基于51单片机的无线通信.docx
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基于51单片机的无线通信
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:
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,控制下位机运动控制器,并且将通信接收的数据保存到扩展的存储器。
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
1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。
2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屏上显示接收到的容。
3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(SerialPeriPheralInterface,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FlashRAM,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脚来选择从设备。
图2典型的SPI主从式总线结构
1、MOSI(MasterOutputSlaveInput):
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(MasterInputSlaveOutput):
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(SPISerialClock):
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、(SlaveSelect)
通过使某个从设备的管脚保持低电平来选择该从设备。
显然只有主设备(它的管脚保持高电平)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,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NRF24L01,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)置CRC检错和点对多点的通信地址控制。
5)低工作电压(1.9~3.6V)。
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3.1NRF24L01无线模块外形和引脚图
模块VCC脚的电压围为1.9~3.6V,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。
3.21602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3LCD1602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
1
VSS
电源地
9
D2
DATAI/O
2
VDD
电源正极
10
D3
DATAI/O
3
VL
液晶显示偏压信号
11
D4
DATAI/O
4
RS
数据/命令选择端(H/L)
12
D5
DATAI/O
5
R/W
读/写选择端(H/L)
13
D6
DATAI/O
6
E
使能信号
14
D7
DATAI/O
7
D0
DATAI/O
15
BLA
背光正极
8
D1
DATAI/O
16
BLK
背光负极
2.基本操作时序如下:
1)读状态:
RS=L,RW=H,E=H
2)写指令:
RS=L,RW=L,D0~D7=指令码,E=高脉冲
3)读数据:
RS=H,RW=H,E=H
4)写数据:
RS=H,RW=L,D0~D7=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
0
0
1
1
1
0
0
0
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
0
0
0
0
1
D
C
B
D=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
0
0
0
0
0
1
N
S
N=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D0~D7分别接单片机的的P0口,作为数据线,因为P0口部没有上
拉电阻,所以外部另外加上4.7K的上拉电阻;P2.5—P2.7分别接LCD的RS、RW、
E三个控制管脚;RV1用来调节LCD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41602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容。
3.3STC89C52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(1976—1978):
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(1978—1982):
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-51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(1982—1990):
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较为广泛,在智能仪表中单片机是应用最多、最活跃的领域之一。
在控制领域中,现如今人们更注意计算机的底成本、小体积、运行的可靠性和控制的灵活性。
在各类仪器、仪表中引入单片机,使仪器仪表智能化,提高测试的自动化程度和精度,提高计算机的运算速度,简化仪器仪表的硬件结构,提高其性能价格比。
单片机主要特点:
(1)有优异的性能价格比。
(2)集成度高、体积小、有很高的可靠性。
单片机把各功能部件集成在一块芯片上,部采用总线结构,减少了各芯片之间的连线,大大提高了单片机的可靠性和抗干扰能力。
另外,其体积小,对于强磁场环境易于采取屏蔽措施,适合在恶劣环境下工作。
(3)控制功能强。
为了满足工业控制的要求,一般单片机的指令系统中均有极丰富的转移指令、I/O口的逻辑操作以及位处理功能。
单片机的逻辑控制功能及运行速度均高
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- 基于 51 单片机 无线通信