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1、湖北民族学院信息工程学院课程设计报告书题目: 基于51单片机的无线通信 课 程： 数字通信系统课程设计专 业： 电子 班 级： 0314411 学 号： 031441119 学生姓名： 田紫龙 指导教师： 黄双林 2017年 06月 18日摘 要本文设计了一种以AT89S52单片机为控制核心的无线通信控制模块，详细说明了该系统的基本原理、主要电路、硬件框架以及软件框架。整个系统采用模块化设计，主要包括单片机与下位机之间的无线通信控制电路，以及无线通信模块与51单片机之间通信接口电路。该通信控制系统通过51单片机和nrf2401的spi通信，从而通过无线通信控制模块形成与下位机的联系，控制下位机
2、运动控制器，并且将通信接收的数据保存到扩展的存储器内。本模块的通信方法简便，除了可以进行远程实时控制外，还可广泛的应用于工业监控和数据采集系统。本系统具有性能可靠、抗干扰能力强、功耗低、性价比高等优点，在无线通信领域具有重要的应用价值和良好的发展前景。关键字：无线通信控制；AT89S52；nRF2401；串行通信目 录1 绪论12 总体设计23 各个模块简介31.单片机STC89C52和nRF2401的接口电路33.1NRF24L01 无线模块简介43.2 1602简介44 各个模块设计104.1硬件电路板的设计104.2软件程序设计114.2.1主程序模块114.3 结果与分析13总结14参
3、考文献151 绪论 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。 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
4、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点对点数据收发系统。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。152 总体设计 本设计使用M3单片机和51单片机通过nRF24L01模块进行通信实现51单片机发送字符到M3单片机上显示。系统原理框如图2.1所示.图 2.1系统原理框图当51单片机通过spi对2401进行数据读写完毕后，2401将储存的字符通过射频技术发送给等待的2401，这时M3对2401接受到的数据进行读写，然后再TFT屏上显示接收到的内容。3
5、 各个模块简介1.单片机STC89C52和nRF2401的接口电路STC89C52有UART和SPI接口,而nRF2401用的是DRI、CLK和DATA三线传输。考虑到速率的因数, STC89C52和nRF2401的连接准备用SPI接口实现。SPI(Serial PeriPheral Interface,串行外设接口)接口是一种同步串行外设接口,它可以使MCU和各种外围设备进行通信以交换信息。外围设备包括Flash RAM,网络控制器,LCD显示驱动器,A/D转换器和MUC等。图4说明了一个典型的SPI主从式总线结构。它使用3根线连接了所有的设备。主设备通过并行的4个管脚来控制各个从设备的SS
6、脚来选择从设备。图2典型的SPI主从式总线结构1、MOSI (Master Output Slave Input):这个1bit的信号直接连接主设备和从设备。信号通过MOSI线从主设备串行传输到从设备。因此,对主设备而言,MOSI是信号输出端口,对从设备而言,则是信号输入端口。在这条线上,一个Byte的信号通过高位(MSB)到低位(LSB)的传输。2、MISO (Master Input Slave Output):通过这个1bit的信号线,信号由从设备传输到主设备,因此它是主设备的信号输入端口,从设备的信号输出端口。信号同样是从MBS到LBS的传输。3、SCK (SPI Serial Clo
7、ck):这个信号来同步所有设备的进出MOSI和MISO的数据。它通过主设备的8个时钟周期来驱动,允许交换串行线上的1个Byte的信号。4、SS (Slave Select)通过使某个从设备的SS管脚保持低电平来选择该从设备。显然只有主设备(它的SS管脚保持高电平)才能驱动这个系统。主设备通过软件,利用端口来选择从设备。通过阻止MISO线上的冲突,来保证主设备每次传输只选择一个从设备。在设置主设备时, SS管脚可以和SPI的状态寄存器SPSTA中的MODF一起工作来阻止多个主设备一起驱动MOSI和SCK。3.1NRF24L01 无线模块简介NRF24L01 无线模块，采用的芯片是 NRF24L0
8、1，该芯片的主要特点如下：1） 2.4G 全球开放的 ISM 频段，免许可证使用。2）最高工作速率 2Mbps，高校的 GFSK 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 CRC 检错和点对多点的通信地址控制。5）低工作电压（1.93.6V）。6）可设置自动应答，确保数据可靠传输。 该芯片通过 SPI 与外部 MCU 通信，最大的 SPI 速度可以达到 10Mhz。 本章我们用到的模块是深圳云佳科技生产的 NRF24L01，该模块成熟度和稳定性都是相当不错的。该模块的外形和引脚图如图 3.1 所示：图 3.1 NRF24L01 无线模块外形和引脚图
9、 模块 VCC 脚的电压范围为 1.93.6V，建议不要超过 3.6V，否则可能烧坏模块，一般用 3.3V电压比较合适。 除了 VCC 和 GND 脚，其他引脚都可以和 5V 单片机的 IO 口直连，正是因为其兼容 5V 单片机的 IO，故使用上具有很大优势。3.2 1602简介1.1602字符液晶显示模块，可显示数字和字母。与数码管相比显示内容更丰富，而且编程简单。它能够显示系统的当前工作时间、时间以及温度传感器检测到的温度。为使用者观察提供了方便。LCD1602的接口信号说明如表3表3 LCD1602的接口信号编号引脚符号功能说明编号引脚符号功能说明1VSS电源地9D2DATA I/O2V
10、DD电源正极10D3DATA I/O3VL液晶显示偏压信号11D4DATA I/O4RS数据/命令选择端（H/L）12D5DATA I/O5R/W读/写选择端（H/L）13D6DATA I/O6E使能信号14D7DATA I/O7D0DATA I/O15BLA背光正极8D1DATA I/O16BLK背光负极2.基本操作时序如下：1）读状态：RS=L，RW=H，E=H2）写指令：RS=L，RW=L，D0D7=指令码，E=高脉冲3）读数据：RS=H，RW=H，E=H4）写数据：RS=H，RW=L，D0D7=数据，E=高脉冲3.初始化设置1）显示模式设置如表5表4 显示模式设置指令码功能001110
11、00设置16*2显示，5*7点阵，8位数据接口2） 显示开/关及光标设置如表6： 表7 显示开/关及光标设置指令码功能00001DCBD=1开显示；D=0关显示C=1显示光标；C=0不显示光标B=1光标闪烁；B=0光标不显示000001NSN=1当读或写一个字符后地址指针加一，且光标加一N=0当读或写一个字符后地址指针减一，且光标减一S=1当写一个字符，整屏显示左移（N=1）LCD1602与MCU的接口电路LCD的D0D7分别接单片机的的P0口，作为数据线，因为P0口内部没有上拉电阻，所以外部另外加上4.7K的上拉电阻；P2.5P2.7分别接LCD的RS、RW、E三个控制管脚；RV1用来调节L
12、CD的显示灰度；BLK、BLA为背光的阴极和阳极，接上相应电平即点亮背光灯。如图4图4 1602显示电路其中1602的第3脚接10K与1.5K的串联电阻起到分压作用，能够调节第一行与第二行亮度对比。第16接个三极管的作用放大，是为了能够让液晶显示器的背光灯亮起，从而在夜间也能观看显示内容。3.3 STC89C52单片机单片微型计算机是随着微型计算机的发展而产生和发展的。自从1975 年美国德克萨斯仪器公司的第一台单片微型计算机（ 简称单片机）TMS-1000 问世以来，迄今为止，单片机技术已成为计算机技术的一个独特分支，单片机的应用领域也越来越广泛，特别是在工业控制中经常遇到对某些物理量进行定
13、时采样与控制的问题，在仪器仪表智能化中也扮演着极其重要的角色。如果将8位单片机的推出作为起点，那么单片机的发展历史大致可以分为以下几个阶段：第一阶段（19761978）：单片机的探索阶段。以Intel公司的MCS-48为代表。MCS-48的推出是在工控领域的探索，参与这一探索的公司还有Motorola、Zilog等。都取得了满意的效果。这就是SCM的诞生年代，“单片机”一词即由此而来。第二阶段（19781982）：单片机的完善阶段。Intel公司在MCS-48基础上推出了完善的、典型的单片机系列MCS-51。它在以下几个方面奠定了典型的通用总线型单片机体系结构。（1）完善的外部总线。MCS-5
14、1设置了经典的8位单片机的总线结构，包括8位数据总线、16位地址总线、控制总线及具有多机通信功能的串行通信接口。（2）CPU外围功能单元的集中管理模式。（3）体现工控特性的地址空间及位操作方式。（4）指令系统趋于丰富和完善，并且增加了许多突出控制功能的指令。第三阶段（19821990）：8位单片机的巩固发展及16位单片机的推出阶段，也是单片机向微控制器发展的阶段。Intel公司推出的MCS-96系列单片机，将一些用于测控系统的模数转换器、程序运行监视器、脉宽调制器等纳入片中，体现了单片机的微控制器特征。第四阶段（1990）：微控制器的全面发展阶段。随着单片机在各个领域全面、深入地发展和应用，出现了高速、大寻址范围、强运算能力的8位/16位/32位通用型单片机，以及小型廉价的专用型单片机。单片机是在集成电路芯片上集成了各种元件的微型计算机，这些元件包括中央处理器CPU、数据存储器RAM、程序存储器ROM、定时/计数器、中断系统、时钟部件的集成和I/O接口电路。由于单片机具有体积小、价格低、可靠性高、开发应用方便等特点，因此在现代电子技术和工业领域应用
