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無線遙控設計 一、總體概述： 本系統有六大部分組成分PS/2電腦鍵盤控制部分、雙單片機控制部分、無線數字收發部分、攝相頭采集部分、高頻放大發射部分、電視觀察接收信號圖像部分。 二、 題目分析及方案論證： 本題中要求發射大于10米，且多通道。所以可采用高頻無線數字收發模塊。如NRF 系列數字收發模塊。可選用單片機給數字模塊進行控制和配置寄存器，及用SPI給數字模塊發送數據。 1 、NRF系列數字收發模塊選擇方案論證 1.1 NRF401可以達到題目要求 所設計的無線數傳模塊由單片射頻收發芯片nRF401、AT89C52微控制器和MAX3316接口芯片構成，工作在433.92／434.33MHz頻段； nRF401是北歐集成電路公司（NORDIC）的產品，是一個為433MHz ISM頻段設計的真正單片UHF無線收發芯片，滿足歐洲電信工業標準（ETSI）EN300200-1 V1.2.1。它采用FSK調制解調技術，最高工作速率可以達到20K，發射功率可以調整，最大發射功率是+10dBm。nRF401的天線接口設計為差分天線，以便于使用低成本的PCB天線。它要求非常少的外圍元件（約10個），無需聲表濾波器、變容管等昂貴的元件，只需要便宜且易于獲得的4MHz晶體，收發天線合一。無需進行初始化和配置，不需要對數據進行曼徹斯特編碼，有兩個工作頻寬（433.92/434.33MHz）,工作電壓范圍可以從2.7-5V，還具有待機模式，可以更省電和高效。
nRF401無線收發芯片的結構框圖如圖1所示：內部結構可分為發射電路、接收電路、模式和低功耗控制邏輯電路及串行接口幾部分。發射電路包含有：射頻功率放大器、鎖相環（PLL），壓控振蕩器（VCO），頻率合成器等電路�；鶞收袷幤鞑捎猛饨泳w振蕩器，產生電路所需的基準頻率。
其主要特性如下:
●工作頻率為國際通用的數傳頻段
●FSK調制，抗干擾能力強，特別適合工業控制場合；
●采用PLL頻率合成技術，頻率穩定性極好；
●靈敏度高，達到-105dBm（nRF401）；
●功耗小，接收狀態250 A，待機狀態僅為8 A（nRF401）；
●最大發射功率達 +10dBm ；
●低工作電壓（2.7V），可滿足低功耗設備的要求；
●具有多個頻道，可方便地切換工作頻率 ；
●工作速率最高可達20Kbit/s（RF401）；
●僅外接一個晶體和幾個阻容、電感元件，基本無需調試；
●因采用了低發射功率、高接收靈敏度的設計，使用無需申請許可證，開闊地的使用距離最遠可達1000米 (與具體使用環境及元件參數有關)。
TX與RX之間的切換
當從RX切換到TX模式時,數據輸入腳(DIN)必須保持為高至少1ms才能收發數據。當從TX切換到RX時，數據輸出腳（DOUT）要至少3ms以后有數據輸出。
Standby與RX之間的切換
從待機模式到接收模式，當PWR_UP輸入設成1時，經過tSR時間后,DOUT腳輸出數據才有效。對 nRF401來說，tST最長的時間是3ms。
從待機模式到發射模式，所需穩定的最大時間是tST。
Power Up與TX間的切換
從加電到發射模式過程中，為了避免開機時產生干擾和輻射，在上電過程中TXEN的輸入腳必須保持為低，以便于頻率合成器進入穩定工作狀態。當由上電進入發射模式時，TXEN必須保持1ms以后才可以往DIN發送數據。
從上電到接收模式過程中，芯片將不會接收數據，DOUT也不會有數據輸出，直到電壓穩定達到2.7V以上，并且至少保持5ms。如果采用外部振蕩器，這個時間可以縮短到3ms。
在實際應用中，微控制器采用Atmel公司的AT89C52，分別用單片機的P1口各管腳控制nRF401的DIN、DOUT、TXEN、PWRUP、CS這五個腳即可。 接口芯片采用美信公司的RS232轉換芯片MAX3316，完成單片機和計算機RS232接口的電平轉換及數據發送、接收、請求、清除功能。在nRF401芯片使用時，設定好工作頻率，進入正常工作狀態后，通過單片機根據需要進行收發轉換控制，發送／接收數據或進行狀態轉換。在設計程序時，要注意各狀態轉換的時延。nRF401的通訊速率最高為20kbit/s，發送數據之前需將電路置于發射模式；接收模式轉換為發射模式的轉換時間至少為1ms；可以發送任意長度的數據；發射模式轉換為接收模式的轉換時間至少為3ms。在待機模式時，電路進入待機狀態，電路不接收和發射數據。待機模式轉換為發射模式的轉換時間至少為4ms；待機模式轉換為接收模式的轉換時間至少為5.0ms。這里給出系統和程序的工作流程圖 1.2 單片射頻收發器nRF905也可達到要求 nRF905是挪威Nordic VLSI公司推出的單片射頻收發器，工作電壓為1.9～3.6V，32引腳QFN封裝(5由頻率合成器、接收解調器、功率放大器、晶體振蕩器和調制器組成，不需外加聲表濾波器， ShockBurstTM工作模式，自動處理字頭和CRC(循環冗余碼校驗)，使用SPI接口與微控制器通信，配置非常方便。此外，其功耗非常低，以-10dBm的輸出功率發射時電流只有11mA，工作于接收模式時的電流為12.5mA，內建空閑模式與關機模式，易于實現節能。nRF905適用于無線數據通信、無線報警及安全系統、無線開鎖、無線監測、家庭自動化和玩具等諸多領域。NRF905比NRF401先進多了。能充分滿足題目要求。 2. 芯片結構、引腳介紹及工作模式 nRF905片內集成了電源管理、晶體振蕩器、低噪聲放大器、頻率合成器功率放大器等模塊，曼徹斯特編碼/解碼由片內硬件完成，無需用戶對數據進行曼徹斯特編碼，因此使用非常方便。nRF905的詳細結構如圖1所示。 2.2引腳介紹 表1：nRF905引腳 file:///C:/Users/chang/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image001.gif nRF905有兩種工作模式和兩種節能模式。兩種工作模式分別是ShockBurstTM接收模式和ShockBurstTM發送模式，兩種節能模式分別是關機模式和空閑模式。nRF905的工作模式由TRX_CE、TX_EN和PWR_UP三個引腳決定，詳見表2。file:///C:/Users/chang/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image002.gif 2.1ShockBurstTM模式 與射頻數據包有關的高速信號處理都在nRF905片內進行，數據速率由微控制器配置的SPI接口決定，數據在微控制器中低速處理，但在nRF905中高速發送，因此中間有很長時間的空閑，這很有利于節能。由于nRF905工作于ShockBurstTM模式，因此使用低速的微控制器也能得到很高的射頻數據發射速率。在ShockBurstTM接收模式下，當一個包含正確地址和數據的數據包被接收到后，地址匹配(AM)和數據準備好(DR)兩引腳通知微控制器。在ShockBurstTM發送模式，nRF905自動產生字頭和CRC校驗碼，當發送過程完成后，數據準備好引腳通知微處理器數據發射完畢。由以上分析可知，nRF905的ShockBurstTM收發模式有利于節約存儲器和微控制器資源，同時也減小了編寫程序的時間。下面具體詳細分析nRF905的發送流程和接收流程。 2.2發送流程 典型的nRF905發送流程分以下幾步： 接口的速率在通信協議和器件配置時確定； B. 微控制器置高TRX_CE和TX_EN，激發nRF905的ShockBurstTM發送模式； C. nRF905的ShockBurstTM發送： l 數據打包(加字頭和CRC校驗碼)； 2 發送數據包； 3 當數據發送完成，數據準備好引腳被置高； D. AUTO_RETRAN被置高，nRF905不斷重發，直到TRX_CE被置低； E. 當TRX_CE被置低，nRF905發送過程完成，自動進入空閑模式。 ShockBurstTM工作模式保證，一旦發送數據的過程開始，無論TRX_EN和TX_EN引腳是高或低，發送過程都會被處理完。只有在前一個數據包被發送完畢，nRF905才能接受下一個發送數據包。 2.3接收流程 A. 當TRX_CE為高、TX_EN為低時，nRF905進入ShockBurstTM接收模式； B. 650us后，nRF905不斷監測，等待接收數據； C. 當nRF905檢測到同一頻段的載波時，載波檢測引腳被置高； D. 當接收到一個相匹配的地址，地址匹配引腳被置高； E. 當一個正確的數據包接收完畢，nRF905自動移去字頭、地址和CRC校驗位，然后把數據準備好引腳置高 F. 微控制器把TRX_CE置低，nRF905進入空閑模式； G. 微控制器通過SPI口，以一定的速率把數據移到微控制器內； H. 當所有的數據接收完畢，nRF905把數據準備好引腳和地址匹配引腳置低； I. nRF905此時可以進入ShockBurstTM接收模式、ShockBurstTM發送模式或關機模式。 當正在接收一個數據包時，TRX_CE或TX_EN引腳的狀態發生改變，nRF905立即把其工作模式改變，數據包則丟失。當微處理器接到地址匹配引腳的信號之后，其就知道nRF905正在接收數據包，其可以決定是讓nRF905繼續接收該數據包還是進入另一個工作模式。 2.4節能模式 nRF905的節能模式包括關機模式和節能模式。 在關機模式，nRF905的工作電流最小，一般為2.5uA。進入關機模式后，nRF905保持配置字中的內容，但不會接收或發送任何數據。 空閑模式有利于減小工作電流，其從空閑模式到發送模式或接收模式的啟動時間也比較短。在空閑模式下，nRF905內部的部分晶體振蕩器處于工作狀態。nRF905在空閑模式下的工作電流跟外部晶體振蕩器的頻率有關。 2.5 器件配置 所有配置字都是通過SPI接口送給nRF905。SIP接口的工作方式可通過SPI指令進行設置。當nRF905處于空閑模式或關機模式時，SPI接口可以保持在工作狀態。 2.6SPI接口配置 SPI接口由狀態寄存器、射頻配置寄存器、發送地址寄存器、發送數據寄存器和接收數據寄存器5個寄存器組成。狀態寄存器包含數據準備好引腳狀態信息和地址匹配引腳狀態信息；射頻配置寄存器包含收發器配置信息，如頻率和輸出功能等；發送地址寄存器包含接收機的地址和數據的字節數；發送數據寄存器包含待發送的數據包的信息，如字節數等；接收數據寄存器包含要接收的數據的字節數等信息。 2.7射頻配置 射頻配置寄存器和內容如表3所示： 表3：射頻配置寄存器file:///C:/Users/chang/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image004.jpg 射頻寄存器的各位的長度是固定的。然而，在ShockBurstTM收發過程中，TX_PAYLOAD、RX_PAYLOAD、TX_ADDRESS和RX_ADDRESS 4個寄存器使用字節數由配置字決定。nRF905進入關機模式或空閑模式時，寄存器中的內容保持不變。 2.8 應用電路 file:///C:/Users/chang/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image005.gif nRF905在使用中，根據不同需要，其電路圖不盡相同，圖2所示為典型的應用原理圖，該電路天線部分使用的是50Ω單端天線。在nRF905的電路板設計中，也可以使用環形天線，把天線布在PCB板上，這可減小系體積。 file:///C:/Users/chang/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image006.gif 3. NRF2401芯片是2.4G高頻無線數字收發模塊 nRF2401是單片射頻收發芯片，工作于2.4～2.5GHz ISM頻段，芯片內置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器和調制器等功能模塊，輸出功率和通信頻道可通過程序進行配置。芯片能耗非常低，以-5dBm的功率發射時，工作電流只有10.5mA，接收時工作電流只有18mA，多種低功率工作模式，節能設計更方便。其DuoCeiverTM技術使nRF2401可以使用同一天線，同時接收兩個不同頻道的數據。nRF2401適用于多種無線通信的場合，如無線數據傳輸系統、無線鼠標、遙控開鎖、遙控玩具等。ｎＲＦ2401無線收發一體芯片和藍牙一樣，都工作在２．４ＧＨｚ自由頻段，能夠在全球無線市場暢通無阻。ｎＲＦ2401支持多點間通信，最高傳輸速率超過1MBit／Ｓ，而且比藍牙具有更高的傳輸速度。它采用ＳｏＣ方法設計，只需少量外圍元件便可組成射頻收發電路。與藍牙不同的是，nRF 2401沒有復雜的通信協議，它完全對用戶透明，同種產品之間可以自由通信。更重要的是，nRF 2401比藍牙產品更便宜。所以ｎＲnRF 2401是業界體積最小、功耗最少、外圍元件最少的低成本射頻系統級芯片。 3.1. 芯片結構、引腳說明 file:///C:/Users/chang/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image008.gif nRF2401內置地址解碼器、先入先出堆棧區、解調處理器、時鐘處理器、GFSK濾波器、低噪聲放大器、頻率合成器，功率放大器等功能模塊，需要很少的外圍元件，因此使用起來非常方便。QFN24引腳封裝，外形尺寸只有5×5mm。nRF2401的功能模塊如圖1所示。 file:///C:/Users/chang/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image009.gif
3.2芯片結構 作模式工 nRF2401有工作模式有四種：收發模式、配置模式、空閑模式和關機模式。nRF2401的工作模式由PWR_UP 、CE、TX_EN和CS三個引腳決定，詳見表2。 表2：nRF2401工作模式 file:///C:/Users/chang/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image011.jpg
3.3 收發模式 nRF2401的收發模式有ShockBurstTM收發模式和直接收發模式兩種，收發模式由器件配置字決定，具體配置將在器件配置部分詳細介紹。 3.4.ShockBurstTM收發模式 ShockBurstTM收發模式下，使用片內的先入先出堆棧區，數據低速從微控制器送入，但高速(1Mbps)發射，這樣可以盡量節能，因此，使用低速的微控制器也能得到很高的射頻數據發射速率。與射頻協議相關的所有高速信號處理都在片內進行，這種做法有三大好處：盡量節能；低的系統費用(低速微處理器也能進行高速射頻發射)；數據在空中停留時間短，抗干擾性高。nRF2401的ShockBurstTM技術同時也減小了整個系統的平均工作電流。 在ShockBurstTM收發模式下，nRF2401自動處理字頭和CRC校驗碼。在接收數據時，自動把字頭和CRC校驗碼移去。在發送數據時，自動加上字頭和CRC校驗碼，當發送過程完成后，數據準備好引腳通知微處理器數據發射完畢。 3.4.1 ShockBurstTM發射流程
接口引腳為CE，CLK1，DATA
A. 當微控制器有數據要發送時，其把CE置高，使nRF2401工作；
B. 把接收機的地址和要發送的數據按時序送入nRF2401；
C. 微控制器把CE置低，激發nRF2401進行ShockBurstTM發射；
D. nRF2401的ShockBurstTM發射
2 給射頻前端供電；
2 射頻數據打包(加字頭、CRC校驗碼)；
2 高速發射數據包；
2 發射完成，nRF2401進入空閑狀態。
3.4.2 ShockBurstTM接收流程
接口引腳CE、DR1、CLK1和DATA(接收通道1)
A. 配置本機地址和要接收的數據包大��；
B. 進入接收狀態，把CE置高；
C. 200us后，nRF2401進入監視狀態，等待數據包的到來；
D. 當接收到正確的數據包(正確的地址和CRC校驗碼)，nRF2401自動把字頭、地址和CRC校驗位移去；
E. nRF2401通過把DR1(這個引腳一般引起微控制器中斷)置高通知微控制器；
F. 微控制器把數據從nRF2401移出；
G. 所有數據移完，nRF2401把DR1置低，此時，如果CE為高，則等待下一個數據包，如果CE為低，開始其它工作流程。 3.5.1直接收發模式
在直接收發模式下，nRF2401如傳統的射頻收發器一樣工作。 3.5.2直接發送模式
接口引腳為CE、DATA
A. 當微控制器有數據要發送時，把CE置高；
B. nRF2401射頻前端被激活；
C. 所有的射頻協議必須在微控制器程序中進行處理(包括字頭、地址和CRC校驗碼)。
3.5.3直接接收模式
接口引腳為CE、CLK1和DATA
A. 一旦nRF2401被配置為直接接收模式，DATA引腳將根據天線接收到的信號開始高低變化(由于噪聲的存在)；
B. CLK1引腳也開始工作；
C. 一旦接收到有效的字頭，CLK1引腳和DATA引腳將協調工作，把射頻數據包以其被發射時的數據從DATA引腳送給微控制器；
D. 這頭必須是8位；
E. DR引腳沒用上，所有的地址和CRC校驗必須在微控制器內部進行。 3.5.4配置模式 在配置模式，15字節的配置字被送到nRF2401，這通過CS、CLK1和DATA三個引腳完成，具體的配置方法請參考本文的器件配置部分。 3.5.5空閑模式 nRF2401的空閑模式是為了減小平均工作電流而設計，其最大的優點是，實現節能的同時，縮短芯片的起動時間。在空閑模式下，部分片內晶振仍在工作，此時的工作電流跟外部晶振的頻率有關，如外部晶振為4MHz時工作電流為12uA，外部晶振為16MHz時工作電流為32uA。在空閑模式下，配置字的內容保持在nRF2401片內。 3.5.6 關機模式 在關機模式下，為了得到最小的工作電流，一般此時的工作電流小于1uA。關機模式下，配置字的內容也會被保持在nRF2401片內，這是該模式與斷電狀態最大的區別。 3.6. 器件配置 nRF2401的所有配置工作都是通過CS、CLK1和DATA三個引腳完成，把其配置為ShockBurstTM收發模式需要15字節的配置字，而如把其配置為直接收發模式只需要2字節的配置字。由上文對nRF2401工作模式的介紹，我們可以知道，nRF2401一般工作于ShockBurstTM收發模式，這樣，系統的程序編制會更加簡單，并且穩定性也會更高，因此，下文著重介紹把nRF2401配置為ShockBurstTM收發模式的器件配置方法。 ShockBurstTM的配置字使nRF2401能夠處理射頻協議，在配置完成后，在nRF2401工作的過程中，只需改變其最低一個字節中的內容，以實現接收模式和發送模式之間切換。ShockBurstTM的配置字可以分為以下四個部分：
數據寬度：聲明射頻數據包中數據占用的位數。這使得nRF2401能夠區分接收數據包中的數據和CRC校驗碼；
地址寬度：聲明射頻數據包中地址占用的位數。這使得nRF2401能夠區分地址和數據；
地址：接收數據的地址，有通道1的地址和通道2的地址；
CRC：使nRF2401能夠生成CRC校驗碼和解碼。 當使用nRF2401片內的CRC技術時，要確保在配置字中CRC校驗被使能，并且發送和接收使用相同的協議。nRF2401配置字的各個位的描述如表3所示。 file:///C:/Users/chang/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image012.gif 在配置模式下，注意保證PWR_UP引腳為高電平，CE引腳為低電平。配置字從最高位開始，依次送入nRF2401。在CS引腳的下降沿，新送入的配置字開始工作。 3.7. 應用電路 圖2為nRF2401的應用電路，由圖可知，其只需要14個外圍元件。nRF2401應用電路一般工作于3V，它可用多種低功耗微控制器進行控制。在設計過程中，設計者可使用單鞭天線或環形天線，上圖為50歐姆單鞭天線的應用電路。在使用不同的天線時，為了得到盡可能大的收發距離，電感電容的參數應適當調整。 file:///C:/Users/chang/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image013.gif 3.6. PCB設計 PCB設計對nRF2401的整體性能影響很大，所以PCB設計在nRF2401收發系統的開發過程中主要的工作之一，在PCB設計時，必須考慮到各種電磁干擾，注意調整電阻、電容和電感的位置，特別要注意電容的位置。 nRF2401的PCB一般都是雙層板，底層一般不放置元件，為地層，頂層的空余地方一般都敷上銅，這些敷銅通過過孔與底層的地相連。直流電源及電源濾波電容盡量靠近VDD引腳。nRF2401的供電電源應通過電容隔開，這樣有利于給nRF2401提供穩定的電源。在PCB中，盡量多打一些通孔，使頂層和底層的地能夠充分接觸。 4.三種方案比較論證 nRF401工作速率最高達20Kbit/s應用時偏低。 接口芯片采用美信公司的RS232轉換芯片MAX3316，完成單片機和計算機RS232接口的電平轉換及數據發送、接收、請求、清除功能。在nRF401芯片使用時，設定好工作頻率，進入正常工作狀態后，通過單片機根據需要進行收發轉換控制，發送／接收數據或進行狀態轉換。在設計程序時，要注意各狀態轉換的時延。通信協議的設計nRF401是程序繁雜難以在短時間內調試好。平時大多數情況下應處于關閉狀態，由于無線部分硬件上是不具備自動喚醒功能的，為了達到節能的目的，必須通過軟件方式采用合理的通信協議以保證節能同時不丟失數據。接收模式轉換為發射模式的轉換時間至少為1ms；可以發送任意長度的數據；發射模式轉換為接收模式的轉換時間至少為3ms。在待機模式時，電路進入待機狀態，電路不接收和發射數據。待機模式轉換為發射模式的轉換時間至少為4ms；待機模式轉換為接收模式的轉換時間至少為5.0ms。延時問題也需要程序彌補不好調試。 nRF905工作速率最高達100Kbit/s,頻道之間的轉換時間小于650us。與射頻數據包有關的高速信號處理都在nRF905片內進行，數據速率由微控制器配置的SPI接口決定，數據在微控制器中低速處理，但在nRF905中高速發送，因此中間有很長時間的空閑，這很有利于節能。與nRF401相比與相當大的改進。當微控制器有數據要發送時，通過SPI接口，按時序把接收機的地址和要發送的數據送傳給nRF905，SPI接口的速率在通信協議和器件配置時確定；微控制器置高TRX_CE和TX_EN，激發nRF905的ShockBurstTM發送模式；射頻寄存器自動開啟；數據打包(加字頭和CRC校驗碼)；發送數據包；當數據發送完成，數據準備好引腳被置高；當數據發送完成，數據準備好引腳被置高當TRX_CE被置低，nRF905發送過程完成，自動進入空閑模式。ShockBurstTM工作模式保證，一旦發送數據的過程開始，無論TRX_EN和TX_EN引腳是高或低，發送過程都會被處理完。只有在前一個數據包被發送完畢，nRF905才能接受下一個發送數據包。 nRF2401芯片內置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器和調制器等功能模塊，輸出功率和通信頻道可通過程序進行配置。芯片能耗非常低，以-5dBm的功率發射時，工作電流只有10.5mA，接收時工作電流只有18mA，多種低功率工作模式，節能設計更方便。其DuoCeiverTM技術使nRF2401可以使用同一天線，同時接收兩個不同頻道的數據。nRF2401內置地址解碼器、先入先出堆棧區、解調處理器、時鐘處理器、GFSK濾波器、低噪聲放大器、頻率合成器，功率放大器等功能模塊，需要很少的外圍元件，因此使用起來非常方便。該器件有125個頻點，能夠實現點對點、點對多點的無線通信，同時可采用改頻和跳頻來避免干擾。ｎＲＦ2401最大傳輸速率可達1Mbit/s，其最大發射功率為-5ｄＢｍ，在比較理想環境中，其室內傳輸距離可達50～90米，室外傳輸距離可達100-200米。ｎＲＦ2401的靈敏度為－90ｄＢｍ，工作電壓為1.9Ｖ～3.3，工作溫度范圍為－40～＋80℃。在ShockBurstTM收發模式下，nRF2401自動處理字頭和CRC校驗碼。在接收數據時，自動把字頭和CRC校驗碼移去。在發送數據時，自動加上字頭和CRC校驗碼，當發送過程完成后，數據準備好引腳通知微處理器數據發射完畢。 1 ShockBurstTM發射流程
接口引腳為CE，CLK1，DATA
A. 當微控制器有數據要發送時，其把CE置高，使nRF2401工作；
B. 把接收機的地址和要發送的數據按時序送入nRF2401；
C. 微控制器把CE置低，激發nRF2401進行ShockBurstTM發射；
D. nRF2401的ShockBurstTM發射
1 給射頻前端供電；
2 射頻數據打包(加字頭、CRC校驗碼)；
3 高速發射數據包；
4 發射完成，nRF2401進入空閑狀態。 2 ShockBurstTM接收流程
接口引腳CE、DR1、CLK1和DATA(接收通道1)
A. 配置本機地址和要接收的數據包大��；
B. 進入接收狀態，把CE置高；
C. 200us后，nRF2401進入監視狀態，等待數據包的到來；
D. 當接收到正確的數據包(正確的地址和CRC校驗碼)，nRF2401自動把字頭、地址和CRC校驗位移去；
E. nRF2401通過把DR1(這個引腳一般引起微控制器中斷)置高通知微控制器；
F. 微控制器把數據從nRF2401移出；有空閑模式降低功耗，發送數據打包，
G. 所有數據移完，nRF2401把DR1置低，此時，如果CE為高，則等待下一個數據包，如果CE為低，開始其它工作流程。 3.直接發送模式
接口引腳為CE、DATA
A. 當微控制器有數據要發送時，把CE置高；
B. nRF2401射頻前端被激活；
C. 所有的射頻協議必須在微控制器程序中進行處理(包括字頭、地址和CRC校驗碼)。
4.直接接收模式
接口引腳為CE、CLK1和DATA
A. 一旦nRF2401被配置為直接接收模式，DATA引腳將根據天線接收到的信號開始高低變化(由于噪聲的存在)；
B. CLK1引腳也開始工作；
C. 一旦接收到有效的字頭，CLK1引腳和DATA引腳將協調工作，把射頻數據包以其被發射時的數據從DATA引腳送給微控制器；
D. 這頭必須是8位；
E. DR引腳沒用上，所有的地址和CRC校驗必須在微控制器內部進行。
nRF2401通過ShockBurstTM收發模式進行無線數據發送，收發可靠度高。 總結：nRF401電路焊接多、程序繁雜，調試不好實現，發送頻率低，頻道轉換時間長，容易丟數據包，出錯率高。所以不選用nRF401。nRF905 發送頻率可以，由微控制口SPI寫發送數據，ShockBurstTM發送模式；射頻寄存器自動開啟；數據打包(加字頭和CRC校驗碼)；發送數據包；當數據發送完成，數據準備好引腳被置高；當數據發送完成，數據準備好引腳被置高當TRX_CE被置低，nRF905發送過程完成，自動進入空閑模式�？墒�nRF905的微控制器配置的SPI及寄存器配置繁雜給系統調試帶來麻煩。射頻寄存器的各位的長度是固定所有信息都有SPI來實現。所以不選用nRF905。nRF2401發射功率大，本身功耗低，靈敏度高，并且有nRF905的所有優越性的無線數字收發性能，且使我們的系統調試更加快速。也是與整個系統匹配的最佳選擇。它的直接發送模式和直接接收模式是優于其它模塊的特色。所以最終選擇nRF2401。 結果也證明了nRF2401確實是實現無線數字收發的可靠選擇。 四、硬件系統設計： 1、硬件控制系統PS/2電腦鍵盤 file:///C:/Users/chang/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image014.giffile:///C:/Users/chang/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image014.giffile:///C:/Users/chang/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image014.gif 因為整個系統需要控制的鍵許多。十六個通道，兩個電機控制，發送數據等控制鍵很多，所以不用單鍵及小鍵盤，通過鍵盤編碼傳給89S52單片機，然后89S52與89C2051經過Max232實現單片機與單片機串行通信。如圖示：
這樣設計增加控制鍵又省去了不必要的設計麻煩。 file:///C:/Users/chang/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image015.gif 2、微控制系統單片機之間實現串行通信 file:///C:/Users/chang/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image017.gif 選擇89S52是因為它可通過Max232與電腦通信可觀測單片機發送的數據，可以對設計串行通信發送的數據分析和改進程序。就是因為89S52這些功能才使整個系統可以應用PS/2電腦鍵盤。 利用兩個單片機是因為兩個CPU可以提高工作效率。另外NRF2401的工作電壓小于單片機的工作電壓而89C2051可低電壓工作。所以用89C2051實現微控制對NRF2401控制及傳送數據。同時也降低了功耗，串行通信的程序中有校驗程序，從而避免了錯碼，使NRF2401發送的數據完全正確。只有無錯碼才能達到無線遙控的操作正確，這樣才能提高整個系統的性能。 file:///C:/Users/chang/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image019.jpg file:///C:/Users/chang/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image021.jpg file:///C:/Users/chang/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image023.jpg 3、無線數字發射系統 file:///C:/Users/chang/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image024.jpg 利用89C2051對NRF2401傳送數據和對NRF2401寄存器配置，以及對NRF2401的控制。從而實現無線數字發射 4、無線數字接受系統 與無線數字發射系統相似用NRF2401接受數據包傳給89C2051，再由89C2051與89S52 串行通信傳遞數據，經89S52解碼后選擇相應通道。 如圖所示： file:///C:/Users/chang/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image025.gif
5通道顯示系統 顯示用大型號發光二極管顯示。 file:///C:/Users/chang/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image027.gif
6攝相頭采集系統 file:///C:/Users/chang/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image028.gif
file:///C:/Users/chang/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image030.jpg file:///C:/Users/chang/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image032.jpg file:///C:/Users/chang/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image034.jpg 電機驅動芯片 此功能是無線遙控拓展，是實現更好的無線遙控必然趨勢。由此項高級功能才能完備整個系統的安全、無誤的進行工作。 7監控系統設計 利用小電視機對攝相頭采集、發射的圖象進行接受。如圖示： file:///C:/Users/chang/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image035.gif | | | | | | | | | file:///C:/Users/chang/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image036.gif | | | file:///C:/Users/chang/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image037.gif | | | file:///C:/Users/chang/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image038.gif | | file:///C:/Users/chang/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image039.gif | |
8時鐘顯示系統 無論工作在什么地方都需要有時間顯示，在本系統中電子鐘是本系統的輔助單元�？梢允拐麄�大的系統更有合理的應用價值。為操作者提供舒適環境。本系統用單片機控制，七位共陽極數碼管顯示有74LS04，74LS07進行驅動，且可調時等功能。 9 總結；整個的系統可用下列圖示說明： 發射部分： file:///C:/Users/chang/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image040.gif
接受部分 file:///C:/Users/chang/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image041.giffile:///C:/Users/chang/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image042.gif
五、軟件系統設計： 本系統主要是三大部分：單片機與單片機串行通信程序，對PS/2鍵盤編碼及譯碼程序，單片機對nRF2401的控制及傳遞數據程序。 1單片機與單片機串行通信程序 2對PS/2鍵盤編碼及譯碼程序 3單片機對nRF2401的控制及傳遞數據程序。 file:///C:/Users/chang/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image044.jpg file:///C:/Users/chang/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image046.jpg 六、功能測試及結果分析： 七、參考書目： 黃智偉 編著 《無線數字收發電路設計》——電路原理與應用實例 周立功 等編著速成與實踐》——增強型80C51單片機 黃智偉 等編著 《訓練教程》——全國大學生電子設計競賽 附錄：部分程序 1. 1單片機對nRF2401的控制及傳遞數據程序 <發射程序> #include<At89x051.h> //腳的定義 #define RxD P3_0 #define TxD P3_1 #define TxLED P3_4 #define RxLED P3_5 #definePWR_UP P1_7 #define CE P1_6 #define CS P1_2 #define CLK1 P3_2 #define DR1 P1_1 #define DATA P1_0 //測試用nRF2401寄存器數據 const unsignedtest_config[18]={ 0x8e,0x08,0x1e, 0x08,0x08, 0xaa,0xbb,0xcc,0xdd,0xee, 0xaa,0xbb,0xcc,0xdd,0xee, 0xa3,0x2f, 0x64 }; //RF2401寄存器數據 const unsignedconfigbyte[18]={ 0x8e,0x08,0x1c, 0x08,0x08, 0xaa,0xbb,0xcc,0xdd,0xee, 0xaa,0xbb,0xcc,0xdd,0xee, 0xa3,0x6f, 0x64 }; unsigned charrx_data_buf[1]; unsigned charincrease_data; unsigned chartask_switch; unsigned charget_tx_data_for_pc(); voidsystem_init(void); voidwrite_spi_one_byte(unsigned char data_buf); voidconfig_2401(void); voidconfig_test(void); voiddelay_ms(unsigned int delay_counter); voidsend_data(unsigned input_data); void send_data_rf(void); voidtransmit_mode(void); void main(void); //系統初始化 voidsystem_init(void) { unsigned char i; PWR_UP=0; CE=0; CS=0; CLK1=0; DATA=0; for(i=0;i<8;i++) rx_data_buf=0; config_2401(); delay_ms(2); TxLED=0; RxLED=1; TMOD=0x20; SCON=0x50; TH1=0xfd; TL1=0xfd; TR1=1; EA=0; } //對RF2401寫數據函數 voidwrite_spi_one_byte(unsigned char data_buf) { unsigned char i; unsigned char j; j=0x80;//0b10000000 while(j>0) { i=data_buf&j; if(i==0) DATA=0; else DATA=1; CLK1=1; j>>=1; CLK1=0; } } //對RF2401寄存器寫數據 voidconfig_2401(void) { unsigned char i; PWR_UP=1; delay_ms(5); CE=0; CS=1; i=1; while(i--); for(i=0;i<18;i++) write_spi_one_byte(configbyte); CS=0; DATA=0; CE=1; } //系統測試 voidconfig_test(void) { unsigned char i; PWR_UP=1; delay_ms(5); CE=0; CS=1; i=1; while(i--); for(i=0;i<18;i++) write_spi_one_byte(test_config); CS=0; DATA=0; CE=1; } //延時函數 voiddelay_ms(unsigned int delay_counter) { unsigned int i; while(delay_counter--) { i=81; while(i--); } } //發射數據函數 voidsend_data(unsigned input_data) { unsigned char i; PWR_UP=1; delay_ms(5); CE=1; i=1; while(i--); write_spi_one_byte(0xaa); write_spi_one_byte(0xbb); write_spi_one_byte(0xcc); write_spi_one_byte(0xdd); write_spi_one_byte(0xee); for(i=0;i<1;i++) write_spi_one_byte(input_data); CE=0; i=50; while(i--); PWR_UP=0; } //從串行獲的數據 unsigned char get_tx_data_for_pc() { unsigned char chuanh=0x00; while(RI==0); chuanh=SBUF ; RI=0; return(chuanh); } //從RF2401發射數據 voidsend_data_rf(void) { increase_data=get_tx_data_for_pc(); TxLED=0; send_data(increase_data); delay_ms(1); TxLED=1; delay_ms(1); } //主函數 void main(void) { system_init(); while (1) { send_data_rf(); } } 2單片機對nRF2401的控制及傳遞數據程序 <接收程序> #include<At89x051.h> //腳的定義 #define RxD P3_0 #define TxD P3_1 #define TxLED P3_4 #define RxLED P3_5 #definePWR_UP P1_7 #define CE P1_6 #define CS P1_2 #define CLK1 P3_2 #define DR1 P1_1 #define DATA P1_0 //測試 const unsignedtest_config[18]={ 0x8e,0x08,0x1e, 0x08,0x08, 0xaa,0xbb,0xcc,0xdd,0xee, 0xaa,0xbb,0xcc,0xdd,0xee, 0xa3,0x2f, 0x64 }; //2401寄存器數據 const unsignedconfigbyte[18]={ 0x8e,0x08,0x1c, 0x08,0x08, 0xaa,0xbb,0xcc,0xdd,0xee, 0xaa,0xbb,0xcc,0xdd,0xee, 0xa3,0x6f, 0x65 }; unsigned charrx_data_buf[1]; unsigned charincrease_data; void system_init(void); voidwrite_spi_one_byte(unsigned char data_buf); voidconfig_2401(void); voidconfig_test(void); voidreceive_data(unsigned payload_length); unsigned charread_spi_one_byte(void); voiddelay_ms(unsigned int delay_counter); void receive_mode(void); void main(void); //系統初始化 voidsystem_init(void) { unsigned char i; PWR_UP=0; CE=0; CS=0; CLK1=0; DATA=0; for(i=0;i<8;i++) rx_data_buf=0; config_2401(); delay_ms(2); TxLED=0; RxLED=1; TMOD=0x20; SCON=0x50; TH1=0xfd; TL1=0xfd; TR1=1; EA=0; } //從串行傳數據 voidsend_rx_data_to_pc(unsigned char payload_length) { TI=0; SBUF=rx_data_buf[0]; while(TI==0); } //對寄存器寫數據 voidwrite_spi_one_byte(unsigned char data_buf) { unsigned char i; unsigned char j; j=0x80;//0b10000000 while(j>0) { i=data_buf&j; if(i==0) DATA=0; else DATA=1; CLK1=1; j>>=1; CLK1=0; } } //對RF2401寫寄存器數據 voidconfig_2401(void) { unsigned char i; PWR_UP=1; delay_ms(5); CE=0; CS=1; i=1; while(i--); for(i=0;i<18;i++) write_spi_one_byte(configbyte); CS=0; DATA=0; CE=1; } //測試 voidconfig_test(void) { unsigned char i; PWR_UP=1; delay_ms(5); CE=0; CS=1; i=1; while(i--); for(i=0;i<18;i++) write_spi_one_byte(test_config); CS=0; DATA=0; CE=1; } //接收數據 voidreceive_data(unsigned payload_length) { unsigned char i; for(i=0;i<payload_length;i++) rx_data_buf=read_spi_one_byte(); } //對RF2401寫數據 unsigned charread_spi_one_byte(void) { unsigned char j; unsigned char data_buf; j=0x80; while(j>0) { DATA=1; data_buf<<=1; if(DATA==1) data_buf|=0x01; CLK1=1; j>>=1; CLK1=0; } return data_buf; } //延時 voiddelay_ms(unsigned int delay_counter) { unsigned int i; while(delay_counter--) { i=81; while(i--); } } //接收數據 voidreceive_mode(void) { //change_rf_txrx_mode(1); //Change the RF to the receive mode while(START_SW!=0) { if(DR1==1) { RxLED=0; receive_data(8); delay_ms(50); RxLED=1; send_rx_data_to_pc(8); } } } //主函數 void main(void) { system_init(); while (1) { receive_mode(); } }
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