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1、毕业论文（设计） 题 目： 单片机无线传输系统设计 完 成 人： 班 级： 11 学 制： 专 业： 指导教师： 完成日期： 目 录摘要(1)引 言(1)1总体设计(2)1.1设计技术背景(2)1.1.1 AT89S51单片机简介(2)1.1.2 AT89S51主要功能特点(2)1.2单片机无线数据传输原理(3)1.2.1 单片机无线数据传输原理概述(3)1.2.2 无线数据传输常用编码方式(3)1.2.3 无线数据传输解码(5)1.2.4 无线数据传输调制和解调(6)2无线数据收发模块(7)2.1无线收发模块nRF905简介(7)2.2 nRF905无线模块特点(7)2.3 工作模式及芯片结
2、构(7)3系统软硬件设计(8)3.1 硬件设计(8)3.1.1 概述(8)3.1.2 电路原理(9)3.1.3 SPI接口配置(9)3.2 软件设计(12)3.2.1 概述(12)3.2.2 发射程序(13)3.2.3 接收程序(17)4结束语(21)参 考 文 献(22)Abstract(23)单片机无线传输系统设计作 者：指导教师：摘要：当今社会发展迅速,人们迫切的期望能随时随地、不受时空限制地进行信息交互。当今的各种智能化控制系统也离不开数据信息的传输。其中，无线数据传输是区别于传统的有线传输的新型传输方式，系统不需要传输线缆、成本低廉、施工简单。现在，有很多的电器产品(如一些家用电器)
3、的操作控制也都采用了无线数据传输方式，一些无线数据传输功能相对简单的电器产品，无线数据传输信号的接收识别往往采用与编码调制芯片配套的译码芯片。而无线数据传输功能比较复杂的一些电器产品，无线数据传输信号的识别与译码多采用单片机，其编码调制方法也有多种。本文介绍一种基于AT89S51单片机以及无线收发模块nRF905的无线数据传输方案，以及用单片机对其进行识别的程序设计方法，以供参考。关键词：AT89S51单片机，nRF905模块，无线数据传输；引 言当今的各种智能化控制系统 ,比如智能化小区内部的无线抄表系统、门禁系统、防盗报警系统和安全防火系统等 ,工业数据采集系统 ,水文气象控制系统,机器人
4、控制系统、数字图像传输系统等等 ,都离不开数据信息的传输。可以说 ,数据信息传输系统是各种智能化控制系统的重要组成部分。1在有线数据传输方式当中,数据的传输载体是双绞线、同轴电缆或光纤。在一些单片机监测系统中,数据采集装置是安装在环境条件恶劣的现场或野外。采集到的数据通信传输到手持终端, 然后通过手持终端送到后台机(PC机) 进行数据分析、处理。这样,数据采集装置与手持终端之间的数据传输需解决通信问题。若采用有线数据传输方式显然是不合适的。相比于传统的有线数据传输方式,无线数据传输方式可以不考虑传输线缆的安装问题,从而节省大量电线电缆,并且降低施工难度和系统成本,是一个很有发展潜力的研究课题。
5、无线数据传输因其传输距离远和受障碍影响小而得到广泛应用，随着各种专用无线数据传输集成电路和无线数据传输发射和接收专用集成电路的不断涌现，使许多复杂的无线数据传输系统的设计变得愈来愈简单，而且工作稳定性可靠。本文介绍利用单片机以及发射/接收模块电路实现的一种无线数据传输系统的设计思想。给出了无线数据传输系统的工作原理、硬件设计方案和软件设计方案。1总体设计1.1设计技术背景1.1.1 AT89S51单片机简介AT89S51是一个低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含4kBytesISP(In-systemprogrammable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器2，器件采用AT
6、MEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，其DIP封装的引脚图如图1所示，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISPFlash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。图1 AT89S51芯片 DIP封装引脚此外，AT89S51设计和配置了振荡频率可为0Hz并可通过软件设置省电模式。空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三种封装形式
7、，以适应不同产品的需求。1.1.2 AT89S51主要功能特点1、为一般控制应用的 8 位单芯片 2、晶片内部具时钟振荡器（传统最高工作频率可至 12MHz）3、内部程式存储器（ROM）为 4KB4、内部数据存储器（RAM）为 128B5、外部程序存储器可扩充至 64KB6、外部数据存储器可扩充至 64KB 7、32 条双向输入输出线，且每条均可以单独做 I/O 的控制 8、5 个中断向量源 9、2 组独立的 16 位定时器 10、1 个全多工串行通信端口 11、8751 及 8752 单芯片具有数据保密的功能 图112、单芯片提供位逻辑运算指令13、看门狗（WDT）电路1.2单片机无线数据传
8、输原理1.2.1 单片机无线数据传输原理概述无线数据传输有发送和接收两个组成部分。3发送端采用单片机将待发送的二进制信号编码调制为一系列的脉冲串信号,通过无线数据传输模块中的发射模块发射信号。无线数据传输接收端普遍采用价格便宜,性能可靠的一体化无线数据传输接收模块、接收无线数据传输信号,它同时对信号进行放大、检波、整形,得到TTL 电平的编码信号,再送给单片机,经单片机解码并执行,去控制相关对象,其原理如图2所示。图2 无线数据传输原理1.2.2 无线数据传输常用编码方式第一种:FSK式（移频键控方式Frequency Shift Keying）, 又称数字调频。4如果用改变载波频率的方法来传
9、送二进制符号，就是移频键控（FSK）的方法。这时其频谱可以看成码列对低频载波的开关键控加上码列的反码对高频载波的开关键控。移频键控方式用两种不同的脉冲频率分别表示二进制数的“0”和“1”。用2个频率传输1“位”二进制 ,这是最安全的方法,缺点是成本高、功耗大。所以 ,在电器的遥控器中极少应用。图3是表示用2个频率对“二进制位”的“0”和“1”进行编码的示意图。在FSK方式中，相邻码元的频率不变或者跳变一个固定值。在两个相邻的频率跳变的码元之间，其相位通常是不连续的。图3 FSK编码方式第二种:曼彻斯特编码方式 又称双相调制编码方式 ,常用于局域网传输。在曼彻斯特编码中，每一位的中间有一跳变，位
10、中间的跳变既作时钟信号，又作数据信号；从高到低跳变表示1，从低到高跳变表示0。,在长虹、创维等彩电的控制器中,就采用了这种双相调制方式。还有一种是差分曼彻斯特编码，每位中间的跳变仅提供时钟定时，而用每位开始时有无跳变表示0或1，有跳变为0，无跳变为1。两种曼彻斯特编码是将时钟和数据包含在数据流中，在传输代码信息的同时，也将时钟同步信号一起传输到对方，每位编码中有一跳变，不存在直流分量，因此具有自同步能 无线数据传输发射部分,一般由一个能产生等幅振荡的高频载频振荡器和一个产生低频调制信号的低频振荡器组成。用来产生载频振荡的电路一般有多谐振荡器、互补振荡器和石英晶体振荡器等由低频振荡器产生的低频调
11、制波,一般为宽度一定的方法。如果是多路控制可以采用每一路宽度不同的方波,或是频率不同的方法去调制高频载波,组成一组组的已调制波,作为控制信号向空中发射。但每一个码元都被调成两个电平，所以数据传输速率只有调制速率的1/2。曼彻斯特编码“二进制位”的表示方法如图4所示。图4曼彻斯特编码方式第三种:脉宽调制编码方式 ,是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。这种编码方式根据脉冲上升沿之间的距离决定“二进制位”是“0”还是“1”,两脉冲上升沿之间距离短为“0”,距离长为“1”。如图5所示 ,脉宽编码用在载波或脉冲调制方式中.
12、家用录像机 ,VCD,DVD的遥控器多采用脉宽编码方式。图5脉宽调制编码方式1.2.3 无线数据传输解码无线数据传输信号的解码 硬件解码可分为专用解码集成电路和自行设计的解码电路两种。专用解码芯片一般与专用编码芯片配对设计制造。5按其编码与解码功能可分为以下三类: (1) 控制数据的地址加密编码与解码器: 这类电路的特点是在地址加密编码的同时还可以进行控制数据的编解码。其编码容量大,保密性好。适用于安防、工业控制等对可靠性要求较高的场合。 (2) 地址加密编码与解码器: 这一类电路无控制数据编码仅有加密地址编解码功能。适用于可靠性要求较高,但只进行简单的开关或增减控制的场合。 (3) 控制数据
13、编码与解码器: 这类电路无加密地址编码仅有控制数据的编解码。适用于群控或者应用环境本身就保证了其他信号发射源不会同时出现的场合,如在一个密闭的设备内部。使用专用的硬件编码解码对芯片,简便可靠,使用广泛,不再多述。一般来说硬件解码相对软件解码成本较高,并且当系统因更改或升级改变了编码方式时, 接收的硬件就要做相应的更改,缺乏一定的灵活性。当MCU 的任务不是很繁重时,可以考虑使用软件解码。对于频率调制方式, 只要测出每次脉冲的周期就可以解码出对应的二进制信息。方法有很多种,中断、查询都可以实现,具体方法因实际情况而定。对于脉宽调制(PWM),只要识别出每个脉冲的高(或低)电平宽度即可完成解码。对
14、于2 脉位调制(2PPM),需要判断出每个周期内高低电平出现的先后次序,从而实现解码。单片机无线数据传输软件解码要保证正确无误地还原无线数据传输信息码,其主要功能包括以下几部分: (1)过滤附加信息,得到有效信息位。(2)排除系统内外各种干扰信号。(3)丢弃接收到的不完整信息帧。(4)检验接收信息的正确性。为了能够达到上述要求，解码方式采用无线数据传输信号的解码由接收单片机来完成,它把无线数据传输接收模块送来的无线数据传输编码波形通过解码,还原出发送端发送的数据。当接收到起始帧后,进入解码部分,接收完一帧后,处理收到的数据并进入下一次接收。解码采用软件解码, 如果从一个脉冲的高电平和一个脉冲的低电平过后, 若读到的电平为低, 说明该位为“0”, 反之即可判定为编码“1”。解码一位后,需等到下一位的高电平到来,再读到一个低电平后，判断读得的电平是高还是低,进行解码。按照这种方法判断八次，从而还原出发送端发送的信号。这样,根据事先约定代码所代表的功能，单片机就可以去执行各种控制动作,从而达到无线数据传输的目的。1.2.4 无线数据传输调制和解调无线数据传输系统的调制和解调 为了使数据传送的距离较长，在发射信号前要对信号进行调制，调制的方法是将原信号与一个载波相与。射频接收模块接收发射的已调制信号，并对信号进行解调恢复原来的调制信号。解调过的信号
