基于51单片机的无线通信

湖北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学生姓名：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；串行通信目录1绪论............................................................................................................................................12总体设计.....................................................................................................................................23各个模块简介...............................................................................................................................31.单片机STC89C52和nRF2401的接口电路..........................................................................33.1NRF24L01无线模块简介...................................................................................................43.21602简介............................................................................................................................44各个模块设计.............................................................................................................................104.1硬件电路板的设计..................................................................................................................104.2软件程序设计..................................................................................................................114.2.1主程序模块..........................................................................................................114.3结果与分析...................................................................................................................13总结................................................................................................................................................14参考文献.........................................................................................................................................1511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范围和方向上的局限，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。22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屏上显示接收到的内容。33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𝑆𝑆̅̅̅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、𝑆𝑆̅̅̅(SlaveSelect)通过使某个从设备的𝑆𝑆̅̅̅管脚保持低电平来选择该从设备。显然只有主设备(它的𝑆𝑆̅̅̅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,𝑆𝑆̅̅̅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。43.1NRF24L01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）内置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深圳云佳科技生产的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脚的电压范围为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。与数码管相比显示内容更丰富，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1VSS电源地9D2DATAI/O2VDD电源正极10D3DATAI/O3VL液晶显示偏压信号11D4DATAI/O4RS数据/命令选择端12D5DATAI/O5（H/L）5R/W读/写选择端（H/L）13D6DATAI/O6E使能信号14D7DATAI/O7D0DATAI/O15BLA背光正极8D1DATAI/O16BLK背光负极2.基本操作时序如下：1）读状态：RS=L，RW=H，E=H2）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=H4）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00111000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00001DCBD=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000001NSN=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口内部没有上拉电阻，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46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内容。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