毕业文（设计）
题 目： 单片机线传输系统设计
完 成 ：
班 级：
学 制：
专 业：
指导教师：
完成日期：
目 录
摘 (1)
引 言 (1)
1总体设计 (2)
11设计技术背景 (2)
111 AT89S51单片机简介 (2)
112 AT89S51功特点 (2)
12单片机线数传输原理 (3)
121 单片机线数传输原理概述 (3)
122 线数传输常编码方式 (3)
123 线数传输解码 (5)
124 线数传输调制解调 (6)
2线数收发模块 (7)
21线收发模块nRF905简介 (7)
22 nRF905线模块特点 (7)
23 工作模式芯片结构 (7)
3系统软硬件设计 (8)
31 硬件设计 (8)
311 概述 (8)
312 电路原理 (9)
313 SPI接口配置 (9)
32 软件设计 (12)
321 概述 (12)
322 发射程序 (13)
323 接收程序 (17)
4结束语 (21)
参 考 文 献 (22)
Abstract (23)
单片机线传输系统设计
作 者：
指导教师：
摘：社会发展迅速迫切期时受时空限制进行信息交互种智化控制系统离开数信息传输中线数传输区传统线传输新型传输方式系统需传输线缆成低廉施工简单现电器产品(家电器)操作控制采线数传输方式线数传输功相简单电器产品线数传输信号接收识采编码调制芯片配套译码芯片线数传输功较复杂电器产品线数传输信号识译码采单片机编码调制方法种文介绍种基AT89S51单片机线收发模块nRF905线数传输方案单片机进行识程序设计方法供参考
关键词：AT89S51单片机nRF905模块线数传输
引 言
种智化控制系统 智化区部线抄表系统门禁系统防盗报警系统安全防火系统等 工业数采集系统 水文气象控制系统机器控制系统数字图传输系统等等 离开数信息传输说 数信息传输系统种智化控制系统重组成部分[1]线数传输方式中数传输载体双绞线轴电缆光纤单片机监测系统中数采集装置安装环境条件恶劣现场野外采集数通信传输手持终端 然通手持终端送台机(PC机) 进行数分析处理样数采集装置手持终端间数传输需解决通信问题采线数传输方式显然合适相传统线数传输方式线数传输方式考虑传输线缆安装问题节省量电线电缆降低施工难度系统成发展潜力研究课题线数传输传输距离远受障碍影响广泛应着种专线数传输集成电路线数传输发射接收专集成电路断涌现许复杂线数传输系统设计变愈愈简单工作稳定性文介绍利单片机发射接收模块电路实现种线数传输系统设计思想出线数传输系统工作原理硬件设计方案软件设计方案
1总体设计
11设计技术背景
111 AT89S51单片机简介
AT89S51低功耗高性CMOS 8位单片机片含4k Bytes ISP(Insystem programmable)反复擦写1000次Flash读程序存储器[2]器件采ATMEL公司高密度非易失性存储技术制造兼容标准MCS51指令系统80C51引脚结构DIP封装引脚图图1示芯片集成通8位中央处理器ISP Flash存储单元功强微型计算机AT89S51许嵌入式控制应系统提供高性价解决方案
图1 AT89S51芯片 DIP封装引脚
外AT89S51设计配置振荡频率0Hz通软件设置省电模式空闲模式CPU暂停工作RAM定时计数器串行口外中断系统继续工作掉电模式冻结振荡器保存RAM数停止芯片功直外中断激活硬件复位时该芯片具PDIPTQFPPLCC等三种封装形式适应产品需求
112 AT89S51功特点
1般控制应 8 位单芯片
2晶片部具时钟振荡器（传统高工作频率 12MHz）
3部程式存储器（ROM） 4KB
4部数存储器（RAM） 128B
5外部程序存储器扩充 64KB
6外部数存储器扩充 64KB
732 条双输入输出线条均单独做 IO 控制
85 中断量源
92 组独立 16 位定时器
101 全工串行通信端口
118751 8752 单芯片具数保密功
图1
12单芯片提供位逻辑运算指令
13门狗（WDT）电路
12单片机线数传输原理
121 单片机线数传输原理概述
线数传输发送接收两组成部分[3]发送端采单片机发送二进制信号编码调制系列脉串信号通线数传输模块中发射模块发射信号线数传输接收端普遍采价格便宜性体化线数传输接收模块接收线数传输信号时信号进行放检波整形TTL 电编码信号送单片机单片机解码执行控制相关象原理图2示
图2 线数传输原理
122 线数传输常编码方式
第种FSK式（移频键控方式Frequency Shift Keying） 称数字调频[4]果改变载波频率方法传送二进制符号移频键控（FSK）方法时频谱成码列低频载波开关键控加码列反码高频载波开关键控移频键控方式两种脉频率分表示二进制数012频率传输1位二进制 安全方法缺点成高功耗 电器遥控器中极少应图3表示2频率二进制位01进行编码示意图FSK方式中相邻码元频率变者跳变固定值两相邻频率跳变码元间相位通常连续
图3 FSK编码方式
第二种曼彻斯特编码方式 称双相调制编码方式 常局域网传输曼彻斯特编码中位中间跳变位中间跳变作时钟信号作数信号高低跳变表示1低高跳变表示0长虹创维等彩电控制器中采种双相调制方式种差分曼彻斯特编码位中间跳变仅提供时钟定时位开始时跳变表示01跳变0跳变1两种曼彻斯特编码时钟数包含数流中传输代码信息时时钟步信号起传输方位编码中跳变存直流分量具步 线数传输发射部分般产生等幅振荡高频载频振荡器产生低频调制信号低频振荡器组成产生载频振荡电路般谐振荡器互补振荡器石英晶体振荡器等低频振荡器产生低频调制波般宽度定方法果路控制采路宽度方波频率方法调制高频载波组成组组已调制波作控制信号空中发射码元调成两电数传输速率调制速率12曼彻斯特编码二进制位表示方法图4示
图4曼彻斯特编码方式
第三种脉宽调制编码方式 利微处理器数字输出模拟电路进行控制种非常效技术广泛应测量通信功率控制变换许领域中种编码方式根脉升间距离决定二进制位01两脉升间距离短0距离长1图5示 脉宽编码载波脉调制方式中家录机 VCDDVD遥控器采脉宽编码方式
图5脉宽调制编码方式
123 线数传输解码
线数传输信号解码 硬件解码分专解码集成电路行设计解码电路两种专解码芯片般专编码芯片配设计制造[5]编码解码功分三类
(1) 控制数址加密编码解码器 类电路特点址加密编码时进行控制数编解码编码容量保密性适安防工业控制等性求较高场合
(2) 址加密编码解码器 类电路控制数编码仅加密址编解码功适性求较高进行简单开关增减控制场合
(3) 控制数编码解码器 类电路加密址编码仅控制数编解码适群控者应环境身保证信号发射源会时出现场合密闭设备部专硬件编码解码芯片简便广泛述
般说硬件解码相软件解码成较高系统更改升级改变编码方式时 接收硬件做相应更改缺乏定灵活性MCU 务繁重时考虑软件解码频率调制方式 测出次脉周期解码出应二进制信息方法种中断查询实现具体方法实际情况定脉宽调制(PWM)识出脉高(低)电宽度完成解码2 脉位调制(2PPM)需判断出周期高低电出现先次序实现解码单片机线数传输软件解码保证正确误原线数传输信息码功包括部分
(1)滤附加信息效信息位
(2)排系统外种干扰信号
(3)丢弃接收完整信息帧
(4)检验接收信息正确性
够达述求解码方式采线数传输信号解码接收单片机完成线数传输接收模块送线数传输编码波形通解码原出发送端发送数接收起始帧进入解码部分接收完帧处理收数进入次接收解码采软件解码 果脉高电脉低电 读电低 说明该位0 反判定编码1解码位需等位高电读低电判断读电高低进行解码种方法判断八次原出发送端发送信号样根事先约定代码代表功单片机执行种控制动作达线数传输目
124 线数传输调制解调
线数传输系统调制解调 数传送距离较长发射信号前信号进行调制调制方法原信号载波相射频接收模块接收发射已调制信号信号进行解调恢复原调制信号解调信号放送入单片机中进行解码[6]移动通信数字调制解调器技术求：
（1）信道衰落条件误码率低
（2）发射频谱窄相邻信道干扰
（3）高效率解调降低移动台功耗进步缩体积成
（4）提供较高传输速率
（5）易集成
2线数收发模块
21线收发模块nRF905简介
nRF905挪威Nordic VLSI公司推出单片射频收发器工作电压19～36 V32引脚QFN封装(5×5 mm)工作433／868／915 MHz三ISM(工业科学医学)频道频道间转换时间650μsnRF905频率合成器接收解调器功率放器晶体振荡器调制器组成需外加声表滤波器ShockBurstTM工作模式动处理字头CRC(循环冗余码校验)SPI接口微控制器通信配置非常方便外功耗非常低10 dBm输出功率发射时电流11 mA工作接收模式时电流125 mA建空闲模式关机模式易实现节nRF905适线数通信线报警安全系统线探测线监测家庭动化玩具等诸领域
22 nRF905线模块特点
(1) 433Mhz开放ISM 频段免许证
(2) 高工作速率50kbps高效GFSK调制抗干扰力强特适合工业控制
场合
(3) 125 频道满足点通信跳频通信需
(4) 置硬件CRC 检错点点通信址控制
(5) 低功耗19 36V 工作机模式状态仅25uA
(6) 收发模式切换时间< 650us
(7) 模块软件设址收机址时会输出数（提供中断指 示)直接接种单片机软件编程非常方便
(8) TX Mode +10dBm情况电流30mA RX Mode 122mA
(9) 标准DIP间距接口便嵌入式应
(10) RFModuleQuickDEV 快速开发系统含开发板
23 工作模式芯片结构
nRF905两种工作模式两种节模式两种工作模式分ShockBurstTM接收模式ShockBurstTM发送模式两种节模式分关机模式空闲模式[7]nRF905工作模式TRX_CETX_ENPWR_UP三引脚决定表1示：
表1 nRF905工作模式引脚关系
PWR_UP
TRX_CE
TX_EN
工作模式
0
X
X
掉电SPI编程
1
0
X
Standby SPI编程
1
1
0
ShockBurst RX
1
1
1
ShockBurst TX
射频数包关高速信号处理nRF905片进行数速率微控制器配置SPI接口决定数微控制器中低速处理nRF905中高速发送中间长时间空闲利节[8]nRF905工作ShockBurstTM模式低速微控制器高射频数发射速率ShockBurstTM接收模式包含正确址数数包接收址匹配(AM)数准备(DR)两引脚通知微控制器ShockBurstTM发送模式nRF905动产生字头CRC校验码发送程完成数准备引脚通知微处理器数发射完毕分析知nRF905ShockBurstTM收发模式利节约存储器微控制器资源时减编写程序时间面具体详细分析nRF905发送流程接收流程
nRF905片集成电源理晶体振荡器低噪声放器频率合成器功率放器等模块曼彻斯特编码／解码片硬件完成需户数进行曼彻斯特编码非常方便
3系统软硬件设计
31 硬件设计
311 概述
线数传输系统般线数传输发射系统线数传输接收系统处理系统执行机构构成发射系统编程集成芯片外围电路构成接收系统检波放整形电路线数传输接收芯片构成处理系统单片微处理机芯片外围电路构成[9]芯片均系线数传输专集成芯片线数传输发射系统输出信号高频调制二进制高频编码脉串起始码信息码构成种发送方式具述优点 线数传输脉宽度稳定会数容改变功率消耗采高频调制线数传输信号抗干扰力强线数传输信号易分离区已调脉列窄带接收器进行接收提高线数传输系统抗干扰力高频间隔进行开关减消耗功率单片机模块连接设计图6示
图6 单片机模块连接设计
312 电路原理
nRF905 中根需电路图相图7示典型应原理图该电路天线部分50Ω单端天线[10]nRF905 电路板设计中环形天线天线布PCB 板减系统体积
图7 nRF905典型应电路图
313 SPI接口配置
配置字通SPI 接口送nRF905[11]SPI 接口工作方式通SPI 指令进行设置nRF905 处空闲模式关机模式时SPI 接口保持工作状态SPI 读操作图8写操作图9
图8 SPI 读操作
图9 SPI 写操作
SPI 接口状态寄存器射频配置寄存器发送址寄存器发送数寄存器接收数寄存器5 寄存器组成状态寄存器包含数准备引脚状态信息址匹配引脚状态信息射频配置寄存器包含收发器配置信息频率输出功等[12]发送址寄存器包含接收机址数字节数发送数寄存器包含发送数包信息字节数等接收数寄存器包含接收数字节数等信息串行接口指令表2
表2 串行接口指令
SPI串行接口指令
指令名称
指令格式
操作
W_CONFIG (WC)
0000AAAA
写配置寄存器AAAA指出写操作开始字节字节数量取决AAAA指出开始址
R_CONFIG (RC)
0001AAAA
读配置寄存器AAAA指出读操作开始字节字节数量取决AAAA指出开始址
W_TX_PLAYLOAD (WTP)
00100000
写TX效数：132字节写操作全部字节0开始
R_TX_PLAYLOAD (RTP)
00100001
读TX效数：132字节读操作全部字节0开始
W_TX_ADDRESS (WTA)
00100010
写TX址：14字节写操作全部字节0开始
R_TX_ADDRESS (RTA)
00100011
读TX址：14字节读操作全部字节0开始
R_RX_PLAYLOAD (RRP)
00100100
读RX效数：132字节读操作全部字节0开始
CHANNEL_CONFIG (CC)
1000pphccccccccc
快速设计配置寄存器中CH_NOHFREQ_PLLPA_PWR专命令
CH_NOcccccccccHFREQ_PLLhPA_PWRpp
射频配置寄存器容表3
表3 射频配置寄存器容
参数
位宽
说明
CH_NO
9
HFREQ_PLL 起设置中心频率默认值001101100b180d
FRF 4224+ CH_NOd10 *(1+ HFREQ_PLLd)MHZ
HFREQ_ PLL
1
设置 PLL 433868915MHZ 模式 默认值0
0 ‐器件工作 433MHZ 频段
1 ‐器件工作 868915MHZ 频段
PA_PWR
2
输出功率 默认值00 00 ‐10dBm 01 ‐2dBm
10 +6dBm 11 +10dBm
RX_RED_PWR
1
降低接收模式电流消耗 16mA 灵敏度降低 默认值0
0 ‐正常模式1 ‐低功耗模式
AUTO_RETRAN
1
重发数 果 TX 寄存器 TRX_CE TX_EN设置高 默认值0
0‐重发数1 ‐重发数包
RX_AWF
3
RX 址宽度 默认值100
001‐1字节 RX 址宽度100‐4字节 RX 址宽度
TX_AWF
3
TX 址宽度 默认值100
001‐1字节 TX 址宽度100‐4字节 TX 址宽度
RX_PW
6
RX 接收效数宽度 默认值100000
000001 ‐1字节 RX 效数宽度
000010 ‐2字节 RX 效数宽度
100000 ‐32字节 RX 效数宽度
TX_PW
6
TX 效数宽度 默认值100000
000001 ‐1字节 TX 效数宽度
000010 ‐2字节 TX 效数宽度
100000 ‐32字节 TX 效数宽度
32 软件设计
321 概述
硬件解码电路较复杂外围器件发射模块类型时易改动利模块化软件解码克服缺点软件解码线数传输系统中解码核心单片机电路极简单须外围器件[13]接收解调出串行二进制码部根系统线数传输信号编码格式串行码应成发射电路键便利易兼容发射模块类型时需程序稍加改动软件务单片机AT89S51控制完成数正确传输
322 发射程序
#include
#include
#define uint unsigned int
#define uchar unsigned char
sbit TX_EN P3^5
sbit TRX_CEP1^1
sbit PWR_UPP3^4
sbit CDP3^3
sbit AMP1^3
sbit DRP3^2
sbit MISOP1^6
sbit MOSIP1^4
sbit SCKP1^7
sbit CSNP1^5
sbit ledP3^0
sbit key1P1^2
sbit key2P1^0
sbit key3P3^7
uchar key_value0
void Delay(uint x)
{
uint i
for(i0i {
_nop_()
}
}
void SpiWrite(uchar date)
{
uchar i8
while (i)
{
Delay(10)
MOSI(bit)(date&0x80)
date<<1
Delay(10)
SCK1
Delay(10)
SCK0
}
}
void TxPacket(void)
{
PWR_UP1
TX_EN1
TRX_CE0
Delay(2)
CSN0
SpiWrite(0x22) 写发送址面4字节址
SpiWrite(0xE7)
SpiWrite(0xE7)
SpiWrite(0xE7)
SpiWrite(0xE7)
CSN1
Delay(2)
CSN0
SpiWrite(0x20) 写发送数命令面三字节数
SpiWrite(0x01)
SpiWrite(0x02)
SpiWrite(key_value)
CSN1
Delay(5)
TRX_CE1 发射模式
Delay(500) 等带发送完成
TRX_CE0
while(DR)
}
初始化配置寄存器
void Ini_System(void)
{
CSN1
SCK0
PWR_UP1
TRX_CE0
TX_EN0
Delay(2)
CSN0
SpiWrite( 0x00) 配置命令
SpiWrite( 0x6C) CH_NO配置频段4332MHZ
SpiWrite( 0x0C) 输出功率10db重发节电正常模式
SpiWrite( 0x44) 址宽度设置4字节
SpiWrite( 0x03)SpiWrite( 0x03) 接收发送效数长度3字节
SpiWrite( 0xE7)SpiWrite( 0xE7)SpiWrite( 0xE7)SpiWrite( 0xE7) 接收址
SpiWrite( 0xDE)
CSN1
PWR_UP1
TRX_CE1
TX_EN0
Delay(1000)
}
void main(void)
{
Ini_System()
DR1
TRX_CE0
Delay(1000)
TX_EN0
TRX_CE1
PWR_UP1
key_value0x00
while(1)
{
if(key1) senfing key1
{
Delay(5)
if(key1)
{ Delay(3)
while(key1)
key_value0xa0
}
}
else
if(key2) senfing key2
{
Delay(5)
if(key2)
{ Delay(3)
while(key2)
key_value0xa1
}
}
if(key3) senfing key3
{
Delay(5)
if(key3)
{ Delay(3)
while(key3)
key_value0xa2
}
}
if(key_value0x00)
{
led0
TxPacket()
key_value0x00
TX_EN0
TRX_CE1
PWR_UP1
Delay(6000)
led1
}
}
}
323 接收程序
#include
#include
#define uint unsigned int
#define uchar unsigned char
sbit TX_EN P0^0
sbit TRX_CEP0^1
sbit PWR_UPP0^2
sbit CDP0^3
sbit AMP0^4
sbit DRP0^5
sbit MISOP0^6
sbit MOSIP0^7
sbit SCKP2^0
sbit CSNP2^1
sbit led1P1^1
sbit led2P1^2
sbit led3P1^3
uchar TxRxBuffer[3]
bit success_flag0
void Delay(uint x)
{
uint i
for(i0i _nop_()
}
void SpiWrite(uchar date)
{
uchar i8
while (i)
{
Delay(10)
MOSI(bit)(date&0x80)
date<<1
Delay(10)
SCK1
Delay(10)
SCK0
}
}
uchar SpiRead() from 905 read data
{
uchar i8date10
while (i)
{
date1<<1
date1|MISO
SCK1
Delay(10)
SCK0
Delay(10)
}
return date1
}
void Ini_System(void) *初始化配置寄存器*
{
CSN1
SCK0
PWR_UP1
TRX_CE0
TX_EN0
Delay(2)
CSN0
SpiWrite(0x00) 配置命令
SpiWrite(0x6C) CH_NO配置频段4332MHZ
SpiWrite(0x0C) 输出功率10db重发节电正常模式
SpiWrite(0x44) 址宽度设置4字节
SpiWrite(0x03)SpiWrite(0x03) 接收发送效数长度3字节
SpiWrite(0xE7)SpiWrite(0xE7)SpiWrite(0xE7)SpiWrite(0xE7) 接收址
SpiWrite(0xDE)
CSN1
PWR_UP1
TRX_CE1
TX_EN0
Delay(1000)
}
void Wait_Rec_Packet(void)
{
if(DR)
{
TRX_CE0果数准备进入机模式便SPI口操作
CSN0
SpiWrite(0x24)接收数包
TxRxBuffer[0] SpiRead()
TxRxBuffer[1] SpiRead()
TxRxBuffer[2] SpiRead()
CSN1
while(DR)
TRX_CE1
if((TxRxBuffer[0]0x01)&&(TxRxBuffer[1]0x02))
{
TxRxBuffer[0]0xff
TxRxBuffer[1]0xff
success_flag1
if(TxRxBuffer[2]0xa0)
{ led1~led1 }
else
if(TxRxBuffer[2]0xa1)
{ led2~led2 }
else
if(TxRxBuffer[2]0xa2)
{ led3~led3 }
Ini_System()
}
}
}
void main(void)
{
Ini_System()
PWR_UP0
DR1
led10
led20
led30
success_flag0
TRX_CE0
Delay(1000)
TX_EN0
TRX_CE1
PWR_UP1
while(1)
{
Wait_Rec_Packet() 等接收完成
if(success_flag)
{
TX_EN0
TRX_CE1
PWR_UP1
Delay(5000)
Delay(5000)
success_flag0
Delay(10000)
}
}
}
4结束语
文着重介绍线数传输系统基原理线数传输编码解码设计种编码方法基AT89S51单片机线数传输设计中应设计非常简便实现单片机编码发送接收解码务完成线数传输功取良效果应前景广阔该系统适短距离线数传输通增加发射功率中继方式实现远距离传输需较长时间目标进行连续监控场合发射器类型时需中断处理程序部分参数稍加改动适种红外遥控器信号接收解码 极节约硬件实现资源开销开发系统具较强灵活性实性 新型遥控器材研制做益探索具定参考鉴作文方法举反三类型发射器基思路方法相需根具体波形修改参数表达式灵活应型号遥控编码器硬件时钟需修改部分参数适程序果改汇编语言编写占空间会C语言编写更完全应类单片机仅降低成时增加线数传输接收灵活性线数传输模块更换系统硬件电路需修改程序实验测试述线数传输信号发送接收方法没出现传输误码实编码解码方面降低硬件成述编码方法信号传输速度达20kbps数传输协议中加址帧(设备号识) 校验帧该方法计算机系统中更广泛应
参 考 文 献
[1] 张毅刚新编MCS51单片机应设计（第三版）[M]哈尔滨：工业学出版社2008 ：231255
[2] 董巍巍李钊李建军基单片机数采集系统设计[J]计算机网络2009（5）：36
[3] 马青童子权基单片机数采集距离线传输系统[J]中国科技信息2009（10）：101103
[4] 清华学通信教材编写组数传输原理[M]北京民邮电出版社1995：4850
[5] 刘育峰赵予铨赵孟强尹继武 基AT89S51线收发系统设计[J]电子设计工程 2010（1）：1518
[6] 侯婷杨宏业李俊芬孙作雷 线数传输终端设计实现[J]微计算机信息2006 （23）：34
[7]李洪涛皇甫堪王展闫吉杰 AT89S51单片机线数传输中应[J]单片机嵌入式系统应 2003（6）：2122
[8]金保华张勇崔光 基nRF905线数点跳传通信系统[J]仪表技术传感器2004年（9）：4143
[9] 刁雪慧徐德民张福斌高剑 线传感器网络节点设计[J]机械电子2008（5）：2225
[10] 马淑华王凤文张美金单片机原理接口技术[M]北京：邮电学出版社2005：164170
[11] 李群芳张士军黄建单片微型计算机接口技术（第2版）[M]北京：电子工业出版社2004：216221
[12] 蒋博 nRF905线数传输系统[J]工业仪表动化装置2006年（3）：5960
[13] 郭天祥新概念51单片机C语言教程[M]北京：电子工业出版社2008：5596
Wireless system design base on MCU
Abstract With the rapid development of today＇s society People urgently hope exchange information anytime anywhere without constraints of time A variety of intelligent control system is also inseparable from the transmission of the data todayThe wireless data transmission is new transmissionand its different from the traditional wired transmission the system does not require transmission cable and it cheap simple be construction Now there are a lot of electrical products (such as domestic appliances) control are also using wireless data transmissionsome electrical products function with wireless data transmission relatively simple wireless data transmission signal receiving recognition are often used coding modulation matching decode chipsThe electrical products with more of complex functions wireless data transmission which wireless data transmission signal recognition and decoding with MCU and its also use a variety of coding modulation This project describes a wireless data transmission program base on AT89S51 MCU and nRF905 modules and identification programming method MCU for reference
KeywordsAT89S51 Micro Controller Unit nRF905 module Wireless data transmission
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题 目： 单片机线传输系统设计
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专 业：
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1总体设计 (2)
11设计技术背景 (2)
111 AT89S51单片机简介 (2)
112 AT89S51功特点 (2)
12单片机线数传输原理 (3)
121 单片机线数传输原理概述 (3)
122 线数传输常编码方式 (3)
123 线数传输解码 (5)
124 线数传输调制解调 (6)
2线数收发模块 (7)
21线收发模块nRF905简介 (7)
22 nRF905线模块特点 (7)
23 工作模式芯片结构 (7)
3系统软硬件设计 (8)
31 硬件设计 (8)
311 概述 (8)
312 电路原理 (9)
313 SPI接口配置 (9)
32 软件设计 (12)
321 概述 (12)
322 发射程序 (13)
323 接收程序 (17)
4结束语 (21)
参 考 文 献 (22)
Abstract (23)
单片机线传输系统设计
作 者：
指导教师：
摘：社会发展迅速迫切期时受时空限制进行信息交互种智化控制系统离开数信息传输中线数传输区传统线传输新型传输方式系统需传输线缆成低廉施工简单现电器产品(家电器)操作控制采线数传输方式线数传输功相简单电器产品线数传输信号接收识采编码调制芯片配套译码芯片线数传输功较复杂电器产品线数传输信号识译码采单片机编码调制方法种文介绍种基AT89S51单片机线收发模块nRF905线数传输方案单片机进行识程序设计方法供参考
关键词：AT89S51单片机nRF905模块线数传输
引 言
种智化控制系统 智化区部线抄表系统门禁系统防盗报警系统安全防火系统等 工业数采集系统 水文气象控制系统机器控制系统数字图传输系统等等 离开数信息传输说 数信息传输系统种智化控制系统重组成部分[1]线数传输方式中数传输载体双绞线轴电缆光纤单片机监测系统中数采集装置安装环境条件恶劣现场野外采集数通信传输手持终端 然通手持终端送台机(PC机) 进行数分析处理样数采集装置手持终端间数传输需解决通信问题采线数传输方式显然合适相传统线数传输方式线数传输方式考虑传输线缆安装问题节省量电线电缆降低施工难度系统成发展潜力研究课题线数传输传输距离远受障碍影响广泛应着种专线数传输集成电路线数传输发射接收专集成电路断涌现许复杂线数传输系统设计变愈愈简单工作稳定性文介绍利单片机发射接收模块电路实现种线数传输系统设计思想出线数传输系统工作原理硬件设计方案软件设计方案
1总体设计
11设计技术背景
111 AT89S51单片机简介
AT89S51低功耗高性CMOS 8位单片机片含4k Bytes ISP(Insystem programmable)反复擦写1000次Flash读程序存储器[2]器件采ATMEL公司高密度非易失性存储技术制造兼容标准MCS51指令系统80C51引脚结构DIP封装引脚图图1示芯片集成通8位中央处理器ISP Flash存储单元功强微型计算机AT89S51许嵌入式控制应系统提供高性价解决方案
图1 AT89S51芯片 DIP封装引脚
外AT89S51设计配置振荡频率0Hz通软件设置省电模式空闲模式CPU暂停工作RAM定时计数器串行口外中断系统继续工作掉电模式冻结振荡器保存RAM数停止芯片功直外中断激活硬件复位时该芯片具PDIPTQFPPLCC等三种封装形式适应产品需求
112 AT89S51功特点
1般控制应 8 位单芯片
2晶片部具时钟振荡器（传统高工作频率 12MHz）
3部程式存储器（ROM） 4KB
4部数存储器（RAM） 128B
5外部程序存储器扩充 64KB
6外部数存储器扩充 64KB
732 条双输入输出线条均单独做 IO 控制
85 中断量源
92 组独立 16 位定时器
101 全工串行通信端口
118751 8752 单芯片具数保密功
图1
12单芯片提供位逻辑运算指令
13门狗（WDT）电路
12单片机线数传输原理
121 单片机线数传输原理概述
线数传输发送接收两组成部分[3]发送端采单片机发送二进制信号编码调制系列脉串信号通线数传输模块中发射模块发射信号线数传输接收端普遍采价格便宜性体化线数传输接收模块接收线数传输信号时信号进行放检波整形TTL 电编码信号送单片机单片机解码执行控制相关象原理图2示
图2 线数传输原理
122 线数传输常编码方式
第种FSK式（移频键控方式Frequency Shift Keying） 称数字调频[4]果改变载波频率方法传送二进制符号移频键控（FSK）方法时频谱成码列低频载波开关键控加码列反码高频载波开关键控移频键控方式两种脉频率分表示二进制数012频率传输1位二进制 安全方法缺点成高功耗 电器遥控器中极少应图3表示2频率二进制位01进行编码示意图FSK方式中相邻码元频率变者跳变固定值两相邻频率跳变码元间相位通常连续
图3 FSK编码方式
第二种曼彻斯特编码方式 称双相调制编码方式 常局域网传输曼彻斯特编码中位中间跳变位中间跳变作时钟信号作数信号高低跳变表示1低高跳变表示0长虹创维等彩电控制器中采种双相调制方式种差分曼彻斯特编码位中间跳变仅提供时钟定时位开始时跳变表示01跳变0跳变1两种曼彻斯特编码时钟数包含数流中传输代码信息时时钟步信号起传输方位编码中跳变存直流分量具步 线数传输发射部分般产生等幅振荡高频载频振荡器产生低频调制信号低频振荡器组成产生载频振荡电路般谐振荡器互补振荡器石英晶体振荡器等低频振荡器产生低频调制波般宽度定方法果路控制采路宽度方波频率方法调制高频载波组成组组已调制波作控制信号空中发射码元调成两电数传输速率调制速率12曼彻斯特编码二进制位表示方法图4示
图4曼彻斯特编码方式
第三种脉宽调制编码方式 利微处理器数字输出模拟电路进行控制种非常效技术广泛应测量通信功率控制变换许领域中种编码方式根脉升间距离决定二进制位01两脉升间距离短0距离长1图5示 脉宽编码载波脉调制方式中家录机 VCDDVD遥控器采脉宽编码方式
图5脉宽调制编码方式
123 线数传输解码
线数传输信号解码 硬件解码分专解码集成电路行设计解码电路两种专解码芯片般专编码芯片配设计制造[5]编码解码功分三类
(1) 控制数址加密编码解码器 类电路特点址加密编码时进行控制数编解码编码容量保密性适安防工业控制等性求较高场合
(2) 址加密编码解码器 类电路控制数编码仅加密址编解码功适性求较高进行简单开关增减控制场合
(3) 控制数编码解码器 类电路加密址编码仅控制数编解码适群控者应环境身保证信号发射源会时出现场合密闭设备部专硬件编码解码芯片简便广泛述
般说硬件解码相软件解码成较高系统更改升级改变编码方式时 接收硬件做相应更改缺乏定灵活性MCU 务繁重时考虑软件解码频率调制方式 测出次脉周期解码出应二进制信息方法种中断查询实现具体方法实际情况定脉宽调制(PWM)识出脉高(低)电宽度完成解码2 脉位调制(2PPM)需判断出周期高低电出现先次序实现解码单片机线数传输软件解码保证正确误原线数传输信息码功包括部分
(1)滤附加信息效信息位
(2)排系统外种干扰信号
(3)丢弃接收完整信息帧
(4)检验接收信息正确性
够达述求解码方式采线数传输信号解码接收单片机完成线数传输接收模块送线数传输编码波形通解码原出发送端发送数接收起始帧进入解码部分接收完帧处理收数进入次接收解码采软件解码 果脉高电脉低电 读电低 说明该位0 反判定编码1解码位需等位高电读低电判断读电高低进行解码种方法判断八次原出发送端发送信号样根事先约定代码代表功单片机执行种控制动作达线数传输目
124 线数传输调制解调
线数传输系统调制解调 数传送距离较长发射信号前信号进行调制调制方法原信号载波相射频接收模块接收发射已调制信号信号进行解调恢复原调制信号解调信号放送入单片机中进行解码[6]移动通信数字调制解调器技术求：
（1）信道衰落条件误码率低
（2）发射频谱窄相邻信道干扰
（3）高效率解调降低移动台功耗进步缩体积成
（4）提供较高传输速率
（5）易集成
2线数收发模块
21线收发模块nRF905简介
nRF905挪威Nordic VLSI公司推出单片射频收发器工作电压19～36 V32引脚QFN封装(5×5 mm)工作433／868／915 MHz三ISM(工业科学医学)频道频道间转换时间650μsnRF905频率合成器接收解调器功率放器晶体振荡器调制器组成需外加声表滤波器ShockBurstTM工作模式动处理字头CRC(循环冗余码校验)SPI接口微控制器通信配置非常方便外功耗非常低10 dBm输出功率发射时电流11 mA工作接收模式时电流125 mA建空闲模式关机模式易实现节nRF905适线数通信线报警安全系统线探测线监测家庭动化玩具等诸领域
22 nRF905线模块特点
(1) 433Mhz开放ISM 频段免许证
(2) 高工作速率50kbps高效GFSK调制抗干扰力强特适合工业控制
场合
(3) 125 频道满足点通信跳频通信需
(4) 置硬件CRC 检错点点通信址控制
(5) 低功耗19 36V 工作机模式状态仅25uA
(6) 收发模式切换时间< 650us
(7) 模块软件设址收机址时会输出数（提供中断指 示)直接接种单片机软件编程非常方便
(8) TX Mode +10dBm情况电流30mA RX Mode 122mA
(9) 标准DIP间距接口便嵌入式应
(10) RFModuleQuickDEV 快速开发系统含开发板
23 工作模式芯片结构
nRF905两种工作模式两种节模式两种工作模式分ShockBurstTM接收模式ShockBurstTM发送模式两种节模式分关机模式空闲模式[7]nRF905工作模式TRX_CETX_ENPWR_UP三引脚决定表1示：
表1 nRF905工作模式引脚关系
PWR_UP
TRX_CE
TX_EN
工作模式
0
X
X
掉电SPI编程
1
0
X
Standby SPI编程
1
1
0
ShockBurst RX
1
1
1
ShockBurst TX
射频数包关高速信号处理nRF905片进行数速率微控制器配置SPI接口决定数微控制器中低速处理nRF905中高速发送中间长时间空闲利节[8]nRF905工作ShockBurstTM模式低速微控制器高射频数发射速率ShockBurstTM接收模式包含正确址数数包接收址匹配(AM)数准备(DR)两引脚通知微控制器ShockBurstTM发送模式nRF905动产生字头CRC校验码发送程完成数准备引脚通知微处理器数发射完毕分析知nRF905ShockBurstTM收发模式利节约存储器微控制器资源时减编写程序时间面具体详细分析nRF905发送流程接收流程
nRF905片集成电源理晶体振荡器低噪声放器频率合成器功率放器等模块曼彻斯特编码／解码片硬件完成需户数进行曼彻斯特编码非常方便
3系统软硬件设计
31 硬件设计
311 概述
线数传输系统般线数传输发射系统线数传输接收系统处理系统执行机构构成发射系统编程集成芯片外围电路构成接收系统检波放整形电路线数传输接收芯片构成处理系统单片微处理机芯片外围电路构成[9]芯片均系线数传输专集成芯片线数传输发射系统输出信号高频调制二进制高频编码脉串起始码信息码构成种发送方式具述优点 线数传输脉宽度稳定会数容改变功率消耗采高频调制线数传输信号抗干扰力强线数传输信号易分离区已调脉列窄带接收器进行接收提高线数传输系统抗干扰力高频间隔进行开关减消耗功率单片机模块连接设计图6示
图6 单片机模块连接设计
312 电路原理
nRF905 中根需电路图相图7示典型应原理图该电路天线部分50Ω单端天线[10]nRF905 电路板设计中环形天线天线布PCB 板减系统体积
图7 nRF905典型应电路图
313 SPI接口配置
配置字通SPI 接口送nRF905[11]SPI 接口工作方式通SPI 指令进行设置nRF905 处空闲模式关机模式时SPI 接口保持工作状态SPI 读操作图8写操作图9
图8 SPI 读操作
图9 SPI 写操作
SPI 接口状态寄存器射频配置寄存器发送址寄存器发送数寄存器接收数寄存器5 寄存器组成状态寄存器包含数准备引脚状态信息址匹配引脚状态信息射频配置寄存器包含收发器配置信息频率输出功等[12]发送址寄存器包含接收机址数字节数发送数寄存器包含发送数包信息字节数等接收数寄存器包含接收数字节数等信息串行接口指令表2
表2 串行接口指令
SPI串行接口指令
指令名称
指令格式
操作
W_CONFIG (WC)
0000AAAA
写配置寄存器AAAA指出写操作开始字节字节数量取决AAAA指出开始址
R_CONFIG (RC)
0001AAAA
读配置寄存器AAAA指出读操作开始字节字节数量取决AAAA指出开始址
W_TX_PLAYLOAD (WTP)
00100000
写TX效数：132字节写操作全部字节0开始
R_TX_PLAYLOAD (RTP)
00100001
读TX效数：132字节读操作全部字节0开始
W_TX_ADDRESS (WTA)
00100010
写TX址：14字节写操作全部字节0开始
R_TX_ADDRESS (RTA)
00100011
读TX址：14字节读操作全部字节0开始
R_RX_PLAYLOAD (RRP)
00100100
读RX效数：132字节读操作全部字节0开始
CHANNEL_CONFIG (CC)
1000pphccccccccc
快速设计配置寄存器中CH_NOHFREQ_PLLPA_PWR专命令
CH_NOcccccccccHFREQ_PLLhPA_PWRpp
射频配置寄存器容表3
表3 射频配置寄存器容
参数
位宽
说明
CH_NO
9
HFREQ_PLL 起设置中心频率默认值001101100b180d
FRF 4224+ CH_NOd10 *(1+ HFREQ_PLLd)MHZ
HFREQ_ PLL
1
设置 PLL 433868915MHZ 模式 默认值0
0 ‐器件工作 433MHZ 频段
1 ‐器件工作 868915MHZ 频段
PA_PWR
2
输出功率 默认值00 00 ‐10dBm 01 ‐2dBm
10 +6dBm 11 +10dBm
RX_RED_PWR
1
降低接收模式电流消耗 16mA 灵敏度降低 默认值0
0 ‐正常模式1 ‐低功耗模式
AUTO_RETRAN
1
重发数 果 TX 寄存器 TRX_CE TX_EN设置高 默认值0
0‐重发数1 ‐重发数包
RX_AWF
3
RX 址宽度 默认值100
001‐1字节 RX 址宽度100‐4字节 RX 址宽度
TX_AWF
3
TX 址宽度 默认值100
001‐1字节 TX 址宽度100‐4字节 TX 址宽度
RX_PW
6
RX 接收效数宽度 默认值100000
000001 ‐1字节 RX 效数宽度
000010 ‐2字节 RX 效数宽度
100000 ‐32字节 RX 效数宽度
TX_PW
6
TX 效数宽度 默认值100000
000001 ‐1字节 TX 效数宽度
000010 ‐2字节 TX 效数宽度
100000 ‐32字节 TX 效数宽度
32 软件设计
321 概述
硬件解码电路较复杂外围器件发射模块类型时易改动利模块化软件解码克服缺点软件解码线数传输系统中解码核心单片机电路极简单须外围器件[13]接收解调出串行二进制码部根系统线数传输信号编码格式串行码应成发射电路键便利易兼容发射模块类型时需程序稍加改动软件务单片机AT89S51控制完成数正确传输
322 发射程序
#include
#include
#define uint unsigned int
#define uchar unsigned char
sbit TX_EN P3^5
sbit TRX_CEP1^1
sbit PWR_UPP3^4
sbit CDP3^3
sbit AMP1^3
sbit DRP3^2
sbit MISOP1^6
sbit MOSIP1^4
sbit SCKP1^7
sbit CSNP1^5
sbit ledP3^0
sbit key1P1^2
sbit key2P1^0
sbit key3P3^7
uchar key_value0
void Delay(uint x)
{
uint i
for(i0i
_nop_()
}
}
void SpiWrite(uchar date)
{
uchar i8
while (i)
{
Delay(10)
MOSI(bit)(date&0x80)
date<<1
Delay(10)
SCK1
Delay(10)
SCK0
}
}
void TxPacket(void)
{
PWR_UP1
TX_EN1
TRX_CE0
Delay(2)
CSN0
SpiWrite(0x22) 写发送址面4字节址
SpiWrite(0xE7)
SpiWrite(0xE7)
SpiWrite(0xE7)
SpiWrite(0xE7)
CSN1
Delay(2)
CSN0
SpiWrite(0x20) 写发送数命令面三字节数
SpiWrite(0x01)
SpiWrite(0x02)
SpiWrite(key_value)
CSN1
Delay(5)
TRX_CE1 发射模式
Delay(500) 等带发送完成
TRX_CE0
while(DR)
}
初始化配置寄存器
void Ini_System(void)
{
CSN1
SCK0
PWR_UP1
TRX_CE0
TX_EN0
Delay(2)
CSN0
SpiWrite( 0x00) 配置命令
SpiWrite( 0x6C) CH_NO配置频段4332MHZ
SpiWrite( 0x0C) 输出功率10db重发节电正常模式
SpiWrite( 0x44) 址宽度设置4字节
SpiWrite( 0x03)SpiWrite( 0x03) 接收发送效数长度3字节
SpiWrite( 0xE7)SpiWrite( 0xE7)SpiWrite( 0xE7)SpiWrite( 0xE7) 接收址
SpiWrite( 0xDE)
CSN1
PWR_UP1
TRX_CE1
TX_EN0
Delay(1000)
}
void main(void)
{
Ini_System()
DR1
TRX_CE0
Delay(1000)
TX_EN0
TRX_CE1
PWR_UP1
key_value0x00
while(1)
{
if(key1) senfing key1
{
Delay(5)
if(key1)
{ Delay(3)
while(key1)
key_value0xa0
}
}
else
if(key2) senfing key2
{
Delay(5)
if(key2)
{ Delay(3)
while(key2)
key_value0xa1
}
}
if(key3) senfing key3
{
Delay(5)
if(key3)
{ Delay(3)
while(key3)
key_value0xa2
}
}
if(key_value0x00)
{
led0
TxPacket()
key_value0x00
TX_EN0
TRX_CE1
PWR_UP1
Delay(6000)
led1
}
}
}
323 接收程序
#include
#include
#define uint unsigned int
#define uchar unsigned char
sbit TX_EN P0^0
sbit TRX_CEP0^1
sbit PWR_UPP0^2
sbit CDP0^3
sbit AMP0^4
sbit DRP0^5
sbit MISOP0^6
sbit MOSIP0^7
sbit SCKP2^0
sbit CSNP2^1
sbit led1P1^1
sbit led2P1^2
sbit led3P1^3
uchar TxRxBuffer[3]
bit success_flag0
void Delay(uint x)
{
uint i
for(i0i
}
void SpiWrite(uchar date)
{
uchar i8
while (i)
{
Delay(10)
MOSI(bit)(date&0x80)
date<<1
Delay(10)
SCK1
Delay(10)
SCK0
}
}
uchar SpiRead() from 905 read data
{
uchar i8date10
while (i)
{
date1<<1
date1|MISO
SCK1
Delay(10)
SCK0
Delay(10)
}
return date1
}
void Ini_System(void) *初始化配置寄存器*
{
CSN1
SCK0
PWR_UP1
TRX_CE0
TX_EN0
Delay(2)
CSN0
SpiWrite(0x00) 配置命令
SpiWrite(0x6C) CH_NO配置频段4332MHZ
SpiWrite(0x0C) 输出功率10db重发节电正常模式
SpiWrite(0x44) 址宽度设置4字节
SpiWrite(0x03)SpiWrite(0x03) 接收发送效数长度3字节
SpiWrite(0xE7)SpiWrite(0xE7)SpiWrite(0xE7)SpiWrite(0xE7) 接收址
SpiWrite(0xDE)
CSN1
PWR_UP1
TRX_CE1
TX_EN0
Delay(1000)
}
void Wait_Rec_Packet(void)
{
if(DR)
{
TRX_CE0果数准备进入机模式便SPI口操作
CSN0
SpiWrite(0x24)接收数包
TxRxBuffer[0] SpiRead()
TxRxBuffer[1] SpiRead()
TxRxBuffer[2] SpiRead()
CSN1
while(DR)
TRX_CE1
if((TxRxBuffer[0]0x01)&&(TxRxBuffer[1]0x02))
{
TxRxBuffer[0]0xff
TxRxBuffer[1]0xff
success_flag1
if(TxRxBuffer[2]0xa0)
{ led1~led1 }
else
if(TxRxBuffer[2]0xa1)
{ led2~led2 }
else
if(TxRxBuffer[2]0xa2)
{ led3~led3 }
Ini_System()
}
}
}
void main(void)
{
Ini_System()
PWR_UP0
DR1
led10
led20
led30
success_flag0
TRX_CE0
Delay(1000)
TX_EN0
TRX_CE1
PWR_UP1
while(1)
{
Wait_Rec_Packet() 等接收完成
if(success_flag)
{
TX_EN0
TRX_CE1
PWR_UP1
Delay(5000)
Delay(5000)
success_flag0
Delay(10000)
}
}
}
4结束语
文着重介绍线数传输系统基原理线数传输编码解码设计种编码方法基AT89S51单片机线数传输设计中应设计非常简便实现单片机编码发送接收解码务完成线数传输功取良效果应前景广阔该系统适短距离线数传输通增加发射功率中继方式实现远距离传输需较长时间目标进行连续监控场合发射器类型时需中断处理程序部分参数稍加改动适种红外遥控器信号接收解码 极节约硬件实现资源开销开发系统具较强灵活性实性 新型遥控器材研制做益探索具定参考鉴作文方法举反三类型发射器基思路方法相需根具体波形修改参数表达式灵活应型号遥控编码器硬件时钟需修改部分参数适程序果改汇编语言编写占空间会C语言编写更完全应类单片机仅降低成时增加线数传输接收灵活性线数传输模块更换系统硬件电路需修改程序实验测试述线数传输信号发送接收方法没出现传输误码实编码解码方面降低硬件成述编码方法信号传输速度达20kbps数传输协议中加址帧(设备号识) 校验帧该方法计算机系统中更广泛应
参 考 文 献
[1] 张毅刚新编MCS51单片机应设计（第三版）[M]哈尔滨：工业学出版社2008 ：231255
[2] 董巍巍李钊李建军基单片机数采集系统设计[J]计算机网络2009（5）：36
[3] 马青童子权基单片机数采集距离线传输系统[J]中国科技信息2009（10）：101103
[4] 清华学通信教材编写组数传输原理[M]北京民邮电出版社1995：4850
[5] 刘育峰赵予铨赵孟强尹继武 基AT89S51线收发系统设计[J]电子设计工程 2010（1）：1518
[6] 侯婷杨宏业李俊芬孙作雷 线数传输终端设计实现[J]微计算机信息2006 （23）：34
[7]李洪涛皇甫堪王展闫吉杰 AT89S51单片机线数传输中应[J]单片机嵌入式系统应 2003（6）：2122
[8]金保华张勇崔光 基nRF905线数点跳传通信系统[J]仪表技术传感器2004年（9）：4143
[9] 刁雪慧徐德民张福斌高剑 线传感器网络节点设计[J]机械电子2008（5）：2225
[10] 马淑华王凤文张美金单片机原理接口技术[M]北京：邮电学出版社2005：164170
[11] 李群芳张士军黄建单片微型计算机接口技术（第2版）[M]北京：电子工业出版社2004：216221
[12] 蒋博 nRF905线数传输系统[J]工业仪表动化装置2006年（3）：5960
[13] 郭天祥新概念51单片机C语言教程[M]北京：电子工业出版社2008：5596
Wireless system design base on MCU
Abstract With the rapid development of today＇s society People urgently hope exchange information anytime anywhere without constraints of time A variety of intelligent control system is also inseparable from the transmission of the data todayThe wireless data transmission is new transmissionand its different from the traditional wired transmission the system does not require transmission cable and it cheap simple be construction Now there are a lot of electrical products (such as domestic appliances) control are also using wireless data transmissionsome electrical products function with wireless data transmission relatively simple wireless data transmission signal receiving recognition are often used coding modulation matching decode chipsThe electrical products with more of complex functions wireless data transmission which wireless data transmission signal recognition and decoding with MCU and its also use a variety of coding modulation This project describes a wireless data transmission program base on AT89S51 MCU and nRF905 modules and identification programming method MCU for reference
KeywordsAT89S51 Micro Controller Unit nRF905 module Wireless data transmission
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