毕业设计（论文）-基于单片机的无线表决器设计.doc

湖州师范学院求真学院湖州师范学院求真学院 毕毕 业业 设设 计（论文）计（论文） 2014 届 题 目 基于单片机的无线表决器设计基于单片机的无线表决器设计 专 业 电子信息工程电子信息工程 学生姓名 学 号 10283441 指导教师 论文字数 约 1 万 1 千 完成日期 2014-02-20 湖州师范学院求真学院教务部印制湖州师范学院求真学院教务部印制 湖州师范学院求真学院本科毕业论文 基于单片机的无线表决器设计基于单片机的无线表决器设计 摘要摘要：根据 STC89C52 单片机和无线表决系统的特点，本文介绍了一种用单片机控制液晶 LCD 屏显示模拟表决结果的方法。同时从无线表决器的模块选择，电路分析，软件程序设计等方面，介 绍了无线表决器的各个模块的功能，电路的功能，以及各个模块电路中元器件的作用。该设计具有 用户自行投票，液晶显示投票结果和投票数目的功能。该设计基本能达到会议投票表决目的，设计 具有成本低、效果好等优点，无论对于科学研究还是市场价值都有一定的意义。 关键词：关键词：无线表决，单片机，LCD1602 液晶显示，按键模块 湖州师范学院求真学院本科毕业论文 I The Design of Wireless Voting Device based on MCU Abstract:According to the characteristics of STC89C52 single- chip microcomputer and wireless voting system, this paper presents a LCD screen display with a single chi p analog control vote.In this paper, wireless voting systerm based on MCU is discussed mainly from the as pect of the module selection, circuit analysis and software design. This paper introduces the function of eac h module, the function of the circuits and the action of the components in the circuits. The design has the us er to vote, the voting results and the number of votes for liquid crystal display function. This design can bas ically achieve the purpose of the conference voting, and have the advantages of low cost, good effect, and c ertain significance both for scientific research and market value. Key words：Wireless voting, single chip, LCD1602 display, keyboard module 湖州师范学院求真学院本科毕业论文 II 目目 录录 第一章第一章 绪论绪论1 1.1 引言1 1.2 无线表决器的研究现状与发展趋势1 1.2.1 研究现状.1 1.2.2 发展趋势.2 1.3 本章小结2 第二章第二章 系统硬件设计系统硬件设计3 2.1 系统整体的设计方案与选型比较3 2.2 系统硬件总体框图3 2.3 单片机最小系统4 2.3.1 单片机的选型与比较.4 2.3.2 单片机 STC89C52 简介.4 2.3.3 复位电路.4 2.3.4 晶振电路.5 2.4 无线模块的设计5 2.4.1 无线模块的选型与比较.5 2.4.2 无线模块电路的设计.6 2.4.3 NRF24L01 工作模式6 2.4.4 寄存器配置7 2.5 显示模块的设计7 2.5.1 显示模块的选型与比较.7 2.5.2 显示模块电路的设计.7 2.6 按键电路8 2.7 电源模块的设计9 2.8 辅助电源的设计10 2.8.1X1117 简介10 2.8.2X1117 稳压电路的设计10 2.9 本章小结11 第三章第三章 系统软件设计系统软件设计12 3.1 主机流程图12 3.2 从机流程图12 湖州师范学院求真学院本科毕业论文 III 3.3 NRF24L01 无线模块流程图.13 3.3.1 无线发送模式流程图.13 3.3.2 无线接收模式流程图.14 3.4 1602 液晶流程图.15 3.5 按键扫描流程图16 3.6 本章小结17 第四章第四章 系统综合测试系统综合测试18 4.1 系统综合测试思路18 4.2 硬件测试18 4.3 软件测试18 4.4 本章小结19 第五章第五章 结论结论20 5.1 实物成果20 5.2 设计总结20 参参 考考 文文 献献22 致致 谢谢24 附录附录 1：主机电路图：主机电路图.25 附录附录 2：从机电路图：从机电路图.26 湖州师范学院求真学院本科毕业论文 0 第一章第一章 绪论绪论 1.1 引言引言 随着社会的不断发展，各种各样的电子科技技术不断产生，越来越多的新产品被不断的需求。 这个时候，表决器就以它瘦小的身姿挤进了社会这个大舞台。目前，表决器在学校、企业、政府的 各种会议上和电视娱乐等节目上被广泛的应用。表决器不仅节省了人力物力财力，使计算错误的概 率大大降低。而且保证了投票结果的隐私性，保密性，可靠性，科学性，并在一定程度上减少统计 时间的浪费，提高工作效率，更加真实准确的做出决议。 目前，市场上的表决器主要分为两种类型：有线表决器和无线表决器，一般是由有线网络构成。 不过有线表决器布线比较复杂，节点较多，使用起来故障比较多而且不容易排除，使用者也很不 方便。无线表决器具有一些有线表决器没有的优点，例如低成本，比较少的接口故障，应用范围广 泛，灵活性能比较好，系统测试很简单，节省了布线繁琐的过程。近年来，近距离无线传输技术和 无线局域网的快速发展使得无线表决系统可以通过无线技术来实现。 采用无线表决的方式，可以快速处理大量的信息，在短时间里面就可以完成表决的过程。实时 的显示表决的信息，民主公正，简洁明了，直观方便。更加可以体现出表决的实际意义。既提高了 工作效率，又起到了应有的目的。所以，综上所述，无效表决器系统的研究，具有一定的市场价值 和研究意义。 1.2 无线表决器的研究现状与发展趋势无线表决器的研究现状与发展趋势 1.2.1 研究现状研究现状 基于 ZigBee 技术的无线表决系统的设计，具有构造简单，功耗低，容易扩展，时延短，成本 低，安全等特点。但是，ZigBee 技术最大的特点是短距离，低速率，一般用于数量较少，范围较 小的场合12。 基于 MSP430 单片机的无线表决系统设计,是一种基于 MSP430F123 和 nRF905 的无线表决系统 的硬件和软件设计和实现。该系统具有低功耗、功能强、可靠性高和使用方便的优点3。 基于 Dolphin 芯片组的大型无线表决系统设计，该系统具有良好的保密性、传输距离长、容易 发展和强大的可扩展性的特点.该方案采用跳频技术，该技术在跳频无线领域的性能表现都不错,但 也限制了其在其他领域的应用4。 基于 CC1100 的新型无线投票表决器设计与实现实现了非接触式射频卡储存个人信息, 节省了 时间人力和物力，并具有可靠性高和容易扩展的特点5。 基于 RFID 和 RS485 总线的无线表决系统，一种基于射频识别和 RS485 技术的无线表决系统， 该系统具有低功耗、可靠性高、稳定性好、成本低，安装方便等特点，它的整体功能和各项指标都 具有非常高的实用性6。 基于 AT89C 系列单片机的表决系统的设计，功能强大，性能优越，性价比较高，可以实现大 湖州师范学院求真学院本科毕业论文 1 规模、中距离，高传输速率、成本低的主从通信，一主多从、主从呼叫相应的串行通信7。 1.2.2 发展趋势发展趋势 由于有线表决器系统布线具有繁琐的布线过程，结构复杂，困难的安装、调试和维护，故障率 高，占地面积广，使用不便。所以，设计出了无线表决器。 一开始出现的无线表决器构造简单，功耗低，容易扩展，时延短，成本低，安全等特点8-9。 但是，距离比较短，速率比较低，只能用于数量较少，范围较小的场合12，显然这不满意的无线 表决系统，于是又慢慢设计出了传输距离远的基于 Dolphin 芯片组的大型无线表决系统，然而该 系统采用跳频技术，该技术在跳频无线领域的性能表现都不错,但也限制了其在其他领域的应用4。 后来，出现的一款表决器采用了非接触式射频卡储存个人信息, 省了时间人力和物力，并具有可靠 性高和容易扩展的特点5。一直到现在的单片机，可以实现大规模、中距离，高传输速率、成本低 的主从通信，一主多从、主从呼叫相应的串行通信7。 我相信，以后的表决器的设计会越来越贴合人们的需要。 1.3 本章小结本章小结 因为无线通信的产生，因为表决的发展，因为民主的需求，因为效率的要求，使得无线表决器 的产生成了个必然的结果。无线表决器出现的地方也越来越广，使人们的生活也越来越便利，所以 无线表决器的出现非常有意义与价值。 而我要做的无线表决器主要有一个计算机，一个主控制器，若干个分支控制器和若干个表决器 组成。主控制器、分支控制器和表决器部分用单片机和总线技术来实现。主控制器与分支控制器、 分支控制器与表决器构成一个符合通信规范，又可以彼此串行连接的多单片机网络。最后使主控制 器到分支控制器，再到表决器实现通信方式。使系统可以直接进行无线投票、采集数据、快速的统 计数据进行汇总、准确的显示投票的结果。当然，无线表决器出来的数据要准确，可靠，快捷，操 作尽量简便，性能稳定，还要方便维护，总的来说要性价比高。 湖州师范学院求真学院本科毕业论文 2 第二章第二章 系统硬件设计系统硬件设计 2.1 系统整体的设计方案与选型比较系统整体的设计方案与选型比较 方案一：基于 ZigBee 技术的无线表决系统的设计，具有构造简单，功耗低，容易扩展，时延 短，成本低，安全等特点。但是，ZigBee 技术最大的特点是短距离，低速率，一般用于数量较少， 范围较小的场合12。 方案二：基于单片机的表决系统的设计，功能强大，性能优越，性价比较高，可以实现大规模、 中距离，高传输速率、成本低的主从通信，一主多从、主从呼叫相应的串行通信7。 综上所述，方案二性价比高，且控制效果好，电路也较为简单，可以使用所学的知识进行设计， 所以综上所述，故选择方案二。 2.2 系统硬件总体框图系统硬件总体框图 图 2-1 主机硬件总体方案和框图 图 2-2 从机硬件总体方案和框图 系统的硬件总体方案如 2-1 所示，本设计使用 STC89C52 单片机为主控芯片，整个系统由两部 分组成,图 2-1 的主机的硬件框图和图 2-2 的从机的硬件框图。其中，主机由单片机、5V1A 电源电 路、12MHZ 时钟电路、复位电路、无线模块 NRF24L01、液晶 LCD1602 等组成。从机由无线模块、按 键电路、12MHZ 时钟电路、和复位电路组成。因为输入的是 5V 直流电源，而无线模块 NRF24L01 的 工作电压是 1.93.6V，所以电路中添加了一个稳压电路。电源电压通过 X1117 的稳压芯片，然后 湖州师范学院求真学院本科毕业论文 3 再经过两个并联的电容，给无线模块 NRF24L01 供电。 2.3 单片机最小系统单片机最小系统 2.3.1 单片机的选型与比较单片机的选型与比较 方案一：采用 8051 单片机。8051 单片机作为初代的单片机，其内存为 4KB。其片内程序存储 器 ROM 为掩膜型，在制造芯片时，已将应用程序固化进去，使它具有了某种专用功能。 方案二：采用 STC89C52 单片机8。STC89C52 是一个低电压，高性能 CMOS 8 位单片机，片 内含 8k bytes 的可反复擦写的 Flash 只读程序存储器和 256 bytes 的随机存取数据存储器（RAM） ， 器件采用 STC 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 位中央处理器和 Flash 存储单元，STC89C52 单片机在电子行业中有着广泛的应用。 就两种方案而言，无论是从运行速度、内存，还是性价比等方面，STC89C52 单片机都明显优 越于 8051 单片机，故这里选择 STC89C52 单片机。 2.3.2 单片机单片机 STC89C52 简介简介 STC89C52 单片机是美国 Intel 公司生产的低功耗，高性能的 8 位单片机，片内含 8 位中央处理 器，4KB 程序存储器，128B 数据存储器，中断系统，2 个 16 位定时器/计数器,4 个 8 位可编程并行 I/O 口,内置一个全双工串行通信口，21 个特殊功能寄存器，,功能强大，可灵活应用于各种控制领 域。 图 2-3 STC89C52 单片机 2.3.3 复位电路复位电路 为了确保系统电路可靠稳定的运行，复位电路是必不可少的一部分9。该电路的作用相当于计 算机上的清零按钮，将电路清零恢复到起始状态。只需给 STC89C52 单片机的复位引脚 RST 加上 大于 2 个机器周期的高电平就可使 STC89C52 复位。 湖州师范学院求真学院本科毕业论文 4 复位电路分为上电自动复位和按钮复位两种，它们都能使单片机实现复位工作，而我采用的是 按键复位。如图 2-4 所示，向 RST 引脚施加一定的高电平，当单片机检测到 9 号引脚有高电平时， 单片机进行复位，即将 RST 引脚拉高并维持至少 24 个时钟周期后，单片机会进入复位状态 每次上电后由于电容两端电压不能突变，电容两端电压都为 5V，此时持续的高电平就可以用 于单片机的上电复位，然后电容逐渐充电，几毫秒后，R2 上电流慢慢降为 0，RST 端电压也慢慢降 为低电平，电容充电完毕，单片机进入工作状态。即到达上电复位目的。 在程序运行中按下 S2 键电容开始放电，电容负级 RST 端随着电容的放电电压逐渐升高，在达 到高电平后就可用于单片机的复位，而松开按键后，电容又进入充电状态，几毫秒后，R2 上电流 慢慢降为 0，RST 端电压也慢慢降为低电平，电容充电完毕，单片机进入工作状态。 图 2-4 复位电路 2.3.4 晶振电路晶振电路 晶振有有源晶振和无源晶振之分，作用都是发出时钟信号。如图 2-5 所示，该晶振电路是由两 个大小为 33pf 的电容 C7、C8 和一个 12Mhz 晶振组成。 晶振具有固定的频率，它是单片机的时钟，是一个标准量。数字电路都是按节拍来进行处理的， 而晶振就是来提供这个节拍的，如果没有了晶振，也就没有了节拍，也就无法处理任何数据。时钟 频率与时钟电路的质量都会对单片机生产影响10。 图 2-5 晶振电路 2.4 无线模块的设计无线模块的设计 2.4.1 无线模块的选型与比较无线模块的选型与比较 方案一：采用蓝牙模块。蓝牙的工作频段主要是 24002483.5MHz，其中跳频信道有 79 个，每 个为 1MHz。蓝牙是近距离无线通信技术的标杆，最高数据传输速率可达 1Mbps，基本能保持 湖州师范学院求真学院本科毕业论文 5 721Kbps 左右的较稳定的传输速率，最大能保持 10m 的传输距离，还可进行语音通信。但它也存在 它的不足之处。它的应用程序较繁琐，产品的价格相对昂贵。 方案二：采用 NRF24L01 无线模块。这是一个射频模块。它支持 2.4GHz 的全球开放的 ISM 频 段，最大的发射功率为 0dBm，具有高传输速率的特点。它的功耗低，当它工作在等待模式时，电 流消耗为 22uA，并且它同时具有 125 个频点，能够满足多点通信的需求。当它工作在 PCB 天线状 态下，它的正常有效距离为 10 米。它的价格也相对的较为便宜。 综上所述，根据无线表决器11-12设计的技术要求，按照性价比最高的抉择方案，最终选择方案 二。 2.4.2 无线模块电路的设计无线模块电路的设计 图 2-6 无线模块 NRF24L01 NRF24L01 是一款世界通用的真正的单片无线收发芯片。它拥有本次设计的无线传输数据的能 力，从而实现远程控制的功能。它在本次设计中传输的是按键模块检测出来的数据。它内部设有链 路层，具有自动应答及自动重发功能，工作电压在 1.9 至 3.6V 之间。它在有天线状态时，在空旷 地可视直线传输距离有 30 到 50 米，在无天线时，直线传输距离达到 10 米左右，符合本次设计的 需求。 2.4.3 NRF24L01 工作模式工作模式 通过配置寄存器可将 NRF24L01 配置为发射、接收、待机及掉电四种工作模式13,如表 2-1 所示： 表 2-1 NRF24L01 的工作模式 模式 PWR_UPPRIM_RXCE FIFO 寄存器状态 接收模式 111- 发射模式 101 数据在 TX FIFO 寄存器中 发射模式 1010 停留在发送模式， 直至数据发送完 待机模式 2 101 TX FIFO 为空 待机模式 1 1-0 无数据传输 掉电模式 0- 待机模式分为模式 1 和模式 2。待机模式 1：用来减少电流消耗，晶体振荡器仍然工作。待机 湖州师范学院求真学院本科毕业论文 6 模式 2：当 TX FIFO 寄存器为空并且 CE=1 时进入该模式。待机模式下，所有配置字仍然保留。 掉电模式由寄存器中 PWR-UP 位来控制。该模式下电流消耗最小，无线模块不工作，但寄存器 内容不变。 NRF24L01 在不同模式下引脚的功能： 表2-2 NRF24L01 引脚功能 引脚名称方向发送模式接收模式待机模式掉电模式 CE输入高电平10us高电平低电平- CSN输入SPI 片选使能 低电平使能 SCK输入SPI 时钟 MOSI输入SPI 串行输入 MISO三态输出SPI 串行输出 IRQ输出中断 低电平使能 2.4.4 寄存器配置寄存器配置 SPI 口为同步串行通信接口，最大传输速率为 10 Mbps。传输单个字节时：先送高位再送低位。 传输数据字节时：先传送低字节，再传送高字节。与 SPI 相关的指令共有 8 个如表 2-3 所示，使用 时这些控制指令由 NRF24L01 的 MOSI 输入。相应的状态和数据信息是从 MISO 输出给单片机。 nRF24L0l 所有的配置字都由配置寄存器定义，这些配置寄存器可通过 SPI 口访问。NRF24L01 的配置寄存器共有 25 个，常用的配置寄存器如表 2-3 所示。 表 2-3 常用的配置寄存器 地址寄存器名称功能 00CONFIG 设置 24L01 工作模式 01EN_AA 设置接收通道及自动应答 02EN_RXADDR 使能接收通道地址 03SETUP_AW 设置地址宽度 04SETUP_RETR 设置自动重发数据时间和次数 07STATUS 状态寄存器，用来判定工作状态 0A0FRX_ADDR_P0P5 设置接收通道地址 10TX_ADDR 设置接收接点地址 1116RX_PW_P0P5 设置接收通道的有效数据宽度 2.5 显示模块的设计显示模块的设计 2.5.1 显示模块的选型与比较显示模块的选型与比较 方案一：采用数码管显示。数码管显示器根据数码管的驱动方式的不同有两种显示方法：静态 显示和动态扫描。在显示位数较多时，单片机 I/O 口开销大且需要提供的 I/O 口连接的电路也很复 杂，扫描消耗资源多，功耗大，占 CPU 时间长，反应不灵敏。 方案二：采用 1602 液晶屏14显示。LCD1602 液晶具有显示信息量大，数字式接口，功耗小， 成本低，体积小等优点。与数码管相比，开销小，需要提供的 I/O 接口电路也比较简单，反应灵敏。 湖州师范学院求真学院本科毕业论文 7 综上所述，LCD1602 液晶显示具有显示质量高，体积小，功耗低，反应灵敏的特点。比较方 案一，方案二更符合本系统的设计要求，故选择方案二。 2.5.2 显示模块电路的设计显示模块电路的设计 1602 是一款蓝底白字的液晶显示屏，能够同时显示 32 个字符15，主要分成 2 行。它可以显示 字母、符号和数字。在本次设计中，它可以不同从机的表决结果。 图 2-7 LCD1602 液晶 关于 LCD1602 液晶显示屏接口的说明： 第 1 脚：VSS 为接地端。 第 2 脚：VCC 接+5V 电源。 第 3 脚: VL 是液晶显示器对比度调整端，当对比度处于最弱：接电源的正极；当对比度处于 最高：接电源。对比度过强的时候会产生“鬼影”,所以使用时一般会连接一个电位器来调整对比 度。 第 4 脚：RS 为寄存器选择，当输出为高电平时，RS 选择数据寄存器；当输出为低电平时，RS 选择指令寄存器。与单片机 P2.7 连接。 第 5 脚: R/W 为读写信号线，当 RS 和 R/W 都为低电平时，可写入指令或者显示地址；当 RS 和 R/W 都为高电平时，可读忙信号。当 RS 与 R/W 其中一个为高电平，一个为低电平时，可写入数据 8-98-9。与单片机 P2.6 连接。 第 6 脚： E 端是使能端，低电平时执行命令。与单片机 P2.5 连接。 第 7-14 脚：DB0-DB7。与单片机 P0.0P0.7 连接。 第 15 脚：BLA 接+5V 电源。 第 16 脚：BLK 为接地端。 2.6 按键电路按键电路 出于对无线表决器10-11操作功能的考虑，我最后决定用三个按键来实现功能，分别是 S1、S2 湖州师范学院求真学院本科毕业论文 8 和 S3。三个按键分别代表着各自不同的意义。当 S1 闭合的时候，1602 液晶显示屏上会显示 YES， 代表投票的结果是赞同;当 S2 闭合的时候，屏幕上会显示*,代表投票的结果是弃权；当 S3 闭合 的时候，1602 上则会显示 NO，那代表投票的结果是反对。当然，每次投票进行时，从机上的按键 键，在同一时间只能按下一个。如果两个或三个按键同时按下，则表示这次投票无效，LCD1602 液 晶上不会显示任何结果。 图 2-8 按键电路 2.7 电源模块的设计电源模块的设计 在本设计中，由于整个系统中除了无线模块模块需要的电压为 3.3V，其他模块均为 5V，所以， 在接入电源处，直接引入 5V 直流稳压电源，大大简化了电路的设计。 如图 2-9 可以看出，该系统是主机上的电源电路，由 J3 开关电源接口 5V-1A，二极管 D1，自 锁开关 S1，C2、C3、C4 三个电容，发光二极管 D2 和电阻 R1 组成。其实，二极管 D1 具有（1）单 向导通特性，防止反接，可以保护电源。 （2）0.7V 管降压，如果电源电压大于 5V，可以将电压降 到 5V，以方便液晶和单片机。发光二极管 D2，在这个电路中的起到一个电源指示灯的作用。而 R1 在这里则是限流电阻，为了防止电路中的电流过大。C2、C3、C4 三个电容的作用是相同的，都是 用来稳压，滤波。同时还有蓄电，充电和放电的功能。 如图 2-10 是由一个电源接口和一个电容组成的从机电源电路，从机的电源是从主机上连接过 来的，这里的电容的作用跟主机上的相同。 电源电路的综合功能就是给整个运行电路提供电源。 湖州师范学院求真学院本科毕业论文 9 路 图 2-9 主机电源电路 图 2-10 从机电源电路 2.8 辅助电源的设计辅助电源的设计 2.8.1X1117 简介简介 X1117 是一个低漏失电压调整器，它是由一个 PNP 驱动的 NPN 管组成的，数据手册上给的漏失 电压定义为：VDROP = VBE+ VSAT。为了确保 X1117 的稳定性，输出至少需要连接一个 22UF 的钽电 容。所以，该稳压电路满足了这一合理要求。 图 2-11 X1117 的管脚排列图 如图 2-11 可以看到 X1117 的 3 个管脚的排列情况，分别为；GND/ADJ、VOUT、VIN.该稳压模块 的作用是将 5V 的输入电压转化为 3.3V 的输出电压。 湖州师范学院求真学院本科毕业论文 10 2.8.2X1117 稳压电路的设计稳压电路的设计 如图 2-12 所示，该电路是由主要是由一个稳压芯片 X1117，一个电解电容和一个无极性电容组 成。电解电容 C5 是 47F=47*106PF=4.7*107PF,而无极性电容 C6 是 10*104PF=1*105PF。在这 个电路中是电解电容和无极性电容并联，是因为电路可能会产生高频干扰，而电解电容对电流的电 阻很大，所以，光用一个大的电解电容去信号干扰滤波的效果是不好的。而单独使用一个无极性电 容，也是不可行的，因为无极性电容的容量比较小。所以呢，就要把两种电容并联起来，取长补短， 增强电路对高频干扰的吸收能力，使电路的电压平稳，增加电路的安全性。 图 2-12 稳压电路 2.9 本章小结本章小结 在本章中，对系统整体方案的对比与选择、主控芯片及各个模块的选择、各个模块电路的分析 等方面做了详细的介绍，从各个方面详细解释了其各自的优缺点，从而得出一个性价比最高的设计 方案，同时也详细介绍了本设计中各个模块的电路原理图，解释了电路原理图中各个元器件的作用 及选材原因。 湖州师范学院求真学院本科毕业论文 11 第三章第三章 系统软件设计系统软件设计 3.1 主机流程图主机流程图 该系统的软件部分主要包括 LCD1602 液晶、NRF24L01 无线模块、STC89C52 单片机等， 因此主要流程图如图 3-1 所示。 图 3-1 主机流程图 接通电源后，先液晶 1602 初始化，然后无线模块初始化，通过从机无线模块的发送和主机无 线模块的接收，进行无线数据的读取。如果有表决操作，那么在液晶 1602 上显示对应的表决结果， 如果没有的话，重新进行无线数据的读取。 3.2 从机流程图从机流程图 该系统的软件部分主要包括 NRF24L01 无线模块、按键扫描、按键操作和单片机等，因此主要 流程图如图 3-2 所示。接通电源后，无线模块初始化，按键进行扫描（之后按键扫描一直持续不断 的进行） ，然后无线模块 NRF24L01 将用户的表决结果发送到主机上。 湖州师范学院求真学院本科毕业论文 12 图 3-2 从机流程图 3.3 NRF24L01 无线模块流程图无线模块流程图 3.3.1 无线发送模式流程图无线发送模式流程图 第一步：单片机控制 CE 引脚在低电平，使无线模块进入待机模式。 第二步：当单片机有数据要发送时，接收节点地址 （TX_ADDR）和有效数据（TX_PLD）通 过 SPI 接口写入 nRF24L01，TX_PLD 必须在 CSN 为低时连续写入。 发送端发送完数据后 ， 将 通道 0 设 置 为 接 收 模 式 来 接 收 应 答 信 号， 其 接 收 地 址（RX_ADDR_P0）与接 收端地址（TX_ADDR）相同。 第三步：PRIM-RX=0，CE=1 的时候，开始进入发送模块。CE 置为高电平并保持至少 10s。 第四步：nRF24L01 发送模式：无线系统上电 、启动内部时钟、无线发送数据打包、高速发送 数据。 第五步：数据发送完后，立即进入接收模式。 若在有效应答时间范围内收到应答信号， 则认 为此次通信成功， TX_DS 位置高并从 TX_FIFO 中清除掉数据； 若没有接收到应答信号，则重 新发送数据，若自动重发计数器溢出，则 MAX_RT 置高，保留 TX_FIFO 中的数据。 当 MAX_RT 或 TX_DS 为高电平时 IRQ 引脚产生中断，IRQ 中断通过写状态寄存器来复位。如果 重发次数在达到设定的最大重发次数时还没有收到应答信号的话， 在 MAX_RX 中断清除之前不 会重发数据包，数据包丢失计数器（PLOS_CNT）在每次产生 MAX_RT 中断后加一。 第六步：若 CE =0， 则系统进入待机模式 I，若 CE=1，则系统会发送 TX_FIFO 寄存器中下 一包数据 ，如果 TX_FIFO 寄存器为空且 CE 为高则系统进入待机模式 II。 湖州师范学院求真学院本科毕业论文 13 图 3-3 无线发送模式流程图 3.3.2 无线接收模式流程图无线接收模式流程图 第一步：单片机将 CE 引脚设置在低电平，使无线模块进入待机模式。 第二步：PWR-UP=1，PRIM-RX=1，CE=1 的时候，进入接收模式。 第三步：130 s 后无线模块开始检测空中信息。 湖州师范学院求真学院本科毕业论文 14 第四步：接收到有效的数据包后 （地址匹配、CRC 校验正确），将数据存储在 RX_FIFO 中， 同时 RX_DR 位置高，并产生中断； 第五步：发送确认信号。 第六步：单片机设置 CE=0，进入待机模式 I。 第七步：读出数据13。 图 3-4 无线接收模式流程图 3.4 1602 液晶流程图液晶流程图 第一步：LCD 初始化，单片机读入数据。 湖州师范学院求真学院本科毕业论文 15 第二步：看 LCD1602 上的 R/W 引脚是否为零。R/W 为读写的信号线，它“0”的时候，是低电 平进行写操作，进入下一步。R/W 不为“0”也就是“1”的时候，是进行读操作，返回重新读入数 据。 第三步：看使能端 E 端是否有效.E 端从高电平变成低电平的时候，液晶模块开始执行命令。 若没有效果的话，就返回重新读入数据。 第四步：把 LCD 屏幕上的所有东西全部都清除掉。 第五步：最后把数据显示在 LCD 上，程序就结束了15。 图 3-5 1602 液晶流程图 3.5 按键扫描流程图按键扫描流程图 如图 3-6 就是具体的按键扫描的设计流程图。开始看按键 1 是否按下，如果是的话，就执行按 键 1 的子程序 。如果不是的话，看按键 2 是否按下，如果是的话，就执行按键 2 的子程序， 。如果 不是的话，接着看按键 3 是否按下，如果是的话，就执行按键 3 的子程序。 湖州师范学院求真学院本科毕业论文 16 图 3-6 按键扫描设计流程图 3.6 本章小结本章小结 本章主要介绍无线表决器16的软件设计部分，对本系统的主机流程图和从机流程图、无线收 发流程图液晶显示流程图以及按键流程图做了详细的解释。它为我们整个软件设计过程提供了强大 的理论依据，为系统的总体功能的完成奠下基础。 湖州师范学院求真学院本科毕业论文 17 第四章第四章 系统综合测试系统综合测试 4.1 系统综合测试思路系统综合测试思路 在这次毕业设计中，遇到了很多麻烦。不论是软件设计方面的，还是硬件设计方面的，都或多 或少的出现了一些问题。不过，通过查阅书籍，询问老师，请求同学的帮忙和自己的努力，最终都 把问题给解决了。同时，在这个实践的过程中，我也受益匪浅。使我在硬件方面和硬件方面，都有 了不同程度的提高。 每个硬件电路做好之后，都需要对电路进行综合测试，从而发现系统的性能是不是达到了自己 预期的结果。首先要检查单片机的工作电路是否正常，这就要检测单片机的电源电压，晶振电路， 复位电路和是否正常了。接下来就要进行一个重要的小测试，就是先用一些简单的程序来检测单片 机是否正常，这样才能保证单片机是真正的正常。然后再把毕业设计所需要的程序烧进去。 4.2 硬件测试硬件测试 该毕业设计的硬件模块可以分为：STC89C52 单片机、5V1A 电源电路、12MHZ 晶振时钟、复位 电路、无线模块、液晶 1602、按键电路这几个模块。第一步，先要检查下各个模块的电路是否有 短路或者断路的现象，特别是电源线和地线的焊接处。第二步，用万用表来检测。测试电路短路 的情况：用电笔测试两个不相连的引脚，万用表发出“嘀嘀”的蜂鸣器报警声音，则说明这两个引 脚可能短路了，反之则说明这部分电路是正确的。检测电路断路的情况：用电笔测试通路的两个 引脚，万用表发出“嘀嘀”的蜂蜜器报警声音；用电笔测试不是通路的两个引脚，万用表未发出 “嘀嘀”的声音。以上两种情况，都表明电路是正确的。反之，就说明引脚虚焊了。 4.3 软件测试软件测试 在确认硬件测试没有故障的情况下，给模块上电。先将 Keil 软件编译成功的程序烧到单片机 里面，记住文件名是以“.HEX”结尾的。当接上电的时候，指示灯是亮的，这说明该设计的供电是 正常的。按下各个从机上的按键:按下从机上的赞成键，看看 LCD 显示屏上是否会出现“YES”;按 下从机上的否决键，看看 LCD 显示屏上是否会出现“NO”; 按下从机上的弃权键，看看 LCD 显示屏 上是否会出现“*” 。若出现相应的数值，则说明各个模块的程序是正确的；若没有出现相应的数 值，则说明有的模块程序出现错误了，再一一仔细的检查。在测试的过程中，我就出现过这样的问 题：不能进行读键了。不论我按下哪个键，显示屏上都没有反应。我检查了电路板、程序，都没有 发现错误。后来，我们班一个高手帮我检查了电路板上的各个元器件，又用了万用表来检测电路的 短路，断路情况，也都没有发现问题。最后，他只读出一个键的时候，发现万用表显示的是低电平。 原来，我在初始时的赋值出了问题。我把读键口赋值成了低电平，就导致电路中一直保持了一个低 电平的状态，使读键无法成功进行。最后，把该条语句重新赋值了下，就正常了。 湖州师范学院求真学院本科毕业论文 18 4.4 本章小结本章小结 在本章中，详细介绍了硬件调试的方法及软件调试的方法，对在调试过程中所出现的问题，做 了详细的说明及其解决方案，为以后独立完成系统打下基础，留下经验。 湖州师范学院求真学院本科毕业论文 19 第五章第五章 结论结论 5.1 实物成果实物成果 经过几个月的查阅、收集资料，思考和比较，最终设计出基本完成任务书的毕业设计实物。但 是因为时间的仓促，所以该系统还有许多需要修改的地方。实物图如下： 图 5-1 实物图 5.2 设计总结设计总结 该系统实现了多个一表决器一起表决的功能： 1.主机和从机都采用了 STC89C52 单片机 2.主机和从机都采用 NRF24L01 模块通信,通信频率为 2.4GHZ 3.主机能同时接受来自从机的投票结果. 4. LCD1602 液晶显示统计反对,同意,弃权的投票结果，并且显示相应选项按下的次数。 5.从机中有三个按键,分别是反对,同意,弃权. 总的来说，这次毕业设计的选定还是成功的。STC89C52 单片机的选择也比较明智的，因为它 不仅实用性高，性价比也不错。NRF24L01 的选择也是可以的，这个桥梁的作用还是相当好用的。 经过这次的毕业设计，我终于知道了“纸上得来终觉浅，觉知此事要躬行”这句话的真谛了。 书本里面的知识和实际的操作，还是有很大差别的，纸上谈兵终究是不行的。虽然在无线表决器的 设计过程中，不论是硬件制作还是软件调试，都遇到了许多问题。但是，当把问题解决了之后，我 湖州师范学院求真学院本科毕业论文 20 发现自己对专业的的技能知识有了进一步的了解和掌握，也发现了一些书上，或者平时学习的生活 照不容易察觉的细小问题。同时，我也学到了课堂上学不到的知识，就是遇到问题，要自己先想办 法解决，然后再去寻找老师或者同学的帮助，这样才能慢慢成长。我还学到了，平时在生活中，要 尽量进行实践，把理论应用于实践中，提高自己的动手能力，这样才能为未来做好准备。有句话说 得好，机会都是留给有准备的人的。 湖州师范学院求真学院本科毕业论文 21 参参 考考 文文 献献 1 杨洋,孟彦. 2008 全国第十三届自动化应用技术学术交流会论文集C.陕西：陕西科技大学电气与 信息工程学院，2008:1015-1017. 2 许可. 基于 ZigBee 的无线移动会议表决系统的研究与实现D.成都: 电子科技大学,2011. 3 郭翠娟,苗长云, 武志刚, 厉彦峰. 基于 MSP430 单片机的无线表决系统设计J. 中文核心期刊， 2008,24（11-2）：126-128. 4 杨帆， 侯宏，赵党军， 彭宏伟. 基于 Dolphin 芯片组的大型无线表决系统方案J.电子器件， 2007,30（5）：1967-1970. 5 刘洋,吴杨,李泽健. 基于 CC1100 的新型无线投票表决器设计与实现J. 现代电子技术， 2010，（318）：71-73. 6 王欣欣,汪立新. 基于 RFID 和 RS485 总线的无线表决系统J. 机 电 工 程，2011,28（1）：67- 70. 7 孟庆波, 常玉华. 基于 AT89C 系列单片机的大型电子投票表决系统的设计J. 郑州铁路职业技术 学院学报，2013,25（1）：34-36. 8 周 鹏. 基于 STC89C52 单片机的多功能测温仪设计J. 微型机与应用,2013，32(1):26-29. 9 杨 雷,郏东耀. 一种高可靠性的复位电路J. 电子技术应用:78-80. 10 彭伟娣，张文杰，谢 亮，等. 一种低功耗 CMOS 晶振电路设计J. 电 子 器 件,2013，36(3): 336-339. 11 Fu Tiao-Ping, Chen Jian-Hua, Li Gang-Qiang.