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1、高频电子技术 第6章高频电子技术在数据 传输中的应用 第6章教学要点 1、无线数据传输系统的组成框图及各组成 部分的作用 2、无线数据传输系统的分类 3、普通无线收发芯片组成的数据传输系统 、智能型收发芯片组成的数据传输系统及无 线收发模块组成的数据传输系统的结构框图 4、读懂上述数据传输系统硬件连接关系和 工作原理 6.1 无线数据传输概述 6.1.1 远程和近程无线数据传输 近程和远程无线实据传输的划分： 根据传输距离的不同，无线数据传输可以分为两大类， 一类是接收和发射方距离较远时的数据传输，称为远程数 据传输。例如地面与空间、一个城市到另一个城市、一家工厂到 另一家工厂以及一幢大楼到另
2、一幢大楼之间的数据传输都 属于远程数据传输。接收与发射方距离较近时的无线数据传输则属近程数据 传输。例如一个住宅小区内安防数据的传输、大楼内消防系统 传感器与监控中心之间的无线数据传输、大楼门禁系统出 入口身份识别装置与监控中心之间、射频卡与读卡机之间 的数据传输等等都属于近程数据传输。 6.1.1 远程和近程无线数据传输 无论对于近程传输还是远程传输，都需要由无线收发芯片 或模块组成无线数据传输的系统或子系统。 以无线抄表 系统为例，可 以采取多种方 案。一种方案 是给每只电度 表安装一块 GPRS模块，由 该模块将用电 量的相关数据 直接发送到用 电管理中心， 如图所示。 远程传输方案6.
3、1.1 远程和近程无线数据传输 每个小区建立一 个中继站，安装一 块GPRS模块向管理 中心发送整个小区 的用电数据，每个 小区内每只电度表 的用电量数据则通 过无线收发芯片或 模块发送给中继站 ，如图所示。 近远程结合方案无论对于近程传输 还是远程传输，都需 要由无线收发芯片或 模块组成无线数据传 输的系统或子系统。 6.1.2 近程无线数据传输系统的组成和分类 无线数据传输系统的硬件一般包含以下几个组成部分。 1、数传系统的组成无论远程或近程的无线数据传输系统，一般都嵌入单片机， 这是因为系统许多功能需要单片机才能实现。因此，一个数传 系统的组成就包括硬件和软件两个方面。 （1）数据源 即
4、产生待传输数据的信号源，例如无线抄表系统中的电度表 。 （2）A/D转换电路 我们前面学习过的无线收发芯片，除了收音机芯片之外，绝 大部分芯片所能接收的都是数字信号，所进行的调制方式都 属数字信号调制，如FSK、ASK、OOK调制等。因此，无线数传 系统发送电路中还需要包含将模拟量转换为数字量的A/D转换 电路。6.1.2 近程无线数据传输系统的组成和分类 1、数传系统的组成-硬件部分（3）单片机无线收发系统需要用单片机管理数据的传输，因此传输系统都 包含某种型号的单片机。常用的单片有51系列单片机AT89C51、 AT89C52、AT89LV52、AT89C2051以及PIC系列PIC18F
5、252等。 （4）无线收发芯片或模块 一般情况下，无论数据接收方还是数据发送方，所使用的都必 须是无线收发两用的收发芯片，因为发送方除了发送数据之外 还需要接收来自管理中心（即接收方）的控制指令，因此还必 须具有接收能力。同样的道理，接收方除了能接收来自数据源 的数据之外，还需要向接收方发出各种指令，包括数据传输过 程中出现误码时需要向发送方发出重发的指令，因此也必需使 用收发两用的芯片。 6.1.2 近程无线数据传输系统的组成和分类 1、数传系统的组成-硬件部分（5）存储器发送方数据源所产生的数据常需要暂时存储起来，因此数据传 输系统常常需要安装E2PROM存储器。接收方接收到数据以后，一
6、般都将其存入PC机外存储器（硬盘），因此不必再加入E2PROM芯 片。 （6）接口电路 接收方常常也通过单片机实现数据传输的控制和管理，最后将 接收到的数据送入管理中心的PC机。为此，就需要有一个接口 电路进行对接和通信，常用的接口电路是MAX232。 （7）PC机。接收方还需要承担数据存储、处理和数据传输管理等任务， 在数据总量较大的情况下，单片机已不能适应数据存储、处理 和传输管理的需要。因此，许多无线数据传输系统的接收方都 包含PC机。 6.1.2 近程无线数据传输系统的组成和分类 1、数传系统的组成无线数据传输系统的软件包括单片机之间、单片机与PC机之间 通信的协议，单片运行的程序，P
7、C机与单片机之间通信的程序等 。 根据上述分析，可以画出完整的无线数据传输系统组成框图如 图所示。 6.1.2 近程无线数据传输系统的组成和分类 2、无线数据传输系统的分类 因此，按照结构上的不同，无线收发系统可以分为三类： （1）由普通无线收发芯片组成的数据传输系统。 （2）由智能型收发芯片组成的数据传输系统。 （3）由无线数传模块组成的数据传输系统。本章将分别讨论如何识读上述三类数据传输系统。 无线收发系统既可以由分立元器件组成，也可以由无线收发 芯片或无线收发模块组成，无线收发芯片按照其内部是否嵌入 微处理器又可分为普通无线收发芯片和智能型收发芯片。原则 上，上述各种结构的无线收发系统都
8、可以用来组成无线数据传 输系统。实际上，由于分立元器件组成无线收发系统时，高频电路的 工艺比较复杂，小批量生产时成本也较高，已很少使用，实用 的无线数据传输系统几乎都不用分立元器件来组成。 6.1.3 单片机串行口通信方式简介 1、单片机的串行通信 单片机有并行通信和串行通信两种方式，数据一位一位串行地顺 序传送的称为串行通信，在无线数据传输系统中，单片机一般都 通过串行方式进行通信。 6.1.3 单片机串行口通信方式简介 2、串行口工作方式的选择 方式0：移位寄存器工作方式，工作时RXD线用于串行地输入或 输出数据，TXD线输出移位脉冲，波特率固定为f/12。 方式1：8位异步通信，一帧10
9、位，1位起始位，8位数据位，1 位停止位，波特率可变，由软件设定。 方式2：9位异步通信，一帧为11位，1位起始位，8位数据位 ，第10位是可编程位，第11位是停止位。波特率固定f/32或 f/64。方式3：和方式2一样是9位异步通信，差别是波特率可变， 由软件设定。 6.1.3 单片机串行口通信方式简介 2、串行口工作方式的选择 无线数据传输系统中，常选用方式1、2或3。单片机究竟工作 于哪种串行通信方式，决定于串行口控制寄存器SCON中第8位 （SM0）和第7位(SM1)的取值，该取值由软件设定，串行口工作 方式选择位SM0、SM1和通信方式对应关系如表6所示。 6.1.4 单片机与PC机
10、的接口 1、PC机的9芯串行接口 PC机都安装有9芯串行接口，与单片机通信时使用的就是这个 接口。9芯接口引脚位置如图6.6所示，各引脚的定义如表所示 。与单片机通信时，只使用其中的3个引脚，2脚RXD接收数 据，3脚TXD发送数据，5脚GND信号地。 6.1.4 单片机与PC机的接口 2、TTL、CMOS和EIA电平 单片机输入/输出信号使用的是TTL电平，信号电压在2V和5V之 间时代表“1”，低于0.8V时代表数字“0”。PC机串行口使用 的是EIA电平，规定信号电压在3V15V时，代表数字 “1”，信号电压在3V15V之间时代表“0”，3V3V 之间的电压将被认为是无效的电压。 如果将
11、TTL电平的信号直接加到计算机 的串行口2、3脚，设输入电压为2.8V，按 照TTL电平标准，这个电压代表的是数字 “1”，但计算机认为是无效（干扰）信 号因而无法识别。反过来将9芯串行接口3 脚的信号电压直接加到单片机，这个电压 可在15V+15V之间变化，不仅单片机 不认识，这个过高的电压还可能会造成单 片机电路的永久性损坏。 6.1.4 单片机与PC机的接口 2、TTL、CMOS和EIA电平 为解决上述问题，需要在单片机和PC机之间加入电平转换电路 ，它将来自单片机的TTL信号转换为EIA电平后传输给PC机，将 来自PC机的EIA信号转换为TTL电平后再送给单片机，如图所示 。6.1.4
12、 单片机与PC机的接口 3、电平转换芯片MAX232简介 MAX232是常用的专为PC机RS-232标准串行口设计的接口电路， 用以实现TTL电平和EIA电平之间的相互转换，16脚DIP封装， 各引脚功能图所示。按照功能的不同，可以将其引脚可分为三 部分： 1、芯片电源引脚。2、电荷泵电路引脚 ，这部分引脚用来外 接电解电容，与芯片 内电路配合形成电荷 泵电路。3、电平转换电路引 脚，分为独立的两组 6.1.4 单片机与PC机的接口 4、单片机与PC机串行口之间的连接 用电平转换芯片MAX232实现单片机与PC机通信时，信号线的连 接关系如图所示。为了突出信号传输方向及信号线的连接关系 ，略去
13、了电源及外接电容等元件的连接。图中使用了两组电平 转换电路中的一组。 6.2 普通无线收发芯片组成的 数据传输系统识读 6.2.1系统硬件 1、发送电路 以nRF401组成的温度测量数据传输系统为例。 由温度传感器、A/D转换集成电路TC14433、单片机AT89C2051 和无线收发芯片nRF401组成。 6.2.1系统硬件 2、接收电路 由无线收发芯片nRF401、单片机AT89C2051、电平转换电路 MAX232和PC机组成。 6.2.1系统硬件 3、A/D转换电路TC14433外接元器件 为突出信号传输的通路，前面图中省略了 集成电路正常工作时需要外接的元器件，为完整起见，还需要 介
14、绍各电路的主要功能及外接元件在电路中所起的作用。首先介绍A/D转换电路TC1443。 TC14433外接元件如图 所示。基准电压等于2V 时，模拟输入电压范围 为0199.9mV，基准电 压等于2V时，模拟输入 电压范围为01.999V。 图中选择基准电压2V， 由5V的稳定电压经1k 电位器分压产生。 6.2.1系统硬件 4、单片机AT89C2051外接元件 发射电路中AT89C2051外接元件如图。 P1口用来接收 温度数字信号， P3.2（中断0）用 来接收A/D转换结 束信号，以便及 时启动读温度数 据程序，P3.1用 来以串行方式将 温度数据送无线 发射芯片nRF401 。 6.2.
15、1系统硬件 发射电路中AT89C2051外接 元件如图。 单片机的P1.7用来 接收无线收发芯片 nRF401接收到的温度 数据，经处理后从串 行通信口输出经电平 转换电路MAX232电平 转换后与PC机通信， 按PC机的要求将无线 传输过来的温度数据 输入PC机。 4、单片机AT89C2051外接元件 6.2.1系统硬件 数据传输系统接收和发射方都使用无线收发芯片nRF401， 其外接元件如图所示。 5、芯片nRF401外接元件 6.2.1系统硬件 MAX232正常工作时需要外接4只电容，如图所示。两组独立 的转换连接线只需要其中一组，710脚空置不用。 6、电平转换电路MAX232外接元件
16、 6.2.2 系统软件 TC14433是低速模数转换电路，每秒转换110次，每次的 转换结果都以动态分时方式从Q0Q3、DS1DS4输出。第一步，DS1=1（DS2DS4=0），Q0Q3以BCD码方式输出温 度的千位数（实际上只能取1或0），Q3为BCD码的高位。第二步，DS2=1（DS1、DS3、DS4=0）, Q0Q3以BCD码方式输 出温度的百位数。第三步，DS3=1（DS1、DS2、DS4=0）, Q0Q3以BCD码方式输 出温度的十位数。第四步，DS4=1（DS1、DS2、DS3=0）, Q0Q3以BCD码方式输 出温度的个位数。单片机通过并行口读取这些数据，并将读 得的结果存入芯片内存储器。 1、数据在模数转换电路与单片机之间的传输 6.2.2 系统软件 首先进入初始化程序，包 括设定P1口为输入方式等。 然后检测P3.2口是否出现脉 冲的下降沿，检测到下降沿 ，表示模数转换结束，设 P3.7为高电平使芯片nRF401 进入工作模式，接着进入读 取温
