基于单片机及nRF2401的无线通信模块.docx

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1、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根本原理、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PC上位机之间基于串行接口RS-232标准的串行通信接口电路和USB高速通信接口电路。该通信控制系统通过PC上位机的RS-232串行通信和USB高速通信，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

2、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开展前景。关键字：无线通信控制；AT89S52；nRF2401;串行通信AbstractThispaperintroducesadesignAT89S52singlechipcontrolwiththecoreofwirelesscommunicationcontrolmoduledesignsystem,detailedinstructionsonthesystemofbasicPrinCipie,hardwareframe,maincircuitandsoftwareframe.Thewholesystemusesmodu

3、lardesign,includingbetweenmicrocontrollerandlowerlevelcomputerwirelesscommunicationcontrolcircuit,andwirelesscommunicationmodulewithPCbasedonserialinterfacebetweentheRS-232standardserialcommunicationinterfacecircuitandUSBhigh-speedcommunicationinterfacecircuit.Thiscommunicationcontrolsystemthroughth

4、ePC,sRS-232serialcommunicationandUSBhigh-speedcommunications,thusthroughwirelesscommunicationcontrolmoduleformationandlowerlevelcomputerconnection,control,andamachinemotioncontrollerwillreceivedatastoragetocommunicationwithinthememoryexpansion.Thismodulecommunicationmethodissimple,remotingreal-timec

5、ontroloutside,stillcanbewidelyusedinindustrialsupervisorycontrolanddataacquisitionsystem.Thissystemhasreliableperformance,stronganti-jammingcapability,lowpowerconsumption,highperfbrmance-to-priceadvantagesinwirelesscommunicationdomain,hasimportantapplicationvalueandgooddevelopmentprospect.Keywordszw

6、irelesscommunicationcontrol;AT89S52;nRF2401;serialcomm-unication目录1概述11. 1单片机控制的无线数据传输的意义11. 2无线通信系统的现状及开展11.3 本设计的内容及设计指标21.4 设计的根底知识32系统设计方案42. 1设计方案选择和论证4无线通信方式的比较和选择4微控制器的比较和选择5无线收发芯片的比较和选择62.1.4串行通信方式比较和选择72. 2系统组成和功能概述83系统硬件设计103. 1RS-232串行通信接口电路设计103.2 USB通信接口电路设计11设计思路Il3. 2.2USB转接芯片的选择11硬件电

7、路设计12硬件驱动程序安装123.3 nRF2401射频模块电路设计13芯片靖掏13引脚说明13主要特点14工作模式14器件配置15应用电路163.4 外部数据存储器扩展电路设计163. 5单片机最小系统电路设计17电源电路18时钟电路设计18复位电路的设计18下载线接口电路设计194. 6各功能模块的整合及实现194系统软件设计205. 1主程序模块204. 2串行通信模块21串行口的初始化21串行口数据的收发224.3nRF2401的无线通信模块234 .3.1nRF2401的初始化235 .3.211RF24O1数据的ShockBurstTM收发244. 4外部数据存储器的扩展模块255

8、. 5串行口调试软件简介255系统性能改善275.1 提高系统可靠性措施276. 2降低功耗的措施276总结与展望287. 1总结288. 2展望29参考文献30致谢32外文文献33中文翻译411概述.单片机控制的无线数据传输的意义在社会高速开展的今天，随着电子技术日新月异的开展，数据通信被广泛的应用到各个领域中。通信可以分为有线通信和无线通信，采用传统的有线监控系统除了通信设备之间的物理线路连接，还需要供电电路的支持。而采用无线技术后，系统精简了通信和供电线路的铺设，方便了系统的维护和扩展，对生产管理水平具有重要的意义。采用无线通信技术可以有效的解决采用有线通信所存在的问题，而且具有本钱更低

9、、不需要布线、可以任意增加或减少测量节点、维护方便等优点。当数据采集点处于非固定位置或运动状态时，数据采集系统必须与主机别离，同时还需利用电池供电。因此，由无线收发电路或模块所组成的数据采集及传输系统是有效的解决方式。现在很多的无线通信控制系统不受体积、功耗、本钱的限制，并且短距离的无线数据传输技术已经较为成熟，功能简单，携带方便，在应用时将系统作为一个模块可方便地移植，以便构建更为复杂的无线通信网络，可很好的应用于各种无线产品中以及应用于小型无线网络、无线抄表、小区传呼、工业数据采集系统、平安防火系统等领域近十几年来，随着移动通信技术飞速开展，越来越多的信息采集和远程控制系统采用了无线数据传

10、送技术，它与有线数传相比主要有布线本钱低、安装简便、便于移动的优点，而且随着互联网技术的迅猛开展和快速普及，越来越多的基于单片机为微控制器的的测控设备或智能仪器仪表都需要通过互联网上进行数据交换或传输数据。1. 2无线通信系统的现状及开展了解和比较国内外的无线通信控制系统设计技术的现状，分析其优缺点，对于我们的研究无疑是非常必要的。从七十年代，国内外人们就开始了无线通信系统的研究。在整个八十年代，伴随着以太局域网的迅猛开展，以具有不用架线、灵活性强等优点的无线通信网络以己之长补有线所短，也赢得了特定市场的认可，但也正是因为当时的无线网是作为有线以太网的一种补充，遵循了IEEE802.3标准，使

11、直接架构于802.3上的无线网产品存在着易受其他微波噪声干扰，性能不稳定，传输速率低且不易升级等弱点，不同厂商的产品相互也不兼容，这一切都限制了无线通信网络的进一步应用。随着电子技术的开展，基于射频技术的无线收发芯片的集成度、性能都大幅度提高，芯片的种类和数量比较多，性能也各有特色。目前，世界各大芯片制造商研制开发出了各种新型射频芯片，使短距离无线通信装置的设计开发趋于容易、便捷、周期短、本钱低。此类芯片收发合一，工作频率一般为国际通用的ISM频段，无需申请许可证，采用低发射功率、高接收灵敏度的设计，使用时对周围干扰很小，调制方式大多为ASK,FSK,传输速率为几K到几百Kbit/s,传输距离

12、受环境影响，一般在几十米到数百米2。无线通信是当前开展最快的技术之一，已渗透到社会的各个角落，有着广阔的市场和业务需要。短距离无线传输具有抗干扰性能强、可靠性高、平安性好、受地理条件限制少、安装灵活等优点，在许多领域有着广泛的应用前景。低功耗、微型化是用户对当前无线通信产品尤其是便携产品的实际需求，短距离无线通信逐渐引起关注.1.3本设计的内容及设计指标本设计需要完成的模块功能及设计指标：1 .通过RS-232串行接口或USB接口实现PC机与单片机T89S52的串行通信。2 .通过nRF2401芯片与单片机AT89S52的IO口连接实现两者的数据传输。3 .通过对nRF2401进行配置实现两个

13、单片机之间的无线数据传输。4 .将下位机接收到的数据存储到扩展的外部数据存储器中。本设计的特点：系统由单片机AT89S52控制无线数字传输芯片11RF24O1,通过无线方式进行数据双向远程传输,两端采用半双工方式通信，该系统具有本钱低，功耗低，软件设计简单以及通信可靠等优点。1. 4设计的根底知识做好本次设计需要多个方面的只是有全面的了解和掌握。不仅需要硬件电路方面的设计，对于软件编程局部也要有良好的根底。还需要对单片机的应用有深刻的理解和牢固的掌握，例如PC与单片机的串行通信，单片机的外部数据存储器的扩展等。本设计是基于nRF2401射频芯片的无线通信系统，还需要对该芯片有深入的了解。掌握其

14、各个引脚的作用及各种工作方式和原理.同时还要能筋运用Protel系列软件进行电路图及PCB板的绘制和布线以及使用Proteus等仿真软件进行系统仿真。软件局部的编程也需要能够熟练使用KEILC51软件。2系统设计方案2.1设计方案选择和论证无线通信技术迅速开展，有多种通讯方案可供选择，这里从实用，经济和实现等方面进行综合的考虑分析，选出适宜的设计方案。无线通信方式的比较和选择目前常用的短距离无线通信主要有:蓝牙(Bluetooth),红外数据传输(IrDA)无线局域网(Wi-Fi)以及一些无线收发芯片等。蓝牙：BIUetoOth是一种无线数据与语音通信的开放性全球标准，其实质是为固定设备或移动

15、设备之间的通信环境建立通用的近距无线接口，但由于芯片大小和价格难以下调，使得许多用户不愿意花大价钱来购置这种无线设备。IrDA：IrDA是一种利用红外线进行点对点通信的技术，是第一个实现无线个人局域网(PAN)的技术，但它对于点对多点的通信显得无能为力，且红外技术只能在视线可以到达的范围内定向传输，中间不能有任何阻挡，同时要求通信设备的位置相对固定，这样就无法应用于移动设备。Wi-Fi：Wi-Fi是以太网的一种无线扩展，主要目的是提供WLAN接人，但由于其硬件实现需要很大的容纳空间，且往往在商用计算机系统中实现，这就限制了其在工业领域，尤其是在某些不依赖通用计算机的特殊工业场合的应用。本设计采

16、用射频芯片11RF2401作为无线收发芯片，内置多种功能模块，功耗非常低，节能设计更方便，可以克服以上通信方式的映点，适用于多种无线通信场合，如无线数据传输系统、无线鼠标、遥控开锁、遥控玩具等3。微控制器的比较和选择八位单片机由于内部构造简单，体积小，本钱低廉，在一些较简单的控制器中应用很广。即便到了本世纪，在单片机应用中，仍占有相当的份额。应用最广泛的八位单片机首推InteI的51系列，由于产品硬件结构合理，指令系统标准，加之生产历史悠久，有先入为主的优势。世界有许多著名的芯片公司都购置了51芯片的核心专利技术，并在其根底上进行性能上的扩充，使得芯片得到进一步的完善，形成了一个庞大的体系，直

17、到现在仍在不断翻新，把单片机世界炒得沸沸扬扬。有人推测，51芯片可能最终形成事实上的标淮MCU芯片M。这里只对51系列单片机进行比较。AT89CXX系列单片机：该系列单片机是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS8位单片机。器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8为中央处理器（CPU）和Flash存储单元，可灵活应用于各种控制领域5。但是该系列单片机最高工作频率为24MHz,处理速度缓慢。且不支持ISP在线编程功能，使开发周期变长。C8051F系列单片机：美国Silabs公司推出的C8051F系列单片机是一种高集成度的SoC型芯片

18、，除兼容MCS-51的微控制器内核、指令系统、数字外设部件外，还具有数据采集和控制系统的模拟部件以及其他数字外设部件，是单片机既能处理数字信号又能处理模拟信号6。但是该系列单片机比较昂贵，考虑到性价比，该系列的单片机并不适用于该无线通信系统。AT89SXX系列单片机：该系列单片机基于AT89C系列改良而来。在保持原有的功能根底上又增加了一些新的功能，性能有很大的提升。主要有增加了ISP在线编程功能，是程序的烧写变得简单易行。最高工作频率由原来的24MHZ提升到33MHz,使单片机的运算速度有了很大的提升。同时芯片内部集成了看门狗计时器，不再像AT89C那样外接看门狗计时器电路。全新的加密算法，

19、使程序的保密性大大加强7。该系列的单片机在价格上根本不变甚至比AT89C的价格更低，功能上也可以完全满足该通信系统的要求。综合考虑性价比和功能的实现要求，本设计采用该系列的AT89S52单片机。无线收发芯片的比较和选择方案一：CCIlOO微功率无线数传模块。根本特点有315、433、868、915MHZ的ISM和SRD频段，最高工作速率500Kbps,支持2-FSK、GFSK和MSK调制方式,可软件修改波特率参数，更好地满足客户在不同条件下的使用要求高波特率，更快的数据传输速率低波特率，更强的抗干扰性和穿透能力，更远的传输距离，较低的电流消耗(RX5.6m,2.4kbps,433MHz),可编

20、程控制的输出功率，对所有的支持频率可达+IOdBm,无线唤醒功能，支持低功率电磁波激活功能，无线唤醒低功耗睡眠状态的设备，支持传输前自动清理信道访问(CCA),即载波侦听系统，快速频率变动合成器带来的适宜的频率跳跃系统，模块可软件设地址，软件编程非常方便，标准DIP间距接口，便于嵌入式应用，单独的64字节RX和TX数据FIFO8。但是该模块在过高的数据速率会降低接收灵敏度及增大误码率甚至根本无法工作，并且和单片机工作时需要合理的信息码格式，否那么会直接影响到数据的可靠收发。方案二：NRF905无线收发模块。根本特点有433MhZ开放ISM频段免许可证使用，接收发送功能合一，收发完成中断标志，1

21、70个频道，可满足多点通讯和跳频通讯需求，实现组网通讯，内置硬件8/16位CRC校验，开发更简单，数据传输可靠稳定，工作电压1.9-3.6V,低功耗，待机模式仅2.5uA,接收灵敏度达TOodBm,收发模式切换时间650us,每次最多可发送接收32字节，并可软件设置发送/接收缓冲区大小2/4/8/16/32字节，模块可软件设地址，只有收到本机地址时才会输出数据(提供中断指示)，可直接接各种单片机使用，软件编程非常方便，最大发射功率10毫瓦，发射模式：最大电流30m,接收模式为电流12.2mA,内置SPl接口，也可通过I/O口模拟SPl实现。最高SPl时钟可达10M,标准DIP间距接口，便于嵌入

22、式应用，芯片可以软件设置空闲模式和关机模式，易于节能设计，适合工业数据采集、无线报警及平安系统等诸多领域。但是该模块比较简约，没有RSSl功能，和2.4GHZ频段的无线芯片相比，速度相比照较慢，并且芯片的价格相对来说较贵。方案三：nRF2401无线通信控制模块。根本特点有2.4GhZ全球开放ISM频段免许可证使用，最高工作速率2Mbps,高效GFSK调制，抗干扰能力强，适合工业控制场合，125频道，满足多点网络通信需要，内置硬件8/16位CRC校验和点对多点通信地址控制，结合TDMA-CDMA-FDMA原理，可实现无线网络通讯，低功耗1.9-3.6V工作，待机模式下状态仅为IUA,模块可软件设

23、地址，只有收到本机地址时才会输出数据（提供中断指示），可直接接各种单片机使用，软件编程较为方便，收发完成中断标志，每次最多可发28字节，内置专门稳压电路，使用各种电源包括DC/DC开关电源均有很好的通信效果，标准DlP间距接口（5*2）,便于嵌入式应用，CLK、DATA、DR三线接口，软件编写较为简单，双通道数据接收，标配外置柱状天线，开阔地无干扰条件通信距离可达100米9该无线通信模块通过ShOCkBUrStTM收发模式进行无线数据发送，收发可靠，其外形尺寸小，需要的外围元器件也少，本钱较低，并且使用和携带较为方便。该设计选用该芯片。串行通信方式比较和选择RS-485串行通信：该接口是采用平

24、衡驱动器和差分接收器的组合，抗噪声干扰性好。具有多机通信能力，这样用户可以利用单一的RS-485接口方便地建立起设备网络。接口组成的半双工网络，一般只需二根信号线，所以它的接口均采用屏蔽双绞线传输，数据信号采用差分传输方式。但是由于电脑上没有485接口，所以设计的时候还需要一个485转232转换器，较为麻烦。RS-232串行通信：它是无处不在的，每一台PC机都有一个或者更多的接口。在微控制器中，接口芯片使得将一个5V串口转换成RS-232变的更容易。连接距离可以到达50到IOoft,大多数的外设接口都不会用于太长的距离。对于一个双向选择，只需要3条导线。一个并行连接器一般需要8条数据线，两条或

25、者更多的控制信号线和几根接地线。它作为一种标准，与很多设备兼容，目前已经在很多的微机通信接口中广泛的被采用10。这里采用该通信方式。USB接口通信：1.USB接口支持即插即用和热插拔，而RS-232(DB-9)串口不支持即插即用和热插拔，设备安装后需重启计算机方可使用。2. USB接口的传输速率较快，可达480Mbps(V2.0),而RS-232(DB-9)串口的最高速率仅为19200波特。3. USB接口占用体积较小，插拔方便；而RS-232(DB-9)串口的的插拔需要使用改锥，且在机箱后操作，比较麻烦。该设计中也可也采用这种通信方式。2. 2系统组成和功能概述系统主要包括两个分别具有收发功

26、能的无线通信模块，每个模块均由单片机和无线收发芯片11RF2401组成。系统的原理框图如下图，发送时，单片机通过IO总线向nRF2401写人控制命令及所需发送的数据，nRF2401通过天线发送出去；接收时，单片机通过IO总线读取nRF2401的工作状态，获取芯片相关信息及接收到的数据。两个收发模块之间相互通信，从而实现数据的无线传输。同时接收端将接收到的数据存储到扩展的片外数据存储器中。AT89S01频模I片52单机图2T数据发送端框图AT89S52单片机限Ol频模射频图2-2数据接收端框图3系统硬件设计该无线数据传输系统采用AT89S52单片机作为整个系统的控制核心，通过射频芯片nRF240

27、1实现数据的无线传输。通过RS232标准串行接口实现PC与单片机的串行通信。也可以通过USB实现PC与单片机的通信。当进行大的数据传输时，AT89S52的数据存储器的存储容量将不能满足。此时那么需要对外部数据存储器进行扩展。这里使用容量为512KX8的静态RAM芯片进行存储空间的扩展。同时对单片机能够正常运行的最小系统进行设计。3.1RS-232串行通信接口电路设计由于不同设备串行接口的信号线定义、电气规那么等特性都不尽相同，因此要使这些设备能够互相连接，需要统一的串行通信接口。采用标准接口还能提高通信速度和传输距离。RS-232定义了数据终端设备(DTE)与数据通信设备(DCE)之间的物理接

28、口标准，接口标准包括引脚定义，电气特征和电平转换几方面内容.在微型计算机通信中RS-232接口常使用的有9根信号引脚。由于RS-232是早期为促进公用网络进行数据通信而制定的标准，其逻辑电平对地是对称的，要用负逻辑，逻辑0电平规定为+5V+15V,逻辑1电平为-5VT5V,因此51系列的单片机与微型计算机的RS-232接口不能直接对接,必须进行电平转换。常见的电平转换器有MC1488,MC1489和MAX202/232/232A等芯片。该设计选用MAX232芯片作为电平转换器，它能满足RS-232的电气标准，内置电子泵电压转换器将+5V转换为T0+10V,该芯片与TTL/COMS电平兼容，片内

29、有两个发射器，两个接收器，在单片机应用系统中得到广泛应用6。MAX232的内部逻辑功能和电平转换硬件接口电路如图图3-1MAX232引脚及内部结构图3-2RS232-TTL电平转换电路上图中MX232的R2IN和T20UT引脚分别与RS-232接口的第2和第3引脚相连,R2IN和R20UT引脚分别与T89S52的TXD和RXD引脚相连。3. 2USB通信接口电路设计目前，51单片机同PC机的通信在大多数情况下仍然是使用RS-232(DB-9)串口作为通信接口实现的。而随着USB接口技术的成熟和使用的普及，由于USB接口大有着一系列RS-232(DB-9)串口无法比较的优点，RS-232(DB-

30、9)串口正在逐步的为USB接口所替代。而在现在的大多数笔记本电脑中，出于节省物理空间和用处不大等原因，RS-232(DB-9)串口己不再设置，这就约束了基于RS-232(DB-9)串口与PC机联络的单片机设备的使用范围。设计思路使用USB-RS232转接芯片实现PC机同单片机物理层的连接，通过编写单片机指令实现数据帧格式的匹配。USB转接芯片的选择目前常用的USB转接芯片包括PL2303,CH341,CP210bFT232等。在综合考虑了各方面因素后，CH341成为了本次电路设计的首选芯片。CH341是南京沁恒电子公司生产的USB总线的转接芯片，通过USB总线提供异步串口，打印口，并口及常用的

31、2线和4线等同步串行端口。其特点有：1 提供全速USB设备借口，兼容USB2.0,外围设备只需要晶体和电容；2 .可通过外部的低本钱串行EPROM定义厂商ID,产品ID,序列号等；3 .本钱低廉，可直接转换原串口外围设备；4 .采用S0P-28封装，串口应用还提供小型的SSOP-20封装。正是由于在PC机同单片机通信电路中，USB转接芯片CH341具有以上其他芯片无法比较的优点，同时价格低廉并且提供中文技术支持，因此它成为了本电路USB转接芯片的最优选择。本电路采用的是SSOP-20封装的CH341T,其引脚图如下图。其中，芯片的驱动程序由南京沁恒电子公司提供。图3-3CH341T引脚CH34

32、1T是一个USB总线的转接芯片。在异步串口方式下，CH341T提供串口发送使能、串口接收就绪等交互式的速率控制信号以及常用的MODEM联络信号，用于为计算机扩展异步串口，或者将普通的串口设备直接升级到USB总线。在打印口方式下,CH341T提供了兼容USB相关标准和Windows操作系统的标准USB打印口，用于将普通的并口打印机直接升级到USB总线。在并口方式下，CH341提供了EPP方式或MEM方式的8位并行接口，用于在不需要单片机/DSP/MCU的环境下，直接输入输出数据。除此之外，CH3411芯片还支持一些常用的同步串行接口，例如2线接口（SCL线、SDA线）和4线接口（CS线、SCK/

33、CLK线、MISO/SDI/DIN线、MoSI/SDO/DOUT线）等。连接框图如图图3-4CH341T连接框图硬件电路设计USB通信模块电路连接如图，图中CH341的TXD和RXD引脚分别与单片机的RXD和TXD引脚连接。VCC和GND引脚分别与单片机的VCC和GND引脚连接。在5V电源的情况下，V3口需要外接0.0IUF的退耦电容。TEN#为串口发送数据使能端，低电平有效。CH341T必须使用12MhZ的晶振，否那么无法正常工作。为保证单片机能够产生与计算机匹配的波特率，单片机采用11.0592MhZ的晶振。图3-5USB通信模块硬件驱动程序安装通过登录南京沁恒电子公司网站：downloa

34、dindex.htm可下载CH341T驱动程序CH341SER.EXE,在确认驱动程序和硬件电路无误后，翻开驱动程序。弹出安装对话框后选择INSTALL,设备将自动安装驱动程序。安装完成后计算机将提示安装成功11。3. 3nRF2401射频模块电路设计nRF2401无线收发一体芯片和蓝牙一样，都工作在2.4GHZ自由频段，能筋在全球无线市场畅通无阻。nRF2401支持多点间通信，最高传输速率超过1Mbit/s,而且比蓝牙具有更高的传输速度。它采用SoC方法设计，只需少量外围元件便可组成射频收发电路与蓝牙不同的是，nRF2401没有复杂的通信协议，它完全对用户透明，同种产品之间可以自由通信.。更

35、重要的是，nRF2401比蓝牙产品更廉价所以nRF2401是业界体积最小、功耗最少、外围元件最少的低本钱射频系统级芯片12。芯片结构nRF2401内置地址解码器、先入先出堆栈区、解调处理器、时钟处理器、GFSK滤波器、低噪声放大器、频率合成器，功率放大器等功能模块，需要很少的外围元件，因此使用起来非常方便。QFN24引脚封装，外形尺寸只有5X5mm。nRF2401的功能模块如图。图3-6nRF2401功能结构引脚说明芯片引脚排列如图图3-7nRF2401引脚各引脚功能说明如表图3-8nRF2401引脚功能主要特点1采用全球开放的2.4G比频段，有125个频道，可满足多频及跳频需要；2 .速率（

36、IMbPS）高于蓝牙，且具有高数据吞吐量；3 .外围元件极少，只需一个晶振和一个电阻即可设计射频电路；4 .发射功率和工作频率等所有工作参数可全部通过软件设置；5 .每个芯片均可以通过软件设置最多40bit地址，而且只有收到本机地址时才会输出数据（提供一个中断指示），同时编程也很方便；6 .采用ShockBurstlM模式时，能适用极低的功率操作和不严格的MCU执行;7 .带有集成增强型8051内核、9路IobitADC、UART异步串口、SPI串口和PWM输出；8 .内置看门狗；工作模式nRF2401有工作模式有四种：收发模式、配置模式、空闲模式和关机模式。nRF2401的工作模式由PWRJ

37、P、CE、TX_EN和CS三个引脚决定，如表工作模式PWR-YPCECS收爱模式11O配置模式1O1空闲模式1OO关机模式0XX11RF24O1工作模式收发模式：nRF2401的收发模式有ShockBurstTM收发模式和直接收发模式两种，收发模式由器件配置字决定。这里只介绍ShoCkBUrStTM收发模式。ShockBurstTM收发模式下，使用片内的先入先出堆栈区，数据低速从微控制器送入，但高速（IMbPS）发射，这样可以尽量节能，因此，使用低速的微控制器也能得到很高的射频数据发射速率。与射频协议相关的所有高速信号处理都在片内进行，这种做法有三大好处：尽量节能；低的系统费用（低速微处理器也

38、能进行高速射频发射）；数据在空中停留时间短，抗干扰性高。nRF2401的ShockBurstTM技术同时也减小了整个系统的平均工作电流。在ShoCkBUrStTM收发模式下，nRF2401自动处理字头和CRC校验码。在接收数据时，自动把字头和CRC校验码移去。在发送数据时，自动加上字头和CRC校验码，当发送过程完成后，数据准备好引脚通知微处理器数据发射完毕。配置模式：在配置模式，15字节的配置字被送到nRF2401,这通过CS、CLKl和DATA三个引脚完成。空闲模式：11RF2401的空闲模式是为了减小平均工作电流而设计，其最大的优点是，实现节能的同时，缩短芯片的起动时间。在空闲模式下，局部

39、片内晶振仍在工作，此时的工作电流跟外部晶振的频率有关，如外部晶振为4MHz时工作电流为12uA,外部晶振为16MHZ时工作电流为32uA。在空闲模式下，配置字的内容保持在nRF2401片内。关机模式：在关机模式下，为了得到最小的工作电流，一般此时的工作电流小于IuAo关机模式下，配置字的内容也会被保持在nRF2401片内，这是该模式与断电状态最大的区别13。器件配置nRF2401的所有配置工作都是通过CS、CLKl和DATA三个引脚完成，把其配置为ShoCkBUrStTM收发模式需要15字节的配置字，而如把其配置为直接收发模式只需要2字节的配置字。在配置模式下，注意保证PWR_UP引脚为高电平

40、，CE引脚为低电平。配置字从最高位开始，依次送入nRF2401o在CS引脚的下降沿，新送入的配置字开始工作。将在nRF2401的初始化处做详细介绍。nRF2401配置字的各个位的描述如图图3-9nRF2401配置字应用电路+5V单片机I/O口与Nrf2401芯片引脚的借口需要进行分压处理，单片机向nRF2401发送控制信号时采用电阻分压，nRF2401向单片机传送数据时或者发送数据状态信号时采用74HC04反相器两级向，这样就可以实现两个芯片在电压允许范围内的双向通信。图3T0应用电路3.4外部数据存储器扩展电路设计AT89S52的内部RAM空间为256字节，当接收的数据量较大时，单片机内部的

41、数据存储器那么不能满足存储要求，这时就需要进行外部数据存储器的扩展。常用的外部数据存储器有静态RAM和动态RAM两种。前者读写速度高，使用方便，但本钱高，功耗大；后者集成度高，本钱低，功耗相对较低。缺点是需要加一个刷新电路，附加另外本钱。考虑到使用的方便性，该设计采用静态RAM进行扩展。CY62148E芯片是512K8位静态随机存储器芯片，采用CMOS工艺制造，4.5V5.5V供电，32线双列直插式封装。A0-A18为地址线，CE是片选线，OE是读允许线，WE是写允许线。MCS-51单片机对外没有专用的地址总线(AB).数据总线(DB)和控制总线(CB),所以在进行系统扩展时，首先需要扩展系统

42、的三总线。在该设计当中，单片机通过8255A芯片与2片扩展RAM相连。CY62148E的数据总线与8255A端口相连，而芯片CY62148E的读写控制那么直接与单片机的读写端相连。CY62148E可实现IM字节数据的存储，可以满足系统的需要。CY62148E芯片的内部结构如下列图所示：图3-11功能结构由于IMB空间需要20根地址线来寻址,单片机的16根地址线只能寻址64KB的空间，要对I/O口进行扩展。这里用8255A进行并行口的扩展，使用8255A的PA口、PB口和PC口的PC0PC3作为地址线。8255A是Intel公司的一种通用的可编程并行接口电路，它具有三个8位平行口PA、PB、PC

43、。8255A的引脚图如下图。/CS为片选信号,低电平有效；reset为复位信号，高电平有效，复位后PA、PB、PC均为输入方式；DO-D7为双向三态数据总线；PA、PB、PC为三个8位I/O口；/RD、/WR分别为读选通、写选通信号，均为低电平有效；Al、AO为端口地址输入线，用于选择PA、PB、PC存放器或控制存放器；VCC为+5V电源，GND为接地端。8255A有三种工作方式，及方式0,1,2。方式0为根本I/O方式，这时PA、PB、PC可分别被定义为输入或输出，其中输出具有锁存功能，输入没有锁存功能。方式1为应答I/O方式。方式2为双向宣统I/O方式，是方式1输入和方式1输出的结合，仅对

44、PA有意义。8255A的控制字有两种，一种为方式控制字，另一种为PC口职位/复位控制字。方式控制字为IByte,其特征是D7=l；D6D5为A组方式控制，00即方式0,01为方式1,1X为方式2；D4为0表示PA口输出，为1那么为输入；D3为0表示PC7-4为输出，为1那么为输入；D2为0表示B组为方式0,为1那么方式1；Dl为0表示PB输出，为1那么为输入；DO为0表示PC3-0输出，为1那么为输入。PC口置位/复位控制字也为IByte,其特征是D7=0,D6-D4无效，D3D2D1的置分别对应PCO置PC7,Do为0表示该位清零，为1表示置114.整个存储器扩展电路由单片机、锁存芯片74L

45、S373、8255A芯片、及外部RAM扩展芯片CY62148E构成。存储器扩展电路的电路图如下图3-12应用电路3. 5单片机最小系统电路设计单片机最小系统，是指用最少的元件组成以单片机为核心元件的可以正常工作具有特定功能的单片机系统，是单片机产品开发的核心电路。要使整个无线通信系统正常工作，必须构成单片机最小系统。单片机最小系统一般应该包括电源电路、晶振电路、复位电路等。电源电路单片机T89S52芯片的第40脚为正电源引脚VCC,外接+5V电压。第20脚为接地引脚GND。本设计里与PC连接的单片机采用USB供电，也可以采用外加电源或电池供电。同时nRF2401芯片采用3.3V电压供电。电路设

46、计如图图3-13USB电源电路当采用外电源供电时，可采用下面的电路对220V的交流市电进行变压器降压、桥式整流、滤波、倍压整流，最后送入集成稳压电路输出满足要求的电压。图3-14外接电源电路时钟电路设计单片机是一种时序电路，必须要有时钟信号才能正常工作。芯片的18脚XTAL2)、19脚(XTALl)分别为片内反向放大器的输出端和输入端，只要在18脚(XTAL2)和19脚(XTALl)之间接上一个晶振,晶振一般选用11.0592MHz,因为它能准确地划分成时钟频率，可以准确得到9600波特率和19200波特率，与通信口的波特率相关，方便通信。再加上2个30PF的瓷片电容即可构成单片机所需的时钟电

47、路。注意，当采用外部时钟时，19脚(XTALD接地，18脚(XTAL2)接外部时钟信号。电路设计如图。图3-15晶振电路复位电路的设计单片机芯片的第9脚RST(Reset)是复位信号输入端。在开机或工作中因干扰而使程序失控，或工作中程序处于某种死循环状态等情况下都需要复位。MCS-51系列单片机的复位靠外部电路实现，信号从RST引脚输入，高电平有效,只要保持RST引脚高电平2个机器周期，单片机就能正常复位。常见的复位电路有上电复位电路和按键复位电路二种。本设计使用按键复位，电路设计如图。图3-16复位电路下载线接口电路设计AT89S51与S52系列引脚与下载线对应连接定义：MOSlP1.5、M

48、ISO-P1.6,SCK-P1.7,/RESRST,GNDGND、5VVCC接口电路如图。图3-17下载接口4. 6各功能模块的整合及实现将各个功能模块连接起来，构成完整的无线通信系统的原理图。见附录。4系统软件设计程序设计采用模块化设计方法，依据了“任何复杂的程序都可以分解为顺序结构局部、分支结构局部、循环结构局部和子程序局部的原那么，将程序进行分解设计。结构化程序设计具有结构清晰、易于读写、易于验证和可靠性高等特点，在程序设计中被广泛使用，易于文件标准管理。4.1 主程序模块模块化程序设计思想是采用自顶向下、逐步求精的方法，将一个复杂的问题分解成假设干独立的子问题，每个子问题对应一个功能独立的程