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1、 通信电子线路课程设计课程设计 题 目： 基于NRF905的无线接收系统设计学院名称 ： 电气工程学院班 级 ： 本09通信工程02班学 号 ： 20094400229 学生姓名 ： 余衡 指导老师 ： 黄智伟教授 教研室主任 ： 王彦 二零一二年五月基于NRF905无线数据接收摘要现代工业对于无线数据的采集显得越发重要,本系统主要以单片机最小系统为控制核心，结合无线模块完成的无线收发系统的设计。本系统是通过无线模块NRF905接收发射器发出的信号，并将其传入单片机，在单片机内部经过转换并将接收的数据在数码管上显示出来。nRF905是Nordic VLSI公司推出的单片射频收发器，工作电压为1
2、.9 V3.6 V，工作于433MHz、868MHz、915MHz 3个ISM频段，频道转换时间小于650s，最大数据速率为100 kbit/s。nRF905由频率合成器、接收解调器、功率放大器、晶体振荡器和GFSK调制器组成。nRF905适用于遥感、遥测、无线抄表、工业数据采集以及家庭自动化等领域。关键词：单片机 温度 NRF905无线模块 接收 数码管 AbstractModern industry for wireless data collection is becoming more and more important, this system mainly on the sing
3、le 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
4、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, re
5、ceiving 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
6、录1系统方案设计及论证51.1设计任务与要求51.2设计分析51.3 各模块方案论证51.3.1 控制器模块51.3.2 显示模块61.3.3 无线接收模块62系统原理分析和单元单元设计62.1 NRF905芯片62.1.1 NRF905芯片结构62.1.3 NRF905芯片工作方式82.2 接口电路管脚及说明92.2.1 接口电路管脚92.2.2管脚相关参数102.3.4 模块引脚和电气参数说明112.3.2 ShockBurst 模式132.3.4 ShockBurst RX 接收流程132.3.5 节能模式142.4配置NRF905模块142.4.1 SPI接口寄存器配置142.4.2
7、SPI 指令设置152.4.3 SPI 时序172.4.4 NRF905配置寄存器173 STC89C52的介绍204 系统整体结构电路图224.1 系统原理图224.2 系统PCB图235 软件设计分析237 心得体会25参考文献:25附录：26附录1：元器件清单26附录2：程序清单27附录3：任务书331系统方案设计及论证1.1 设计任务与要求设计一个由单片机控制的无线接收电路：输入信号为传感器、电压、电流、开关等形式，输出控制信号为模拟电压或者数字信号，控制对象可以是电机（直流电机，步进电机）、开关、显示器等，信号传输采用无线模块，微控制器采用单片机。1.2设计分析要成功实现设计任务与要
8、求，系统必须具备以下功能模块：单片机控制器、无线接收模块、显示模块。本系统由无线接收模块接收通过发射系统传过来的数据，通过单片机采集分析数据，然后送到数码管上显示。整体系统框图如下：数码管显示单片机控制无线接收模块NRF905显示数据检测信号图1.1 整体系统框图1.3 各模块方案论证 1.3.1 控制器模块方案一：采用FPGA作为主控制器。FPGA内部具有独立的I/O 接口和逻辑单元，使用灵活，适用性强，且相对单片机来说，还有速度快，外围电路较少，集成度高的特点，因此特别适用于复杂逻辑电路设计。但是FPGA的成本偏高，算术运算能力不强，而且由于本设计对输出处理的速度要求不高，所以FPGA高速
9、处理的优势得不到充分体现。方案二：采用ARM7TDMI-S微控制器LPC2148。32位的LPC2148工作电压为3.3V，典型工作电流为53mA，工作频率可高达60MHz，具有45个可承受5V电压的I/O口，内置宽范围的串行通信接口，采用3级流水线工作模式，具有掉电和空闲两种低功耗工作模式。方案三：采用STC89C52RC单片机作为主控制器，其有40个引脚，32个独立的I/O 口，二个外部中断，三个定时/计数器，虽然相对FPGA来说在功能和速度上有点差异， 但单片机算术运算功能强，软件编程灵活、可用软件较简单的实现各种算法和逻辑控制，并且由于其成本低、体积小、技术成熟和功耗小等优点，开发过程
10、中可以利用的资源和工具丰富。针对本设计对处理器要求不高，根据经济节约的原则，系统拟采用方案三，使用STC89C52RC单片机作为本系统的主控制器。1.3.2 显示模块方案一：使用数码管进行显示，按键用于切换显示。可采用周立功公司生产的ZLG7290芯片来配合控制器对数码管和按键进行控制，该芯片具有I2C 串行接口，只需占用控制器3个管脚，便可方便地控制数码管显示和检测按键。 方案二：用12864液晶，12864液晶能同时显示64个字符或32个汉字，工作电压为5V,显示内容多，操作方便，显示清晰,不需额外电路。方案选择：由于不需要显示汉字，只需要显示数字，综合考虑选择方案一 1.3.3 无线接收
11、模块方案一：单片无线收发器芯片nRF905 。工作电压为1. 93. 6 V ,工作于433/ 868/ 915 MHz 三个ISM频道, 最大数据速率为100 Kb/ s。芯片内部集成了频率合成器、接收解调器、功率放大器、晶体振荡器和调制器。其主要特点是能够自动处理报头和CRC 冗余校验,而且可以直接通过SPI 接口来进行软件配置。此外,其功耗非常低,以- 10 dBm的输出功率发射时电流只有11 mA ,工作于接收模式时的电流为12. 5 mA ,并内建有空闲模式与关机模式,易于实现节能。方案二：使用nRF24L01无线收发模块。其工作频段为2.4GHz，最高工作速率为2Mbps，最远传输
12、距离为100m，低功耗1.9V3.6V工作，待机模式下为22A，可通过SPI接口方便地与控制器相连。方案三：采用APC220-43无线串口收发模块。该模块是高度集成半双工微功率无线数据传输模块，其嵌入高速单片机和高性能射频芯片。创新的采用高效的循环交织纠检错编码，抗干扰和灵敏度都大大提高，最大可以纠24bits连续突发错误，支持在线编程，3.36V宽电压范围工作。综合考虑，本系统采用高速低耗收发模块nRF905,故采用方案一。2系统原理分析和单元单元设计2.1 NRF905芯片2.1.1 NRF905芯片结构MOSI/MISO是发射接收数据的通道；TRX_CE，TX_EN是收发通道的控制端；P
13、WR_UP是工作模式控制端；CSN、SCK为串行接口控制端；CD是接收模式下载波监测信号输出端；AM是接收到正确的数据包地址后芯片指示信号的输出端；DR是发射完一个数据包后芯片指示信号的输出端；uPCLK是芯片提供的一个可设置的时钟源信号输出端；ANT1和ANT2用于天线部分；XC1和XC2外接电路构成了晶体振荡电路。nRF905片内集成了电源管理、晶体振荡器、低噪声放大器、频率合成器、功率放大器、通信协议控制等模块，曼彻斯特编码/解码由片内硬件完成，无需用户对数据进行曼彻斯特编码，因此使用非常方便。可自动处理字头和（循环冗余码校验），使用接口与微控制器通信，配置非常方便。由于nRF905采用
14、抗干扰能力强的高斯频移键控（GFSK）调制方式，抗干扰能力强，能很好的减少噪声环境对系统性能的干扰。其芯片框架及引脚封装如下图所示: 图2.1.1RNF905芯片框架图 图2.1.2 NRF905芯片引脚封装形式2.1.2 NRF905芯片工作特点 芯片有如下特点：工作频率可通过软件配置，设置在433/868/915MHz三个频段，免许可证使用，最大传输速率100kb/s高效GPSK调制，抗干扰性强可适合许多工业控制场合；125个频道选择，满足多点通信和调频通信的需要；内置硬件CRC校验检错和点对点通信地址控制；1.9V3.6V低功耗工作，待机模式下静态电流仅为2.5uA收发模式切换时间短，小于650us,芯片可通过软件设置地址，可直接和各种单片机连接实用，软件编程非常方便。2.1.3 NRF905芯片工作方式 NRF905有两种工作模式和两种节能模式。两种工作模式分别是 接收模式和 发送模式，两种节能模式分别是关 机模式和空闲模式。nRF905的工作模式由TRX_CE、TX_EN和PWR_UP三个引脚决定
