRX_CE和TX_EN，激發(fā)RF905的ShockBurstTM發(fā)送模式；C. RF905的ShockBurstTM發(fā)送：(1) 射頻寄存器自動(dòng)開(kāi)啟；(2) 數(shù)據(jù)打包(加字頭和CRC校驗(yàn)碼)；(3) 發(fā)送數(shù)據(jù)包；(4) 當(dāng)數(shù)據(jù)發(fā)送完成，數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好引腳被置高；D. AUTO_RETRAN被置高，RF905不斷重發(fā)，直到TRX_CE被置低；E. 當(dāng)TRX_CE被置低，RF905發(fā)送過(guò)程完成，自動(dòng)進(jìn)入空閑模式。 注意：ShockBurstTM工作模式保證，一旦發(fā)送數(shù)據(jù)的過(guò)程開(kāi)始，無(wú)論TRX_EN和TX_EN引腳是高或低，發(fā)送過(guò)程都會(huì)被處理完。只有在前一個(gè)數(shù)據(jù)包被發(fā)送完畢，RF905才能接受下一個(gè)發(fā)送數(shù)據(jù)包。2.3.4 ShockBurst RX 接收流程接收流程A. 當(dāng)TRX_CE為高、TX_EN為低時(shí)，RF905進(jìn)入ShockBurstTM接收模式；B. 650us后，RF905不斷監(jiān)測(cè)，等待接收數(shù)據(jù)；C. 當(dāng)RF905檢測(cè)到同一頻段的載波時(shí)，載波檢測(cè)引腳被置高；D. 當(dāng)接收到一個(gè)相匹配的地址，AM引腳被置高；E. 當(dāng)一個(gè)正確的數(shù)據(jù)包接收完畢， RF905自動(dòng)移去字頭、地址和CRC校驗(yàn)位，然后把DR引腳置高F. 微控制器把TRX_CE置低，nRF905進(jìn)入空閑模式；G. 微控制器通過(guò)SPI口，以一定的速率把數(shù)據(jù)移到微控制器內(nèi)；H. 當(dāng)所有的數(shù)據(jù)接收完畢，nRF905把DR引腳和AM引腳置低；I. nRF905此時(shí)可以進(jìn)入ShockBurstTM接收模式、ShockBurstTM發(fā)送模式或關(guān)機(jī)模式。當(dāng)正在接收一個(gè)數(shù)據(jù)包時(shí)，TRX_CE或TX_EN引腳的狀態(tài)發(fā)生改變，RF905立即把其工作模式改變，數(shù)據(jù)包則丟失。當(dāng)微處理器接到AM引腳的信號(hào)之后， 其就知道RF905正在接收數(shù)據(jù)包，其可以決定是讓RF905繼續(xù)接收該數(shù)據(jù)包還是進(jìn)入另一個(gè)工作模式。2.3.5 節(jié)能模式RF905的節(jié)能模式包括關(guān)機(jī)模式和節(jié)能模式。在關(guān)機(jī)模式，RF905的工作電流最小，一般為2.5uA。進(jìn)入關(guān)機(jī)模式后，RF905保持配置字中的內(nèi)容，但不會(huì)接收或發(fā)送任何數(shù)據(jù)。 空閑模式有利于減小工作電流，其從空閑模式到發(fā)送模式或接收模式的啟動(dòng)時(shí)間也比較短。在空閑模式下，RF905內(nèi)部的部分晶體振蕩器處于工作狀態(tài)。 2.4配置NRF905模塊所有配置字都是通過(guò)SPI接口送給RF905。SIP接口的工作方式可通過(guò)SPI指令進(jìn)行設(shè)置。當(dāng)RF905處于空閑模式或關(guān)機(jī)模式時(shí)，SPI接口可以保持在工作狀態(tài)。2.4.1 SPI接口寄存器配置SPI接口由狀態(tài)寄存器、射頻配置寄存器、發(fā)送地址寄存器、發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器和接收數(shù)據(jù)寄存器5個(gè)寄存器組成。狀態(tài)寄存器包含數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好引腳狀態(tài)信息和地址匹配引腳狀態(tài)信息；射頻配置寄存器包含收發(fā)器配置信息，如頻率和輸出功能等；發(fā)送地址寄存器包含接收機(jī)的地址和數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)；發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器包含待發(fā)送的數(shù)據(jù)包的信息，如字節(jié)數(shù)等；接收數(shù)據(jù)寄存器包含要接收的數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)等信息。SPI 接口由5 個(gè)內(nèi)部寄存器組成執(zhí)行寄存器的回讀模式來(lái)確認(rèn)寄存器的內(nèi)容SPI 接口和5 個(gè)內(nèi)部寄存器狀態(tài)寄存器Status-Register寄存器包含數(shù)據(jù)就緒DR 和地址匹配AM 狀態(tài)RF配置寄存器RF-Configuration Register寄存器包含收發(fā)器的頻率,輸出功率等配置信息發(fā)送地址TX-Address寄存器包含目標(biāo)器件地址字節(jié)長(zhǎng)度由配置寄存器設(shè)置發(fā)送有效數(shù)據(jù)TX-Payload寄存器包含發(fā)送的有效ShockBurst數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)字節(jié)長(zhǎng)度由配置寄存器設(shè)置接收效數(shù)據(jù)TX-Payload。 SPI 接口和5 個(gè)內(nèi)部寄存器 圖 2.4.1 SPI寄存器 寄存器包含接收到的有效ShockBurst 數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)字節(jié)長(zhǎng)度由配置寄存器設(shè)置在寄存器中的有效數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒DR 指示2.4.2 SPI 指令設(shè)置當(dāng)CSN 為低時(shí), SPI接口開(kāi)始等待一條指令。任何一條新指令均由CSN 的由高到低的轉(zhuǎn)換開(kāi)始。用于SPI 接口的有用命令見(jiàn)下表： SPI 串行接口指令設(shè)置 表 2.4.2 SPI 串行接口指令2.4.3 SPI 時(shí)序 圖 2.4.3.1 SPI 讀操作 圖 2.4.3.2 SPI 寫操作2.4.4 NRF905配置寄存器 表 2.4.4.1 NRF905配置寄存器內(nèi)容 注意：射頻寄存器的各位的長(zhǎng)度是固定的。然而，在ShockBurstTM收發(fā)過(guò)程中，TX_PAYLOAD、RX_PAYLOAD、TX_ADDRESS和RX_ADDRESS 4個(gè)寄存器使用字節(jié)數(shù)由配置字決定。RF905進(jìn)入關(guān)機(jī)模式或空閑模式時(shí)，寄存器中的內(nèi)容保持不變。3 STC89C52的介紹 STC89C52是一款低功耗、高性能CMOS的8位微控制器，芯片采用Atmel 公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令系統(tǒng)及8051引腳結(jié)構(gòu)。STC89C52具有：8kB Flash，256字節(jié)RAM，32 位雙向I/O 口線，看門狗（WDT）定時(shí)器，2個(gè)數(shù)據(jù)指針，2個(gè)16位可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，1個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。另外，STC89C52可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU暫停工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電保護(hù)模式下凍結(jié)振蕩器但保存RAM中的數(shù)據(jù)，單片機(jī)部分停止工作，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。STC89C52的工作電壓是4.55.5V，時(shí)鐘頻率可以在033MHz范圍內(nèi)選擇，采用PDIP、TQFP和PLCC三種封裝形式。實(shí)習(xí)采用較易焊接的PDIP封裝形式，封裝引腳分布和外形見(jiàn)圖3.1。外形的封裝尺寸物理參數(shù)見(jiàn)表1.1.1。圖3.1 STC89C52的PDIP-40封裝表3.1 STC89C52 PDIP封裝尺寸（mm） 符號(hào)最小值最大值符號(hào)最小值最大值A(chǔ)-4.826B11.0411.651A10.381-L3.0483.556D52.07052.578C0.2030.381E15.24015.875eB15.49417.526E113.46213.970e2.540典型值B0.3560.559 采用PDIP封裝的AT89S52有40個(gè)引腳，下面就對(duì)各個(gè)引腳的功能進(jìn)行詳細(xì)介紹。VCC：電源GND：地P0.0P0.7：P0口是一個(gè)8位漏極開(kāi)路的雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯電平。對(duì)P0端口寫“1”時(shí)，引腳端用作高阻抗輸入。當(dāng)訪問(wèn)外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下，P0具有內(nèi)部上拉電阻。在Flash編程時(shí)，P0口也用來(lái)接收指令字節(jié)；在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)。程序校驗(yàn)時(shí)，需要外部上拉電阻。P1.0P1.7：P1口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL 邏輯電平。對(duì)P1 端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳端由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。此外，P1.0和P1.2分別作定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的外部計(jì)數(shù)輸入（P1.0/T2）和時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的觸發(fā)輸入（P1.1/T2EX），具體如表1.2所示。在Flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口接收低8位地址字節(jié)。 表3.2 P1 口引腳端第二功能引腳端第二功能P1.0T2（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T2的外部計(jì)數(shù)輸入），時(shí)鐘輸出P1.1T2EX（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T2的捕捉/重載觸發(fā)信號(hào)和方向控制）P1.5MOSI（在系統(tǒng)編程用）P1.6MISO（在系統(tǒng)編程用）P1.7SCK（在系統(tǒng)編程用）P2.0P2.7：P2口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL 邏輯電平。對(duì)P2端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行MOVX DPTR）時(shí)，P2口送出高八位地址。在這種應(yīng)用中，P2口使用很強(qiáng)的內(nèi)部上拉發(fā)送1。在使用8位地址（如MOVX RI）訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。在Flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P2口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號(hào)。P3.0P3.7：P3口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P3輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL邏輯電平。對(duì)P3端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。P3口亦作為AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如表1.3所示。在Flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P3口也接收一些控制信號(hào)。表3.3 P3口的第二功能引腳端第二功能P3.0RXD（串行輸入）P3.1TXD（串行輸出）P3.2 (外部中斷0)P3.3 (外部中斷1)P3.4T0（定時(shí)器0外部輸入）P3.5T1（定時(shí)器1外部輸入）P3.6 (外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通)P3.7 (外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通)RST：復(fù)位輸入。晶振工作時(shí)，RST腳持續(xù)2個(gè)機(jī)器周期高電平將使單片機(jī)復(fù)位?？撮T狗計(jì)時(shí)完成后，RST腳輸出96個(gè)晶振周期的高電平。特殊寄存器AUXR(地址8EH)上的DISRTO位可以使此功能無(wú)效。DISRTO默認(rèn)狀態(tài)下，復(fù)位高電平有效。：地址鎖存控制信號(hào)（ALE）是訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，鎖存低8 位地址的輸出脈沖。在flash編程時(shí)，此引腳（PROG）也用作編程輸入脈沖。在一般情況下，ALE以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可用來(lái)作為外部定時(shí)器或時(shí)鐘使用。然而，特別強(qiáng)調(diào)，在每次訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ALE脈沖將會(huì)跳過(guò)。如果需要，通過(guò)將地址為8EH的SFR的第0位置“1”，ALE操作將無(wú)效。這一位置“1”，ALE僅在執(zhí)行MOVX或MOVC指令時(shí)有效。否則，ALE將被微弱拉高。這個(gè)ALE使能標(biāo)志位（地址為8EH的SFR的第0位）的設(shè)置對(duì)微控制器處于外部執(zhí)行模式下無(wú)效。：外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)（）是外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)。當(dāng)AT89S52從外部程序存儲(chǔ)器執(zhí)行外部代碼時(shí)，在每個(gè)機(jī)器周期被激活兩次，而在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將不被激活。：訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器控制信號(hào)。為使能從0000H 到FFFFH的外部程序存儲(chǔ)器讀取指令，必須接GND。為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令，應(yīng)該接VCC。在Flash編程期間，也接收12伏VPP電壓。XTAL1：振蕩器反相放大器和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路的輸入端。XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。4 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)電路圖4.1 系統(tǒng)原理圖 圖4.1系統(tǒng)原理圖4.2 系統(tǒng)PCB圖圖4.2系統(tǒng)PCB圖5 軟件設(shè)計(jì)分析系統(tǒng)的功能主要靠軟件實(shí)現(xiàn)，所以軟件的設(shè)計(jì)是重中之重。無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸是雙機(jī)工作的，所以需要寫主從機(jī)的程序。主機(jī)的功能是接收從機(jī)發(fā)送來(lái)的溫度數(shù)據(jù)，然后將其轉(zhuǎn)換成能夠顯示的顯示數(shù)據(jù)并送給數(shù)碼管顯示。下圖為軟件設(shè)計(jì)流程圖開(kāi)始初始化NRF905檢測(cè)無(wú)線信息接收到有效地地址和數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)處理并顯示溫度否是 5.1 軟件設(shè)計(jì)流程圖6 調(diào)試首次進(jìn)行調(diào)試時(shí)，不能接收到正確溫度并顯示，經(jīng)過(guò)反復(fù)修改程序，最終能夠正確顯示發(fā)送端傳來(lái)的溫度數(shù)據(jù)，并且通過(guò)改變發(fā)送端的溫度，明顯可以看到接收端和發(fā)送端同步發(fā)生變化。下表為溫度發(fā)送端與接收端數(shù)據(jù)變化表 表5.1實(shí)時(shí)溫度測(cè)試表測(cè)試次數(shù)發(fā)送端端溫度（）接收端溫度（）溫度差128.428.40230.330.20.1331.731.70432.532.30.2535.735.80.1 7 心得體會(huì)通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我了解到NRF905芯片的結(jié)構(gòu)以及各引腳功能，并運(yùn)用它實(shí)現(xiàn)無(wú)線射頻接收器電路的設(shè)計(jì)，同時(shí)由于需要和同學(xué)做的發(fā)射器匹配，所以在設(shè)計(jì)中免不了要跟同學(xué)加深交流，同時(shí)也明白了團(tuán)隊(duì)的重要性。另外我也很好的復(fù)習(xí)了單片機(jī)的知識(shí)。由于有了上個(gè)學(xué)期課程設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)該來(lái)說(shuō)這一次我們做設(shè)計(jì)的時(shí)候還是比較有針對(duì)性，最起碼知道從何下手。通過(guò)去圖書館和上網(wǎng)，查找了大量的資料。由于詳細(xì)的PDF都是英文資料，所有花了相當(dāng)多的時(shí)間去翻譯和整理論文，這也進(jìn)一步檢驗(yàn)和鞏固了自己的專業(yè)英語(yǔ)知識(shí)。同時(shí)作為09級(jí)通信工程專業(yè)的學(xué)生，通過(guò)各種途徑查找資料、綜合分析得出適用的設(shè)計(jì)思想、設(shè)計(jì)電路也是我們必須要掌握的一項(xiàng)技能。通過(guò)實(shí)物的制作，測(cè)試和調(diào)試這系列的過(guò)程，不是那么簡(jiǎn)單就能一次性完成的，其中出現(xiàn)的一些問(wèn)題如虛焊導(dǎo)致測(cè)試的不穩(wěn)定，程序的不正確編寫導(dǎo)致調(diào)試時(shí)無(wú)法正確顯示，都需要極大的耐心和細(xì)心去糾正。不過(guò)很欣慰的是，能及時(shí)得到有實(shí)驗(yàn)班同學(xué)的指導(dǎo)與幫助，讓自己能夠克服困難完成這次課程設(shè)計(jì)通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，我也發(fā)現(xiàn)自己的很多不足，自己知識(shí)的很多漏洞，看到了自己的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)還是比較缺乏，理論聯(lián)系實(shí)際的能力還急需提高，我相信只要自己去做，就會(huì)有提高。 參考文獻(xiàn):1、 黃智偉.射頻集成電路芯片原理與應(yīng)用電路設(shè)計(jì)M.北京:電子工業(yè)出版社. 2004年3月2、 黃智偉.無(wú)線發(fā)射與接收電路設(shè)計(jì)M.北京:北京航空航天大學(xué)出版社.2004年5月3、 黃智偉.無(wú)線數(shù)字收發(fā)電路設(shè)計(jì)M.北京:電子工業(yè)出版社.2004年4、 黃智偉.全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽制作實(shí)訓(xùn)M.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2006.5、 射頻電路設(shè)計(jì)黃智偉主編，電子工業(yè)出版社，2006年6、 RF905開(kāi)發(fā)文檔EB/OL. http:/ 表附-1元器件清單附錄2：程序清單 #include#define uint unsigned int#define uchar unsigned charsbit wei1 =P24;sbit wei2 = P25;sbit wei3=P26;sbit wei4=P27;uchar code table=0 xc0,0 xf9,0 xa4,0 xb0, /不帶小數(shù)點(diǎn)的數(shù)碼管編碼表0 x99,0 x92,0 x82,0 xf8,0 x80,0 x90,0 x88,0 x83,0 xc6,0 xa1,0 x86,0 x8e;uchar code table1=0 x40,0 x79,0 x24,0 x30, /帶小數(shù)點(diǎn)的數(shù)碼管編碼表0 x19,0 x12,0 x02,0 x78,0 x00,0 x10,0 x08,0 x03,0 x46,0 x21,0 x06,0 x0e/*,0 x3f,0 x7f*/;unsigned char code ditab16 = 0 x00,0 x01,0 x01,0 x02,0 x03,0 x03,0 x04,0 x04, 0 x05,0 x06,0 x06,0 x07,0 x08,0 x08,0 x09,0 x09;unsigned char data temp_data2 = 0 x00,0 x00 ;unsigned char data display5 = 0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00 ;/*-ptr8000.h無(wú)線發(fā)射nRF905模塊Using for play RF unit PTR8000-*/sbit ptr_en=P10;/1為發(fā)射模式，0為接收模式sbit ptr_ce=P15;/使能發(fā)射、接收模式sbit ptr_pwr=P11;/上電掉電模式sbit ptr_cd=P12;/載波檢測(cè)輸出檢測(cè)到頻率匹配的載波就變1）sbit ptr_am=P16;/地址匹配輸出 地址匹配就變1這三個(gè)標(biāo)志位只對(duì)取出數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)志sbit ptr_dr=P13;/數(shù)據(jù)就緒輸出數(shù)據(jù)就緒就變1） 注意，所有動(dòng)作完成后，三個(gè)1都被拉低了sbit ptr_miso=P17;/SPI的輸入口 注意，sck低時(shí)在miso上準(zhǔn)備數(shù)據(jù)，sck高時(shí)把數(shù)據(jù)讀出sbit ptr_mosi=P14;/SPI的輸出口 注意，sck低時(shí)先把數(shù)據(jù)放到mosi上，sck高時(shí)再送出去sbit ptr_sck=P33;/SPI的時(shí)鐘口 注意，I/O數(shù)據(jù)都是在上升沿讀出/寫入的數(shù)據(jù)都是先高后低sbit ptr_csn=P32;/SPI的數(shù)據(jù)使能口 注意，SPI的數(shù)據(jù)出入都是在csn的低電平動(dòng)作的uchar tdat=0 xf0,0 x0f;/要發(fā)送的3字節(jié)數(shù)據(jù)uchar rdat=0 x00,0 x00;/要接收的3字節(jié)數(shù)據(jù)uchar config10=0 x4c,0 x00,0 x11,0 x02,0 x02,0 xaa,0 xab,0 xac,0 xad,0 x58;/* 名稱 : delay()* 功能 : 延時(shí),延時(shí)時(shí)間大概為140US。* 輸入 : 無(wú)* 輸出 : 無(wú)*/void delay11()int i,j;for(i=0; i=10; i+)for(j=0; j=2; j+);/*1:工作頻率430MHz2:-10dBm，433MHz頻段，正常功耗，不重發(fā)數(shù)據(jù)3:發(fā)射/接收地址寬度均為1字節(jié)，1字節(jié)地址可放8字節(jié)數(shù)據(jù)4:接收數(shù)據(jù)寬度3字節(jié)5:發(fā)送數(shù)據(jù)寬度3字節(jié)6,7,8,9:4字節(jié)的地址，地址可隨便定義，但一定要保證收發(fā)端的地址一致10:8位CRC校驗(yàn)，外接16MHz晶振，無(wú)時(shí)鐘輸出 */ void SetTxMode(void) uint i; ptr_en=1; ptr_ce=0; for(i=0;i255;i+); / void SetRxMode(void) uint i; ptr_en=0; ptr_ce=1; for(i=0;i255;i+); void spi_wr(uchar dat)/sck低時(shí)先把數(shù)據(jù)放到mosi上，sck高時(shí)再送出去uchar i,d=0;/記得一定要把數(shù)據(jù)清0，不然會(huì)頭疼的for(i=0;i(7-i)&0 x01;/發(fā)送最高位ptr_mosi=d;ptr_sck=1;/for(j=0;j200;j+);/若用高速M(fèi)CU，在此加上延時(shí)函數(shù)，1ms即可ptr_sck=0;uchar spi_re(void)/sck低時(shí)在miso上準(zhǔn)備數(shù)據(jù)，sck高時(shí)把數(shù)據(jù)讀出uchar i,d=0,dat=0;/記得清0！ptr_sck=0;for(i=0;i8;i+)ptr_sck=1;/置高，讀取數(shù)據(jù)d=ptr_miso; d=d(7-i);/發(fā)送最高位dat=dat|d;ptr_sck=0;/準(zhǔn)備下一次讀取的數(shù)據(jù)/若用高速M(fèi)CU，在此加上延時(shí)函數(shù)，1ms即可return dat;void ptr_init(void)/初始化配置，想改的話參照一下資料uchar i;ptr_csn=1;ptr_sck=0;/SPI控制引腳的安全狀態(tài)ptr_pwr=1;ptr_ce=0;ptr_en=0;/配置為待機(jī)模式ptr_csn=0;/注意，csn拉低時(shí)可以連續(xù)寫指令，寫到其被拉高為止spi_wr(0 x00);/寫配置寄存器的指令，資料上提都不提，他奶奶的for(i=0;i10;i+)spi_wr(configi);/想什么配置去資料上對(duì)照ptr_csn=1;/拉高以保證其安全性void ptr_tx(uchar *p)/發(fā)送數(shù)據(jù)，一次發(fā)送3字節(jié)uchar i;ptr_en=1;/參照時(shí)序圖寫ptr_csn=0;/開(kāi)始寫發(fā)送的數(shù)據(jù)的地址spi_wr(0 x22);/寫地址的指令spi_wr(0 xaa);spi_wr(0 xab);spi_wr(0 xac);spi_wr(0 xad);/寫地址ptr_csn=1;/地址寫入完畢f(xié)or(i=0;i255;i+);/延時(shí)，保存地址ptr_csn=0;/開(kāi)始寫發(fā)送的數(shù)據(jù)spi_wr(0 x20);/寫數(shù)據(jù)的指令for(i=0;i2;i+)spi_wr(pi);/寫入數(shù)據(jù)ptr_csn=1;/數(shù)據(jù)寫入完畢f(xié)or(i=0;i255;i+);/延時(shí)，保存數(shù)據(jù)ptr_ce=1;/在ce為高時(shí)發(fā)出數(shù)據(jù)for(i=0;i255;i+);/等待數(shù)據(jù)發(fā)送完畢ptr_ce=0;/歸位ptr_en=0;/歸位for(i=0;i255;i+);/*注意：接收數(shù)據(jù)時(shí)，是按配置中的位數(shù)依次接收進(jìn)來(lái)的。比如在初始化中設(shè)置的四個(gè)地址分別為0 xaa、0 xab、0 xac、0 xad，但在接收/發(fā)射模式的數(shù)據(jù)位數(shù)上只設(shè)置了9字節(jié)，且只發(fā)射了9位，那么接收時(shí)只會(huì)判斷前兩字節(jié)地址是否匹配。如果匹配，則把0 xaa中的前8字節(jié)和0 xab中的后1字節(jié)接收過(guò)來(lái)，其余兩個(gè)字節(jié)地址不管了。意思就是，0 xaa這四個(gè)地址每個(gè)都對(duì)應(yīng)8個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，但是不能通過(guò)尋址的方式取出哪個(gè)地址里的8字節(jié)的數(shù)據(jù)，只能從第一個(gè)地址里一個(gè)一個(gè)字節(jié)的取數(shù)據(jù)。建議一次取8個(gè)數(shù)據(jù)為好。*/uchar ptr_rx(void)/接收數(shù)據(jù)，一次接收3字節(jié)uchar i,dat=0;ptr_ce=1;/此時(shí)en為低，ce高en低，進(jìn)入接收模式for(i=0;i200;i+);/等待650us，切換狀態(tài)while(ptr_dr=0);ptr_csn=0;/準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)spi_wr(0 x24);/讀RX的數(shù)據(jù)之指令for(i=0;i2;i+)rdati=spi_re();/把數(shù)據(jù)從miso上讀出來(lái)ptr_csn=1;/數(shù)據(jù)接收完畢while(ptr_dr=0);/等到標(biāo)志歸位，更保險(xiǎn)ptr_ce=0;/歸位for(i=0;i4)|(rdat1&0 x0f)4) ; display3=display4/100 ; display1=display4%100 ; display2=display1/10 ; display1=display1%10 ;while(tt+1)display_temp();tt=0;附錄3：任務(wù)書 南華大學(xué)電氣工程學(xué)院 通信電子線路課程設(shè)計(jì)任務(wù)書設(shè)計(jì)題目： 基于單片機(jī)的 無(wú)線數(shù)據(jù)收發(fā)與控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 專 業(yè)： 本09通信01/02班 學(xué)生姓名: 學(xué)