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无线视频监控系统设计资料,毕业设计
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I 目 录 1 引言 . 1 2 方案论证 . 4 2.1 方案 1 采用 A/D和 D/A转换的数字无线视频监控系统 . 4 2.2 方案 2 数字和模拟结合的无线视频监控系统 . 5 3 系统概述 . 7 4 单元电路设计 . 8 4.1 射频发射电路 . 8 4.2 射频接收 . 8 4.3 数字无线发射电路 . 9 4.3.1 C8051F310 单片机介绍 . 9 4.3.2 nRF905 芯片介绍 . 13 4.3.3 数字无线发射硬件电路 . 17 4.3.4 液晶显示电路 . 19 4.4 数字无线接收电路 . 23 4.5 电源电路 . 24 4.5.1 +5V 电源电压设计 . 24 4.5.2 +3.3V 电源电压设计 . 24 4.5.3 蓄电池 . 25 5 软件设计 . 26 5.1 数字无线发射电路程序设计 . 26 5.1.1 发射电路程序 . 26 5.1.2 液晶显示电路程序 . 26 5.2 数字无线接收电路程序设计 . 28 6 测试结果 . 30 结 论 . 31 参考文献 . 32 附录 A 无线发射电路 . 33 附录 B 无线接收电路 . 34 nts II 附录 1 发射程序 . 35 附录 2 液晶程序 . 40 附录 3 接收程序 . 61 致 谢 . 67 nts天津工程师范学院 2007届本科生毕业设计 1 1 引言 无线视频监控系统是安全防范系统的组成部分，它是一种防范能力较强的综合系统。无线视频监控以其直观、方便、信息内容丰 富而广泛应用于许多场合。近年来，随着计算机、网络以及图像处理、传输技术的飞速发展，视频监控制技术也有长远的发展。 在国内外市场上，主要推出的是数字控制的模拟视频监控和数字视频监控两类产品。前者技术发展已经非常成熟、性能稳定，并在实际工程应用中得到广泛应用，特别是在大、中型视频监控工程中的应用尤为广泛；后者是新近崛起的以计算机技术及图像视频压缩为核心的新型视频监控系统，该系统解决了模拟系统部分弊端而迅速崛起，但仍需进一步完善和发展。目前，视频监控系统正处在数控模拟系统 1与数字系统混合应用并将逐渐向数字系统 过渡的阶段。 数字信号控制的模拟视频监控系统分为基于微处理器的视频切换控制加 PC 机的多媒体管理和基于 PC 机实现对矩阵主机的切换控制及对系统的多媒体管理两种类型。 80年代是微处理器的年代，视频监控系统利用微处理器固件发展的矩阵切换器，将原来分散的全硬件视频监控系统微型集中化，如将视频切换、对前端的控制等功能集合一起，一机处理，是技术上的一个突破。 自备微处理器的矩阵主机可通过 PC机的图形管理软件实现以下功能： （ 1）对单一工作站之中的视频监控、出入口控制、内部通讯、报警等进行综合全面控制 (注：只能提供一个简 单的、可增强系统控制功能的用户界面，但不能代替矩阵主机的安防配置和编程能力 )； （ 2）任意一台工作站可通过网络，控制其它工作站所连接的矩阵主机、报警设备，完成视频切换、云台、镜头控制及报警联动等； （ 3）可通过软件实现对众多矩阵主机和报警接口软件模块的控制。 基于 PC机的视频监控系统采用软件设计，实现摄像机到监视器的视频矩阵切换，云台和镜头的控制，通过串口连接报警设备的报警信息，并通过程序编程自动完成视频切换、云台控制、报警联动、报警录像等各项控制功能。系统能充分利用 PC 机的资源，使视频监控系统随电脑技术的 发展而不断进步，同时其开放性的结构特性更可使之与其它多种系统如与消防报警系统、出入口管理系统、楼宇自控系统等实现互动集成。 随着微处理器、微机的功能、性能的增强和提高，多媒体技术的应用，系统在功能、性能、可靠性、结构方式等方面都发生了很大的变化，视频监控系统的构成更加nts天津工程师范学院 2007届本科生毕业设计 2 方便灵活、与其它技术系统的接口趋于规范，人机交互界面更为友好。但由于视频监控系统中信息流的形态没有变，仍为模拟的视频信号，系统的网络结构主要是一种单功能、单向、集总方式的信息采集网络，介质专用的特点，因此系统尽管已发展到很高的水平，已无太多潜力 可挖，其局限性依然存在，要满足更高的要求，数字化是必由之路。 90 年代末，随着多媒体技术、视频压缩编码技术、网络通讯技术的发展、数字视频监控系统迅速崛起，现今市场上有两种数字视频监控系统类型，一种是以数字录像设备为核心的视频监控系统，另一种是以嵌入式视频 Web服务器为核心的视频监控系统 2。 视频监控系统的发展方向前端一体化、视频数字化、监控网络化、系统集成化是视频监控系统公认的发展方向，而数字化是网络化的前提，网络化又是系统集成化的基础，所以，视频监控发展的最大两个特点就是数字化和网络化。被广泛运用于 商 业领域 、 金融领域 、 教育领域 、 高危领域 、 个人领域 等。 许多书籍都对无线电系统有一定的介绍，但是没有相关的书本详细的介绍无线视频监控这一部分的内容。 基于无线视频监控系统发展迅速更新、升级及应用广泛等这些特点，本毕业设计主要对模拟信号数字化控制，使其推向数字化的应用领域来进行研究。运用C8051F310单片机 控制 进行数据 信息 无线 传送，通过 高频调制 电路对 射频图像 信息 进行无线 传送 。电路 主要采用射频 无线 发射、射频 无线 接收、数字无线发射、数字无线接收等模块完成电路的设计。 本 设 计 中运用了 nRF905收发 模块， 此模块提供 了 SPI 接口方便与 C8051F310单片机的 SPI 口连接。 nRF905 单片无线收发器工作在 433MHZ，通过 SPI 接口进行编程配置 ， 从而工作在 消耗很低的 电流状态 。 C8051F310单片机 的 增强型串行外设接口3SPI0 提供访问一个全双工同步串行总线。 SPI0 可以作为主器件或从器件工作， 使用 4线 主方式 。通过 C8051F310单片机 SPI 串口进行编程控制视频头的转向 ， 同时，通过 89S52单片机控制液晶显示电路； 再 运用 射频发射与射频接收电路，将图像信息显示在电视机上， 达到对周围 事件 进行实时监控 。 经过对无 线视频监控系统的设计，让 我们更好的熟悉 C8051F310 单片机 和 89S52 两款 单片机， 而且对 C8051F310 这款在校园里运用还不是很多的单片机有很好的掌握 。在使用 89S52单片机控制液晶显示电路时，可以对以往学习过的 51系列单片机进行巩固 ； 对 HY-12864 液 晶显示电路的硬件和软件有一个充分的认识 。 本设计内容丰富、信息量大、涵盖技术领域宽广、资料齐全、实用性强，为了便于理解和应用，论文中详细介绍了设计方面的所有要点，并且附带了电路原理图和所有的相关程序。可以对无线控制方面的得到了解，同时，对两款单片机 的实际应用能nts天津工程师范学院 2007届本科生毕业设计 3 够更好的掌握。参考硬件电路及源程序进行调 试，对系统的设计方法有一个明确的概括。将毕业设计实物更好的运用于 实际中，与生活紧密的联系起来。毕业设计 无线视频监控系统是大学生运用自己所学的专业 和 理论 知识 联系实际的一个 很 好的课题。 nts天津工程师范学院 2007届本科生毕业设计 4 2 方案论证 无线视频监控系统运用广泛 ,使用的环境各不相同 , 而且 无线视频监控系统 的种类比较多， 根据具体的情况可以选用不同的设计方案。可以减小开发难度，缩短开发周期，降低成本，更快地将产品推向市场。 本设计要求通过单片机控制， 对摄像头进行 无线 实时控制 ，达到不同角度的监控 功能 。 2.1 方案 1 采用 A/D 和 D/A 转换的数字无线视频监控系统 摄像头将所采集到的图像信号经过内部的转换电路转换成 视频 信号传给高速A/D，高速 A/D 负责把摄像头输出的模拟电压信号转换成对应的 8 位数据量 4。C8051F310单片机控制高速 A/D的 采集 开始与结束 ， 将转换后的 8位数据 量 传给单片机 。 单片机是整个系统的中心环节，它将从 A/D取得的数据信号经过处理后送给无线发射模块进行调制发送。键盘对无线发送模块进行 发射 控制。详见 图 2-1 A/D转换无线发射 框图 。 图 2-1 A/D转换无线发射 框图 无线接收模块把接收到的信号进行解调 ，再 把解调后的 8 位数据 量 传给C8051F310单片机 。 单片机通过指令控制高速无线接收模块的开始与结束 。 将所得到的数据 量 经过运算处理后送给高速 D/A，其将 数据量转换成对应的模拟量，然后送给显示设备。 从而达到了监控的功能。详见 图 2-2 D/A转换无线接收 框图 。 图 2-2 D/A转换无线 接收 框图 键盘 C8051F310 单片机 高速 A/D 无线发射 摄像头 无线 接收 高速 D/A 显示 键盘 C8051F310 单片机 nts天津工程师范学院 2007届本科生毕业设计 5 此方案处理速度快，功能和可靠性强，视频中分辨率高，可以控制距离远，达到很好的效果，使用范围广。但是 ，电路 通过信息采集、数据处理、传输、系统控制等部分 组成 ，硬件电路结构复杂，需要使用高速的单片机 和高速 A/D与 D/A转换 芯片，电路实现 和调试都 相当 困难 。 各 芯片成本高 ， 适用 于专业场合 ，不便于毕业设计 。 2.2 方案 2 数字和模拟结合的 无线视频监控系统 此 方案 采用 射频无线发射、射频无线接收、数字无线发射、数字无线接收四部分组成。 C8051F310单片机 从键盘取得的数据信号经过处理后送给无线发射模块进行调制发送。键盘 经过 C8051F310 单片机 可以对无线发射模块 nRF905进行控制。 AT89S52单片机通过键盘在液晶上 显示对应的控制信息。 视频 显示设备将接收到的射频信号解调成视频信号并显示， 从而达到了监控的功能。详见图 2-3框图 。 图 2-3 射频 无线 接收和数字无线 发射 框图 摄像头 采集图像信号 5，通过内部转换电路 转换成 视频信号 输出到 调制 电路。 调制 电路的设计：电容三点式振荡电路 产生 56MHz 正弦信号 和 AV 信号 调制 ，得出射频信号， 送入到射频放大器 UPC1651 放大后发 送出去 。 nRF905 无线接收模块把接收到的信号进行解调 ， 把解调后的数据信 息 传给 C8051F310单片机，单片机通过指令控制摄像头电机的 转向。 详见图 2-4框图 。 图 2-4 射频无线发射和数字 无线 接收 框图 调制 数字无线接收 C8051F310单片机 摄像头 高频放大 箭头显示 电机转向 本振 AT89S52 单片机 射频无线接收 液晶显示 C8051F310单片机 键盘 视频显示 数字无线发射 nts天津工程师范学院 2007届本科生毕业设计 6 此设计电路简单， 容易 实现 ，使用范围广 ，对于银行 、 煤矿等安全地带可以很方便控制摄像头的电机进行检测。 功耗低、软件编程较简单， nRF905 芯片的体积小、整个系统 成本低 。 用单片机来实现无线视频监控系统，充分利用了单片机的资源。 同时使用 C8051F310单片机和 nRF905芯片 一起控制 ,非常 符合我们的设计思路 ，所以本设计采用方案 2。 nts天津工程师范学院 2007届本科生毕业设计 7 3 系统概述 本设计主要完成的任务是将摄像头将 所采集到的图像信号经过其内部的转换电路转换成 视频 信号，送入 射频调制 发射 电路（即 通过 调制 电路把摄像头输出的模拟电压信号和本振信号调制 出射频信号 ，经 放大后发送 ） 。 射频 接收 器将射频调制发射电路发射过来的射频信号还原成 图像 并 进行显示，从而 实现 了监控的功能。 发射端的 C8051F310 单片机通过键盘对 数字无线 发射 模块的开始与结束 控制 。C8051F310 单片机 把 控制字 和 所要传送的数据信息 分别写入 nRF905 发射模块 进行调制发送 。 同时， AT89S52 单片机通过键盘 在 液晶 上 显示 对应 的 控制信息 。 在 数字 无线接收 端，首先，接 收端的 C8051F310 单片机把控制字写入 nRF905 数字无线接收 模块 ，然后其将 接收 到的信号进行解调，把 解调后的数据 信息 传给C8051F310单片机，单片机通过指令控制电机 转向 。 本设计主要组成 部分 具体 如图 3-1所示系统框图。 图 3-1系统框图 数字无线接收 解调 数字无线 调制 发射 C8051F310单片机 C8051F310单片机 AT89S52单片机 电源 键盘 液晶显示 数据信息 射频 调制 发射 射频接收 摄像头采集输出视频信号 控制字 控制字 nts天津工程师范学院 2007届本科生毕业设计 8 4 单元电路 设计 按照系统设计功能的要求，确定设计系统 硬件电路由射频发射、射频接收、数字无线发射、数字无线接收和电源电路五大模块组成。各电路模块的设计如下。 4.1 射频发射电路 射频发射电路通过电容三点式产生 56MHz的频率 6，而图像信号经过摄像头采集，通过摄像头的内部电路转换为模拟电压信号，从 JP1端送入，通过二极管 调制 电路，调制 电路负责把摄像头输出的模拟电压信号和本 振信号混出射频信号，射频信号经过uPC1651集成运算 放大器和共发射级电路放大后发送。 其中 uPC1651 是电视天线放大器专用集成电路，是一块超高频、宽频带（频率带宽为 1200MHz）、低噪声，功率增益大（ 19dB， f=500MHz）的高频线性放大电路。 如 图 4-1所示射频发射电路。 R83 . 3KR64 70C94 pFC 107 pFC87 pFC74 pFQ29 01 8R94 . 7KL2R14 70R55 . 6KR7 2 . 2KC61 02 pFC51 02 pFC31 5p FC41 0uD1D212J P 1R21 0012345T1+ 6V132 4U1U P C 16 51Q1C 19 70C21 5p FL11 0m H+ 12 VR322R41 0KR P 15 0KC11 5p F发射给E1电视天线图 4-1 射频发射电路 4.2 射频接收 射频接收部分主 要是电视机的接收，通过电视台的 VHL波段 7进行摄像头采集的56MHz的 AV信号在电视机显示器上显示。 nts天津工程师范学院 2007届本科生毕业设计 9 4.3 数字 无线发射电路 由于单片机具有体积小、结构简单、易于掌握、可靠性高、价格低廉、功耗低、控制功能强及应用灵活等优点，本设计中的数字无线发射和数字无线接收主要是通过C8051F310单片机的串行外设接口总线 SPI（ Serial Peripheral Interface）和 nRF905发射与接收模块的 SPI 总线进行电路的控制， 52 系列（ AT89S52）单片机主要负责HY-12864液晶显示电路的控制 。硬件电路见附录 A。 4.3.1 C8051F310单片机介绍 无线发射和接收电路运用 C8051F310 单片机的 SPI 串行外设接口进行 电路的控制。在此主要介绍 C8051F310 单片机的内部性能 8和 SPI总线的特性。 一、 C8051F310内部性能 1.模拟外设 10位 ADC 转换速率可达 200ksps 可多达 21个外部单端或差分输入 VREF可在外部引脚或 VDD中选择 内置温度传感器（ 3 C） 两个模拟比较器 可编程回差电压和响应时间 可配置为中断或复位源（比较器 0） 2.在片调试 片内调试电路提供全速、非侵入式的在系统调试（不需仿真器）支持断点、单步、观察 /修改存储器和寄存器 比使用仿真芯片、目标仿真头和仿真插座的仿真系统有更优越的性能 3.供电电压 2.7V - 3.6V 典型工作电流： 5mA25MHz； 11A32KHz 温度范围： -40C - +85C 4.高速 8051微控制器内核 流水线指令结构； 70%的指令的执行时间为一个或两个系统时钟周期 速度可达 25MIPS（时钟频率为 25MHz 时） 5.存储器 1280字 节内部数据 RAM（ 1024+256） 16KB FLASH 存储器 6.数字外设 nts天津工程师范学院 2007届本科生毕业设计 10 29个端口 I/O；所有口线均耐 5V电压 硬件增强型 UART、 SMBus和 SPI串口 4个通用 16 位计数器 /定时器 16位可编程计数器 /定时器阵列（ PCA），有 5个捕捉 /比较模块 使用 PCA或定时器和外部时钟源的实时时钟方式 7.时钟源 内部可编程振荡器： 24.5MHz， 2%的精度，可支持无晶体 UART 操作 外部振荡器：晶体、 RC、 C、或外部时钟 8.封装 32脚 LQFP 二、 SPI总线的特性 C8051F310单片机内部具有增强型串行外设接口（ SPI0）可提供访问一个全双工同步串行总线的能力。 1.信号说明 （ 1）主输出、从输入（ MOSI） 主出从入（ MOSI）信号是主器件的输出和从器件的输入，用于从主器件到从器件的串行数据传输。当被配置为主器件时， MOSI 由移位寄存器的 MSB 驱动。 （ 2）主输入、从输出（ MISO） 主入从出（ MISO）信号是从器件的输出和主器件的输入，用于从从器件到主器件的串行数据传输。当 SPI被禁止或工作在 4 线从方式而未被选中时， MISO引脚被置于高阻态。 （ 3）串行时钟（ SCK） 串行时钟（ SCK）信号是主器件的输出和从器件的输入，用于同步主器件和从器件之间在 MOSI和 MISO 线上的串行数据传输。当 SPI0作为主器件时产生该信号。 （ 4）从选择（ NSS） 从选择（ NSS）信号的功能取决于 SPI0CN 寄存器中 NSSMD1和 NSSMD0 位的设置。有 3 种可能的方式： 3 线主方式或从方式、 4 线从方式或多主方式和 4 线主方式。本设计用 NSSMD1:0 = 1x 为 4 线主方式， NSS 作为输出。 NSSMD0 的设置值决定 NSS引脚的输出电平。 2.SPI0主方式操作 只有 SPI 主器件能启动数据传输。通过将主允许标志 MSTEN 置 1，将 SPI0 置于主方式。当处于主方式时，向 SPI0 数据寄存器写入一个字节时是写发送缓冲器。如果 SPI移位寄存器为空，发送缓冲器中的数据字节被传送到移位寄存器，数据传输开始。 SPI0主器件立即在 MOSI线上串行移出数据，同时在 SCK上提供串行时钟。在传nts天津工程师范学院 2007届本科生毕业设计 11 输结束后 SPIF标志被置为逻辑 1。如果中断被允许，在 SPIF标志置位时将产生一个中断请求。在全双工操作中，当 SPI 主器件在 MOSI 线向从器件发送数据时，被寻址的 SPI从器件可以同时在 MISO线上向主器件发送其移位寄存器中的内容。因此， SPIF标志既作为发送完成标志又作为接收数据准备好标志。 4.SPI0中断源 如果 SPI0中断被允许，在下述 4个标志位被置 1时将产生中断。 （ 1）在每次字节传输结束， SPI中断标志 SPIF 被置 1。该标志适用于所有 SPI方式。 （ 2）如果在发送缓冲器中的数据尚未被传送到移位寄存器时写 SPI0DAT，写冲突标志 WCOL被置 1。 （ 3） 当 SPI0被配置为主器件并且工作于多主方式，而 NSS被拉为低电平时，方式错误标志 MODF被置 1。 （ 4）当 SPI0被配置为从器件 并且一次传输结束，而接收缓冲器中还保持着上一次传输的数据未被读取时，接收溢出标志 RXOVRN 被置 1。 5.串行时钟时序 使用 SPI0 配置寄存器中的时钟控制选择位可以在串行时钟相位和极性的 4 种组合中选择其一。 CKPHA 位选择两种时钟相位（锁存数据所用的边沿）中的一种。 CKPOL位在高电平有效和低电平有效的时钟之间选择。主器件和从器件必须被配置为使用相同的时钟相位和极性。注意：在改变时钟相位和极性期间应禁止 SPI0，两个器件通信时，不论工作在主方式还是从方式， CKPHA 必须被置 0。 6.SPI特殊功能寄存器 对 SPI0 的访问和控制是通过系统控制器中的 4 个特殊功能寄存器实现，具体如下。 (1)SPI0CFG： SPI0配置寄存器， 复位值： 00000111 SFR地址： 0XA1 R R/W R/W R/W R R R R SPIBSY MSTEN CKPHA CKPOL SLVSEL NSSIN SRMT RXBMT 位 7 位 6 位 5 位 4 位 3 位 2 位 1 位 0 位 7： SPIBSY： SPI忙标志（只读） 当一次 SPI传输正在进行时（主或从方式），该位被置为 1。 位 6： MSTEN：主方式允许位 0：禁止主方式，工作在从方式。 1：允许主方式，工作在主器件方式。 位 5 CKPHA： SPI0时钟相位。该位控制 SPI0时钟的相位。 0：在 SCK周期的第一个边沿采样数据。 1：在 SCK周期第二个边沿采样数据。 位 4： CKPOL： SPI0时钟极性。该位控制 SPI0时钟的极性。 0： SCK在空闲状态时处于低电平。 1： SCK在空闲状态时处于高电平。 nts天津工程师范学院 2007届本科生毕业设计 12 位 3： SLVSEL：从选择标志（只读） 当 NSS引脚为低电平时该位被置 1，表示 SPI0是被选中的从器件。当 NSS引脚为高电平时，该位被清 0。 位 2： NSSIN： NSS引脚的瞬时值（只读） 该位指示读该寄存器时 NSS引脚的即时值。该信号未被去噪。 位 1： SRMT：移位寄存器空标志（在从方式有效，只读）。 当所有数据都被移入 /移出移位寄存器并且没有新数据可以从发送缓冲器读出或向接收缓冲器写入时，该位被置 1。当数据字节被从发送缓冲器传送到移位寄存器或SCK发生变化时，该位被清 0。 位 0： RXBMT：接收缓冲器空（在从方式有效 ，只读） 当接收缓冲器被读取且没有新数据时，该位被置 1。如果在接收缓冲器中有新数据未被读取，则该位被清 0。 (2) SPI0CN： SPI0 控制寄存器，复位值： 00000110 SFR地址： 0XF8 (可位寻址 ) R/W R/W R/W R/W R/W R/W R R/W SPIF WCOL MODF RXOVRN NSSMD1 NSSMD0 TXBMT SPIEN 位 7 位 6 位 5 位 4 位 3 位 2 位 1 位 0 位 7： SPIF： SPI0中断标志 该位在数据传输结束后被硬件置 1。如果中断被允许，置 1该位将会使 CPU转到 SPI0中断处理服务程序。该位用软件清 0。 位 6： WCOL：写冲突标志 该位由硬件置 1（并产生一个 SPI0中断），表示数据传送期间对 SPI0数据寄存器进行了写操作。该位用软件清 0。 位 5： MODF：方式错误标志 当检测到主方式冲突（ NSS为低电平， MSTEN 1， NSSMD1:0 = 01）时，该位由硬件置 1（并产生一个 SPI0中断）。该位用软件 清 0。 位 4： RXOVRN：接收溢出标志（只适用于从方式） 当前传输的最后一位已经移入 SPI0移位寄存器，而接收缓冲器中仍保存着前一次传输未被读取的数据时该位由硬件置 1（并产生一个 SPI0中断）。该位用软件清 0。 位 3-2： NSSMD1-NSSMD0：从选择方式位 选择 NSS工作方式： 00： 3线从方式或 3线主方式。 01： 4线从方式或多主方式（默认值）。 1x： 4线单主方式。 NSS被分配一个输出引脚并输出 NSSMD0的值。 位 1： TXBMT：发送缓冲器空标志 nts天津工程师范学院 2007届本科生毕业设计 13 )14(22 0 0 0 0 0 0SCKf当新数据被写入发送缓冲器时，该位被清 0。当 发送缓冲器中的数据被传送到 SPI移位寄存器时，该位被置 1，表示可以向发送缓冲器写新数据。 位 0： SPIEN： SPI0使能位 该位使能禁止 SPI0。 0：禁止 SPI0 。 1：使能 SPI0 (3) SPI0CKR： SPI0时钟速率寄存器； 复位值： 00000000 SFR地址： 0XA2 R/W R/W R/W R/W R/W R/W R/W R/W SCR7 SCR6 SCR5 SCR4 SCR3 SCR2 SCR1 SCR0 位 7 位 6 位 5 位 4 位 3 位 2 位 1 位 0 位 7-0： SCR7-SCR0： SPI0时钟频率 当 SPI0模块被配置为工作于主方式时，这些位决定 SCK输出的频率。 SCK时钟频率是从系统时钟分频得到的，由下面的方程给出，其中： SYSCLK是系统时钟频率， SPI0CKR是 SPI0CKR寄存器中的 8位值。 其中 (0 SPI0CKR 255) 例如：如果 SYSCLK = 2MHz， SPI0CKR = 0x04，则 KHzf SCK 2000 (4) SPI0DAT： SPI0数据寄存器， 复位值： 00000000 SFR地址： 0XA3 R/W R/W R/W R/W R/W R/W R/W R/W 位 7 位 6 位 5 位 4 位 3 位 2 位 1 位 0 位 7-0： SPI0DAT： SPI0发送和接收数据寄存器。 SPI0DAT寄存器用于发送和接收 SPI0数据。在主方式下，向 SPI0DAT写入数 据时，数据被放到发送缓冲器并启动发送。读 SPI0DAT返回接收缓冲器的内容。 4.3.2 nRF905芯片介绍 )10(2 CKRS P IS Y S CL KfS C Knts天津工程师范学院 2007届本科生毕业设计 14 nRF905是挪威 Nordic VLSI公司推出的单片射频收发器，工作电压为 1.9 3.6V，32引脚 QFN封装，工作于 433/868/915MHz三个 ISM频道，频道之间的转换时间小于650s。 nRF905由频率合成器、收发解调器、功率放大器、晶体振荡器和调制器组成，不需要外加声表滤波器， ShockBurstTM工作模式，自动处理字头和 CRC（循环冗余码校验），使用 SPI接口与微控制器通信，配 置非常方便。就本设计中 nRF905的运用部分作了一系列的介绍。 一、工作模式 nRF905 有两种工作模式 ， 分别是 ShockBurstTM 接收模式和 ShockBurstTM 发送模式。 nRF905的工作模式由 TRX_CE、 TX_EN 和 PWR_UP三个引脚决定，详见表 4-1。 表 4-1 工作模式 PWR_UP TRX_CE TX_EN 工作模式 0 关机模式 1 0 空闲模式 1 1 0 射频接收模式 1 1 1 射频发射模式 注： 0 为低电平 1为高电平 为任意 1.ShockBurstTM模式 与射频数据包有关的高速信号处理都在 nRF905 片内进行，数据速率由微控制器配置的 SPI 接口决定，数据在微控制器中低速处理，但在 nRF905 中高速发送，因此中间有很长时间的空闲，这就有利于电路的节能。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频数据发射速率。在 ShockBurstTM接收模式下，当一个包含正确地址和数据的数据包被接收到后，地址匹配 (AM)和数据准备好 (DR)两引脚通知微控制器。在 ShockBurstTM发送模式， nRF905 自动产生字头和 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。下面具体详细分析 nRF905 的发送流程和接收流程。 2.发送流程 典型的 nRF905 发送流程分以下几步： （ 1） 微控制器有数据要发送时，通过 SPI 接口，按时序把接收机的地址和要发送的数据送传给 nRF905， SPI接口的速率在通信协议和器件配置时确定； （ 2） 微控制器置高 TRX_CE和 TX_EN，激发 nRF905的 ShockBurstTM 发送模 式 ； nts天津工程师范学院 2007届本科生毕业设计 15 （ 3） nRF905的 ShockBurstTM 发送： A 射频寄存器自动开启； B 数据打包 (加字头和 CRC校验码 )； C 发送数据包； D 当数据发送完成，数据准备好引脚被置高； （ 4） AUTO_RETRAN被置高， nRF905不断重发，直到 TRX_CE被置低； （ 5） 当 TRX_CE被置低， nRF905发送过程完成，自动进入空闲模式。 ShockBurstTM 工作模式保证，一旦发送数据的过程开始，无论 TRX_EN 和 TX_EN引脚是高或低，发送过程都会被处理完。只有在前一个数据包被发送完毕， nRF905才能接受下一个发送数据包。 3.接收流程 （ 1） TRX_CE为高、 TX_EN为 低时， nRF905 进入 ShockBurstTM接收模； （ 2） 650us后， nRF905 不断监测，等待接收数据； （ 3） 当 nRF905检测到同一频段的载波时，载波检测引脚被置高； （ 4） 当接收到一个相匹配的地址，地址匹配引脚被置高； （ 5） 当一个正确的数据包接收完毕， nRF905 自动移去字头、地址和 CRC 校验位，然后把数据准备好引脚置高； （ 6） 微控制器把 TRX_CE 置低， nRF905进入空闲模式； （ 7） 微控制器通过 SPI口，以一定的速率把数据移到微控制器内； （ 8） 当所有的数据接收完毕， nRF905把数据准备好引脚和地址匹配引脚置低； （ 9） nRF905此时可以进入 ShockBurstTM接收模式、 ShockBurstTM 发送模式或关机模式。 当正在接收一个数据包时， TRX_CE 或 TX_EN 引脚的状态发生改变， nRF905 立即把其工作模式改变，数据包则丢失。当微处理器接到地址匹配引脚的信号之后，其就知道 nRF905正在接收数据包，其可以决定是让 nRF905继续接收该数据包还是进入另一个工作模式。 二、器件配置 所有配置字都是通过 SPI接口送给 nRF905。 SPI接口的工作方式可通过 SPI指令进行设置。 1. SPI接口配置 SPI接口由状态寄存器、射频配置寄存器、发送地址寄存器、发送数据寄存器和接收数据寄存器 5个寄存器组成。状态寄存器包含数据准备好引脚状态信息和地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，如频率和输出功能等；发送地址寄存器包含接收机的地址和数据的字节数；发送数据寄存器包含待发送的数据包nts天津工程师范学院 2007届本科生毕业设计 16 的信息，如字节数等；接收数据寄存器包含要接收的数据的字节数等信息。 2.射频配置 射频配置寄存器如表 4-2所示： 表 4-2 射频配置寄存器 名称 位宽 描述 CH_NO 9 和 HFREQ_PLL一起进行频率设置（默认值为 001101100B=108D，fRF=(422.4+CH_NOd/10)*(1+HFREQ_PLLd)MHz HFREQ_PLL 1 使 PLL 工作于 433 或 868/915MHz（默认值为 0） 0 -工作于 433MHz频段； 1 -工作于 868/915MHz频段 PA_PWR 2 输出功率（默认值为 00） 00 -10dBm； 01 -2dBm10 +6dBm； 11+10dBm RX_RED_PWR 1 接收方式节能端，该位为高时，接收工作电流为 1.6mA，但同时灵敏度也降低 AUTO_RETRAN 1 自动重发位，只有当 TRX_CE和 TXEN为高时才有效 RX_AFW 3 接收地址宽度（默认值为 100） 001 -1byte RX 地址；100 -4byte RX地址； TR_AFW 3 发送地址宽度（默认值为 100） 001 -1byte TX 地址；100 -4byte TX地址； RX_PW 6 接收 数据宽度（默认值为 100000） 000001 -1byte 接收数据宽度； 000010 -2byte 接收数据宽度； 100000 -32byte 接收数据宽度； TX_PW 6 发射 数据宽度（默认值为 100000） 000001 -1byte 发射 数据宽度； 000010 -2byte 发射数据宽度； 100000 -32byte 发射 数据宽度； RX_ADDRESS 32 发送地址标识（默认值为 E7E7E7E7） UP_CLK_FREQ 2 输出时钟频率（默认值为 11） 00 -4MHz； 01 -8MHz；10 -1MHz； 11 -500KHz； UP_CLK_EN 1 输出时钟使能 XOR 3 晶振频率端 ,必须与外部晶振频率相对应 (默认值为100)000 -4MHz ； 001 -8MHz ； 010 -12MHz ；011 -16MHz； 100 -20MHz CRC_EN 1 CRC校验使能端 ,高为使能 ,默认值为高 CRC_MODE 1 CRC方式选择端 ,高为 16位 ,低为 8位 ,默认值为高 nts天津工程师范学院 2007届本科生毕业设计 17 4.3.3 数字无线发射硬件电路 数字无线发射硬件电路主要通过 C8051F310 单片机最小系统和 nRF905 收发模块组成。 一、 C8051F310单 片机最小系统 9 单片机最小系统一般应该包括基本模块：单片机、晶振电路、复位电路、 C2 调试接口和电源供入。 单片机： C8051F310 单片机。 晶振电路 :外部晶振驱动电路分 24MHz 外部石英晶振、外部电容振荡和外部 RC振荡。内部可编程晶振。本设计采用内部可编程晶振，通过软件编程产生 500Hz的频率。 复位电路：内部上电复位或 VDD监视器的漏极开路输出。一个外部源可以通过将该引脚驱动为低电平（至少 10s）来启动一次系统复位。 C2 下载口： C8051F310 有一个 Silicon Labs 2 线（ C2）调试接 口，支持 FLASH编程、边界扫描和使用安装在最终应用系统中的器件进行在系统调试。 C2 接口使用一个时钟信号（ C2CK）和一个双向的 C2数据信号（ C2D）在器件和宿主机之间传送信息。 C2 通信通常发生在器件的停止运行状态。在这种状态下片内外设和用户软件停止工作， C2 接口可以安全地 “ 借用 ”C2CK （正常方式为
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