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1、教学单位 信息工程系 本科毕业论文（设计）题目 无线投票器的设计 学生姓名 专业名称 电子信息科学与技术 指导教师 2012年3月17日44无线投票器的设计摘要：本设计以直流电压源为核心，STC89C52RC增强型单片机为主控制器。单片机系统是无线投票器的核心,它通过软件的运行来控制整个系统的工作，从而完成设定的功能。通过三个数字键盘来进行投票，在投票结束之后，经过编码的投票信息由NRF24L01无线模块发射出去。在接收端，可由液晶屏LCD1602显示实际投票结果。实际结果表明，本系统实际应用于投票领域。关键词：无线；投票器；单片机；NRF24L01；STC89C52RCThe design
2、of wireless voting deviceAbstract: In this design, the DC voltage source is the core, the enhanced MCU STC89C52RC is the master. MCU is the core of the wireless voting device, it controls the working of the whole system through the running of the software, so it could achieve the scheduled goal. We
3、could cast a vote through three digital buttons, the voted message will be transmitted by the wireless module NRF24L01 after the vote ends. In the receiver module, the LCD screen will show the result of the vote. It is proved that this design apply to the area of actual voting.Keywords: Wireless; vo
4、ting machine; MCU; NRF24L01; STC89C52RC 目 录1.引言12设计要求及方案论证22.1 设计要求22.2 设计方案及论证22.2.1 控制模块方案及论证22.2.2 显示模块方案及论证23.系统的硬件电路设计43.1 主控制器模块的设计43.2 NRF24L01无线模块的设计53.3 按键控制模块的设计73.4 液晶显示模块的设计83.4.1 LCD1602主要管脚介绍83.4.2 LCD1602控制指令93.4.3 液晶显示模块设计103.4.4 读写控制时序表103.4.5 LCD1602的一般初始化过程113.4.6 LCD1602与单片机连接图11
5、3.5 振荡电路设计模块的设计123.6 晶振电路与复位电路设计123.6.1 晶振电路123.6.2 复位电路133.7 电源模块的设计144系统软件设计164.1 用C语言开发单片机的优势164.2 系统程序设计流程图164.3 软件编译与调试174.4 液晶显示194.5 NRF24L01模块程序设计205调试结果与分析245.1 测试仪器245.2 测试方法245.3 调试过程与分析245.4 测试结论24参考文献25附 录26谢 辞441 引言近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断地走向深入，同时带动 传统控制检测技术日新月益更新。投票器,是投票反馈系统中的终端设备，是一种代
6、替常规会议举手表决，会议举手投票，民主举手选举的一种装置。投票器系统主要由：基站，软件，终端设备三部分组成。可以自由选择实名投票与非实名投票。使用时，与会者只需按动手中投票器上对应的，“赞同”“反对”或者“弃权”即可，相应的投票结果会在电脑中记录并实时显示的屏幕上，从而公平公正的展现出来。随着无线技术的发展，以及有线投票器的不方便性，无线投票器逐渐取代了有线投票器的市场。基于单片机与无线技术的投票器的设计制作过程，以MCS-51系列单片机为控制核心设计投票系统的投票发射器与接收器。投票发射器由单片机、三个按键、三个指示灯和NRF24L01模块等组成.三个键分别表示不按代表反对，按下代表同意。投
7、票器把投票结果信息编码后通过NRF24L01发射出去，接收器接收后，辨别发射传输的信息，可由液晶屏LCD1602显示实际投票结果。2 设计要求及方案论证2.1 设计要求单片机在各种电子产品中的应用已经越来越广泛，很多的电子产品利用单片机所取得的便利性得到了人们的好评，针对多路数据采集系统的要求提出了以下的方案：设计一款能进行远程无线投票的设备，由多个投票端和一个控制端所组成，模拟远程投票。其中每一个投票端都有三个按键，“赞成”、“反对”和“弃权”。当投票端进行投票后，由控制端显示投票结果。2.2 设计方案及论证2.2.1 控制模块方案及论证1方案1：采用各类数字电路来组成键盘控制系统，进行信号
8、处理，如选用CPLD等可编程逻辑器件。本方案电路复杂，灵活性不高，效率低，不利于系统的扩展，对信号处理比较困难。方案2：采用STC89C52RC单片机作为这个系统的控制单元，可方便利用单片机内部的定时器等各种资源，方便程序的编写和无线射频模块的操作。 比较以上两种方案的优缺点，方案1采用中、小规模器件实现系统的数控部分，使用的芯片很多，造成控制电路内部接口信号繁琐，中间相互关联多，抗干扰能力差。在方案2中采用单片机完成整个数控部分的功能，也便于系统功能的扩展。2.2.2 显示模块方案及论证2 方案1：使用数码管显示使用多位数码管显示，显示不灵活。方案2：使用LCD1602液晶显示液晶显示模块具
9、有体积小、功耗低、显示内容丰富、超薄轻巧等优点。本方案采用LCD1602，它具有两行显示，每行显示16个字符，采用单+5V供电，外围电路简单，价格便宜，具有很高的性价比。而数码管虽然便宜，但显示单调。占用过多的I/O。综上所述，得到系统整体结构框图如图1所示。图1 系统整体结构框图3 系统的硬件电路设计3.1 主控制器模块的设计3本设计采用PDIP封装的STC89C52RC芯片为主控制器，该芯片正常工作电压为5V，支持的最高时钟频率为80MHz，Flash程序存储器为8KB，RAM数据存储器为512B,内置看门狗电路，支持ISP/IAP4。本单片机具有以下优点：（1） 超低功耗。 掉电模式：典
10、型功耗为0.5uA,可由外部中断唤醒，中断返回后，继续执行原程序。 空闲模式：典型功耗为2mA。 正常工作模式：典型功耗为4mA-7mA。（2） 超强抗干扰。I/O口、电源、时钟、看门狗、复位电路都是经过特殊处理。宽电压，不怕电源抖动，工作电压范围为3.4 6V。高抗静电（高ESD保护），轻松过2000V。快速冲干扰。控制部分是系统整机协调工作和智能化管理的核心部分，采用STC89C52RC单片机实现控制功能是其关键，采用单片机不但方便监控，并且大大减少硬件设计。由于本设计分两个板子但上面的单片机最小系统电路是一样的，所以在此仅以发射板单片机电路为例。STC89C52RC芯片原理图如图2所示。
11、图图2 STC89C52RC芯片原理图3.2 NRF24L01无线模块的设计5NRF24L01 是 NORDIC 公司最近生产的一款无线通信通信芯片，采用 FSK 调制，内部集成NORDI自己的 Enhanced Short Burst 协议。可以实现点对点或是 1 对 6 的无线通信6。无线通信速度可以达到 2M（bps）。NORDIC 公司提供通信模块的 GERBER 文件，可以直接加工生产。嵌入式工程师或是单片机爱好者只需要为单片机系统预留 5个GPIO，1个中断输入引脚，就可以很容易实现无线通信的功能，非常适合用来为 MCU 系统构建无线通信功能。发射数据时，首先将nRF24L01配置
12、为发射模式：接着把接收节点地址TX_ADDR和有效数据TX_PLD按照时序由SPI口写入nRF24L01缓存区，TX_PLD必须在CSN为低时连续写入，而TX_ADDR在发射时写入一次即可，然后CE置为高电平并保持至少10s，延迟130s后发射数据;若自动应答开启，那么nRF24L01在发射数据后立即进入接收模式，接收应答信号（自动应答接收地址应该与接收节点地址TX_ADDR一致）。如果收到应答，则认为此次通信成功，TX_DS置高，同时TX_PLD从TX FIFO中清除;若未收到应答，则自动重新发射该数据(自动重发已开启)，若重发次数(ARC)达到上限，MAX_RT置高，TX FIFO中数据保
13、留以便在次重发;MAX_RT或TX_DS置高时，使IRQ变低，产生中断，通知MCU。最后发射成功时,若CE为低则nRF24L01进入空闲模式1;若发送堆栈中有数据且CE为高，则进入下一次发射;若发送堆栈中无数据且CE为高，则进入空闲模式2。接收数据时,首先将nRF24L01配置为接收模式，接着延迟130s进入接收状态等待数据的到来。当接收方检测到有效的地址和CRC时，就将数据包存储在RX FIFO中，同时中断标志位RX_DR置高，IRQ变低，产生中断，通知MCU去取数据。若此时自动应答开启，接收方则同时进入发射状态回传应答信号。最后接收成功时，若CE变低，则nRF24L01进入空闲模式17。N
14、RF24L01内部结构如图3所示，NRF24L01模块电路图如图4所示，NRF24L01指令系统由表1所示8。图3 NRF24L01结构图NRF24L01模块电路图如图4所示。图4 NRF24L01模块电路NRF24L01的指令列表如表1所示。 表1 NRF24L01令列表3.3 按键控制模块的设计本设计中，采用独立按键对单片机核心芯片STC89C52RC进行输入控制。各按键分别一端接地，一端接单片机引脚。实现功能：三个键分别表示不按代表反对，按下代表同意。键盘控制电路原理图如图5所示。图5 盘控制电路原理图3.4 液晶显示模块的设计3.4.1 LCD1602主要管脚介绍显示模块用于接收机实时显示投票结果。这里采用1602液晶显示屏，其主要参数为：显示容量（16*2个字符），芯片工作电压（4.5-5.5V），工作电流（2.0mA），模块最佳工作电压（5.0V）。LCD1602共有16个引脚，LCD1602管脚功能介绍表如表2所示表2 LCD1602管脚功能介绍表引脚图符号状态功能1VSS电源地2Vdd电源+5V3V0对比度控制端4RS输入寄存器选择5R/W输入读、写操作6E输入使能信号7DB0
