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无线遥控设计资料,毕业设计论文
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无线遥控设计 一、 总体概述 ： 本系统有六大部分组成分 PS/2 电脑键盘控制部分、双单片机控制部分、无线数字收发部分、摄相头采集部分、高频放大发射部分、电视观察接收信号图像部分。 二、 题目分析及方案论证： 本题中要求发射大于 10 米，且多通道。所以可采用高频无线数字收发模块。如 NRF 系列数字收发模块。可选用单片机给数字模块进行控制和配置寄存器，及用 SPI 给数字模块发送数据。 1 、 NRF 系列数字收发模块选择方案论证 1.1 NRF401 可以达到题目要求 所设计的无线数传模块由单片射频收发芯片 nRF401、 AT89C52 微控制器和 MAX3316 接口芯片构成，工作在 433.92 434.33MHz 频段； nRF401 是北欧集成电路公司（ NORDIC）的产品，是一个为 433MHz ISM 频段设计的真正单片 UHF无线收发芯片，满足欧洲电信工业标准（ ETSI） EN300 200-1 V1.2.1。它采用 FSK 调制解调技术，最高工作速率可以达到 20K，发射功率可以调整，最大发射功率是 +10dBm。 nRF401 的天线接口设计为差分天线，以便于使用低成本的 PCB 天线。它要求非常少的外围元件（约 10 个），无需声表滤 波器、变容管等昂贵的元件，只需要便宜且易于获得的 4MHz 晶体，收发天线合一。无需进行初始化和配置，不需要对数据进行曼彻斯特编码，有两个工作频宽（ 433.92/434.33MHz） ,工作电压范围可以从 2.7-5V，还具有待机模式，可以更省电和高效。 nRF401 无线收发芯片的结构框图如图 1 所示：内部结构可分为发射电路、接收电路、模式和低功耗控制逻辑电路及串行接口几部分。发射电路包含有：射频功率放大器、锁相环（ PLL），压控振荡器（ VCO），频率合成器等电路。基准振荡器采用外接晶体振荡器，产生电路 所需的基准频率。 其主要特性如下 : 工作频率为国际通用的数传频段 FSK 调制，抗干扰能力强，特别适合工业控制场合； 采用 PLL 频率合成技术，频率稳定性极好； 灵敏度高，达到 -105dBm（ nRF401）； 功耗小，接收状态 250 A，待机状态仅为 8 A（ nRF401）； 最大发射功率达 +10dBm ； 低工作电压（ 2.7V），可满足低功耗设备的要求； 具有多个频道，可方便地切换工作频率 ； 工作速率最高可达 20Kbit/s（ RF401）； 仅外接一个晶体和几个阻容、电感元件，基本无需调试； 因采用了低发射功率、高接收灵敏度的设计，使用无需申请许可证，开阔地的使用距离最远可达 1000米 (与具体使用环境及元件参数有关 )。 ntsTX 与 RX 之间的切换 当从 RX 切换到 TX 模式时 ,数据输入脚 (DIN)必须保持为高至少 1ms 才能收发数据。当从 TX 切换到 RX时，数据输出脚（ DOUT）要至少 3ms 以后有数据输出。 Standby 与 RX 之间的切换 从待机模式到接收模式， 当 PWR_UP 输入设成 1 时，经过 tSR 时间后 ,DOUT 脚输出数据才有效。对 nRF401 来说， tST 最长的时间是 3ms。 从待机模式到发射模式，所需稳定的最大时间是 tST。 Power Up 与 TX 间的切换 从加电到发射模式过程中，为了避免开机时产生干扰和辐射，在上电过程中 TXEN 的输入脚必须保持为低，以便于频率合成器进入稳定工作状态。当由上电进入发射模式时， TXEN 必须保持 1ms 以后才可以往DIN 发送数据。 从上电到接收模式过程中，芯片将不会接收数据， DOUT 也不会有数据输出，直到电压稳定达到 2.7V以上，并且至少保持 5ms。如果采用外部振荡器，这个时间可以缩短到 3ms。 在实际应用中，微控制器采用 Atmel 公司的 AT89C52，分别用单片机的 P1 口各管脚控制 nRF401 的 DIN、DOUT、 TXEN、 PWRUP、 CS 这五个脚即可。 接口芯片采用美信公司的 RS232 转换芯片 MAX3316，完成单片机和计算机 RS232 接口的电平转换及数据发送、接收、请求、清除功能。在 nRF401 芯片使用时，设定好工作频率，进入正常工作状态后，通过单片机根据需 要进行收发转换控制，发送接收数据或进行状态转换。在设计程序时，要注意各状态转换的时延。 nRF401 的通讯速率最高为 20kbit/s，发送数据之前需将电路置于发射模式；接收模式转换为发射模式的转换时间至少为 1ms；可以发送任意长度的数据；发射模式转换为接收模式的转换时间至少为 3ms。在待机模式时，电路进入待机状态，电路不接收和发射数据。待机模式转换为发射模式的转换时间至少为4ms；待机模式转换为接收模式的转换时间至少为 5.0ms。这里给出系统和程序的工作流程图 1.2 单片射频收发器 nRF905 也可达到要求 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 (5 由频率合成器、接收解调器、功率放大器、晶体振荡器和调制器组成，不需外加声表滤波器， 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。此外，其功耗非常低，以 -10dBm 的输出功率发射时电流只有 11mA，工作于接收模式时的电流为 12.5mA，内建空闲模式与关机模式，易于实现节能。 nRF905 适用于无线数据通信、 无线报警及安全系统、无线开锁、无线监测、家庭自动化和玩具等诸多领域。 NRF905 比 NRF401 先进多了。能充分满足题目要求。 2. 芯片结构、引脚介绍及工作模式 nRF905 片内集成了电源管理、晶体振荡器、低噪声放大器、频率合成器功率放大器等模块，曼彻斯特编码 /解码由片内硬件完成，无需用户对数据进行曼彻斯特编码，因此使用非常方便。 nRF905 的详细结构如图1 所示。 2.2 引脚介绍 表 1： nRF905 引脚 nts nRF905 有两种工作模式和两种节能模式。两种工作模式分别是 ShockBurstTM 接收模式和 ShockBurstTM发送模式，两种节能模式分别是关机模式和空闲模式。 nRF905 的工作模式由 TRX_CE、 TX_EN 和 PWR_UP三个引脚决定，详见表 2。 2.1ShockBurstTM 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，这很有利于节能。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。由以上分析可知， nRF905 的 ShockBurstTM 收nts发模式有利于节约存储器和微控制器资源，同时也减小了编写程序的时间。下面具体详细分析 nRF905 的发送流程和接收流程。 2.2 发送流程 典型的 nRF905 发送流程分以下几步： 接口的 速率在通信协议和器件配置时确定； B. 微控制器置高 TRX_CE 和 TX_EN，激发 nRF905 的 ShockBurstTM 发送模式； C. nRF905 的 ShockBurstTM 发送： l 数据打包 (加字头和 CRC 校验码 )； 2 发送数据包； 3 当数据发送完成，数据准备好引脚被置高； D. AUTO_RETRAN 被置高， nRF905 不断重发，直到 TRX_CE 被置低； E. 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。 2.3 接收流程 A. 当 TRX_CE 为高、 TX_EN 为低时， nRF905 进入 ShockBurstTM 接收模式； B. 650us 后， nRF905 不断监测，等待接收数据； C. 当 nRF905 检测到同一频段的载波时，载波检测引脚被置高； D. 当接收到一个相匹配的地址，地址匹配引脚被置高； E. 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 F. 微控制器把 TRX_CE 置低， nRF905 进入空闲模式； G. 微控制器通过 SPI 口，以一定的速率把数据移到微控制器内； H. 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； I. 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。 2.4 节能模式 nRF905 的节能模式包括关机模式和节能模式。 在关机模式， nRF905 的工作电流最小，一般为 2.5uA。进入关机模式后， nRF905 保持配置字中的内容，但不会接收或发送任何数据。 空闲模式有利于减小工作电流，其从空闲模式到发送模式或接收模式的启动时间也比较短。在空闲模式下，nRF905 内部的部分晶体振荡器处于工作状态。 nRF905 在空闲模式下的工作电流跟外部晶体振荡器的频率有关。 2.5 器件配置 所有配置字都是 通过 SPI 接口送给 nRF905。 SIP 接口的工作方式可通过 SPI 指令进行设置。当 nRF905 处于空闲模式或关机模式时， SPI 接口可以保持在工作状态。 2.6SPI 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。 2.7 射频配置 射频配置寄存器和内容如表 3 所示： nts 表 3：射频配置寄存器 射频寄存器的各位的长度是固定的。然而，在 ShockBurstTM 收发过程中， TX_PAYLOAD、 RX_PAYLOAD、TX_ADDRESS 和 RX_ADDRESS 4 个寄存器使用字节数由配置字决定。 nRF905 进入关机模式或空闲模式时，寄存器中的内容保持不变。 2.8 应用电路 nRF905 在使用中，根据不同需要，其电路图不尽相同，图 2 所示为典型的应用原理图，该电路天线部分使用的是 50单端天线。 在 nRF905 的电路板设计中，也可以使用环形天线，把天线布在 PCB 板上，这可减小系体积。 nts 3. NRF2401 芯片是 2.4G 高频无线数字收发模块 nRF2401 是单片射频收发芯片，工作于 2.4 2.5GHz ISM 频段，芯片内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器和调制器等功能模块，输出功率和通信频道可通过程序进行配置。芯片能耗非常低，以 -5dBm 的功率发射时，工作电流只有 10.5mA，接收时工作电流只有 18mA，多种低功率工作模式，节能设计更方便。其 DuoCeiverTM 技术使 nRF2401 可以使用同一天线，同时接收两个不同频道的数据。 nRF2401 适用于多种无线通信的场合，如无线数据传输系统、无线鼠标、遥控开锁、遥控玩具等。 2401 无线收发一体芯片和蓝牙一样，都工作在自由频段，能够在全球无线市场畅通无阻。 2401 支持多点间通信，最高传输速率超过 1MBit，而且比蓝牙具有更高的传输速度。它采用方法设计，只需少量外围元件便可组成射频收发电路。与蓝牙不同的是， nRF 2401 没有复杂的通信协议，它完全对用户透明，同种产品之间可以自由通信。更重要的是， nRF 2401 比蓝牙产品更便宜。所以 nRF 2401 是业界体积最小、功耗最少、外围元件最少的低成本射频系统级芯片。 nts3.1. 芯片结构、引脚说明 nRF2401 内置地址解码器、先入先出堆栈区、解调处理器、时钟处理器、 GFSK 滤波器、低噪声放大器、频率合成器，功率放大器等功能模块，需要很少的外围元件，因此使用起来非常方便。 QFN24 引脚封装，外形尺寸只有 55mm。 nRF2401 的功能模块如图 1 所示。 nts 3.2 芯片结构 作模式工 nRF2401 有工作模式有四种：收发模式、配置模式、空闲模式和关机模式。 nRF2401 的工作模式由 PWR_UP 、CE、 TX_EN 和 CS 三个引脚决定，详见表 2。 表 2： nRF2401 工作模式 nts3.3 收发模式 nRF2401 的收发模式有 ShockBurstTM 收发模式和直接收发模式两种，收发模式由器件配置字决定，具体配置将在器件配置部分详细介绍。 3.4.ShockBurstTM 收发模式 ShockBurstTM 收发模式下，使用片内的先入先出堆栈区，数据低速从微控制器送入，但高速 (1Mbps)发射，这样可以尽量节能，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。 与射频协议相关的所有高速信号处理都在片内进行，这种做法有三大好处：尽量节能；低的系统费用 (低速微处理器也能进行高速射频发射 )；数据在空中停留时间短，抗干扰性高。 nRF2401 的 ShockBurstTM 技术同时也减小了整个系统的平均工作电流。 在 ShockBurstTM 收发模式下， nRF2401 自动处理字头和 CRC 校验码。在接收数据时，自动把字头和CRC 校验码移去。在发送数据时，自动加上字头和 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。 3.4.1 ShockBurstTM 发射流程 接口引脚为 CE， CLK1， DATA A. 当微控制器有数据要发送时，其把 CE 置高，使 nRF2401 工作； B. 把接收机的地址和要发送的数据按时序送入 nRF2401； C. 微控制器把 CE 置低，激发 nRF2401 进行 ShockBurstTM 发射； D. nRF2401 的 ShockBurstTM 发射 给射频前端供电； 射频数据打包 (加字头、 CRC 校验码 )； 高速发射数据包； 发射完成， nRF2401 进入空闲状态。 3.4.2 ShockBurstTM 接收流程 接口引脚 CE、 DR1、 CLK1 和 DATA(接收通道 1) A. 配置本机地址和要接收的数据包大小； B. 进入接收状态，把 CE 置高； C. 200us 后， nRF2401 进入监视状态，等待数据包的到来； D. 当接收到正确的数据包 (正确的地址和 CRC 校验码 )， nRF2401 自动把字头、地址和 CRC 校验位移去； E. nRF2401 通过把 DR1(这个引脚一般引起微控制器中断 )置高通知微控制器； F. 微控制器把数据从 nRF2401 移出； G. 所有数据移完， nRF2401 把 DR1 置低，此时，如果 CE 为高，则等待下一个数据包，如果 CE 为低，开始 其它工作流程。 3.5.1 直接收发模式 在直接收发模式下， nRF2401 如传统的射频收发器一样工作。 3.5.2 直接发送模式 接口引脚为 CE、 DATA ntsA. 当微控制器有数据要发送时，把 CE 置高； B. nRF2401 射频前端被激活； C. 所有的射频协议必须在微控制器程序中进行处理 (包括字头、地址和 CRC 校验码 )。 3.5.3 直接接收模式 接口引脚为 CE、 CLK1 和 DATA A. 一旦 nRF2401 被配置为直接接收模式， DATA 引脚将根据天线接收到的信号开始高低变化 (由于噪声的存在 )； B. CLK1 引脚 也开始工作； C. 一旦接收到有效的字头， CLK1 引脚和 DATA 引脚将协调工作，把射频数据包以其被发射时的数据从 DATA引脚送给微控制器； D. 这头必须是 8 位； E. DR 引脚没用上，所有的地址和 CRC 校验必须在微控制器内部进行。 3.5.4 配置模式 在配置模式， 15 字节的配置字被送到 nRF2401，这通过 CS、 CLK1 和 DATA 三个引脚完成，具体的配置方法请参考本文的器件配置部分。 3.5.5 空闲模式 nRF2401 的空闲模式是为了减小平均工作电流而设计，其最大的优点是，实现节能的同时，缩短芯片的 起动时间。在空闲模式下，部分片内晶振仍在工作，此时的工作电流跟外部晶振的频率有关，如外部晶振为 4MHz时工作电流为 12uA，外部晶振为 16MHz 时工作电流为 32uA。在空闲模式下，配置字的内容保持在 nRF2401片内。 3.5.6 关机模式 在关机模式下，为了得到最小的工作电流，一般此时的工作电流小于 1uA。关机模式下，配置字的内容也会被保持在 nRF2401 片内，这是该模式与断电状态最大的区别。 3.6. 器件配置 nRF2401 的所有配置工作都是通过 CS、 CLK1 和 DATA 三个引脚完成，把其配置为 ShockBurstTM 收发模式需要 15 字节的配置字，而如把其配置为直接收发模式只需要 2 字节的配置字。由上文对 nRF2401 工作模式的介绍，我们可以知道， nRF2401 一般工作于 ShockBurstTM 收发模式，这样，系统的程序编制会更加简单，并且稳定性也会更高，因此，下文着重介绍把 nRF2401 配置为 ShockBurstTM 收发模式的器件配置方法。 ShockBurstTM 的配置字使 nRF2401 能够处理射频协议，在配置完成后，在 nRF2401 工作的过程中，只需改变其最低一个字节中的内容，以实现接收模式和发送模式 之间切换。 ShockBurstTM 的配置字可以分为以下四个部分： 数据宽度：声明射频数据包中数据占用的位数。这使得 nRF2401 能够区分接收数据包中的数据和 CRC 校验码； 地址宽度：声明射频数据包中地址占用的位数。这使得 nRF2401 能够区分地址和数据； nts地址：接收数据的地址，有通道 1 的地址和通道 2 的地址； CRC：使 nRF2401 能够生成 CRC 校验码和解码。 当使用 nRF2401 片内的 CRC 技术时，要确保在配置字中 CRC 校验被使能，并且发送和接收使用相同的协议。nRF2401 配置字的各个位的描述如表 3 所示 。 在配置模式下，注意保证 PWR_UP 引脚为高电平， CE 引脚为低电平。配置字从最高位开始，依次送入 nRF2401。在 CS 引脚的下降沿，新送入的配置字开始工作。 3.7. 应用电路 图 2 为 nRF2401 的应用电路，由图可知，其只需要 14 个外围元件。 nRF2401 应用电路一般工作于 3V，它可用多种低功耗微控制器进行控制。在设计过程中，设计者可使用单鞭天线或环形天线，上图为 50 欧姆单鞭天线的应用电路。在使用不同的天线时，为了得到尽可能大的收发距离，电感电容的参数应适当调整。 nts 3.6. PCB 设计 PCB 设计对 nRF2401 的整体性能影响很大，所以 PCB 设计在 nRF2401 收发系统的开发过程中主要的工作之一，在 PCB 设计时，必须考虑到各种电磁干扰，注意调整电阻、电容和电感的位置，特别要注意电容的位置。 nRF2401 的 PCB 一般都是双层板，底层一般不放置元件，为地层，顶层的空余地方一般都敷上铜，这些敷铜通过过孔与底层的地相连。直流电源及电源滤波电容尽量靠近 VDD 引脚。 nRF2401 的供电电源应通过电容隔开，这样有利于给 nRF2401 提供稳定的电源。在 PCB 中，尽量多打一些通孔，使顶层和底层的地能够充分接触。 4.三种方案比较论证 nRF401 工作速率最高达 20Kbit/s 应用时偏低。 接口芯片采用美信公司的 RS232 转换芯片 MAX3316，完成单片机和计算机 RS232 接口的电平转换及数据发送、接收、请求、清除功能。在 nRF401 芯片使用时，设定好工作频率，进入正常工作状态后，通过单片机根据需要进行收发转换控制，发送接收数据或进行状态转换。在设计程序时，要注意各状态转换的时延。通信协议的设计 nRF401 是程序繁杂难以在短时间内调试好。平时大多数情况下应处于关闭状态，由于无线部分硬件上是不具备自动唤醒功能的 ，为了达到节能的目的，必须通过软件方式采用合理的通信协议以保证节能同时不丢失数据。接收模式转换为发射模式的转换时间至少为 1ms；可以发送任意长度的数据；发射模式转换为接收模式的转换时间至少为 3ms。在待机模式时，电路进入待机状态，电路不接收和发射数据。待机模式转换为发射模式的转换时间至少为 4ms；待机模式转换为接收模式的转换时间至少为 5.0ms。延时问题也需要程序弥补不好调试。 nts nRF905 工作速率最高达 100Kbit/s,频道之间的转换时间小于 650us。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，这很有利于节能。与 nRF401 相比与相当大的改进。当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；微控制器置高 TRX_CE 和 TX_EN，激发 nRF905 的 ShockBurstTM 发送模式；射频寄存器自动开启；数据打包 (加字头和 CRC 校验码 )；发送数据包；当数据发送完成，数据准备好引脚被置 高；当数据发送完成，数据准备好引脚被置高当 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。 nRF2401 芯片内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器和调制器等功能模块，输出功率和通信频道可通过程序进行配置。芯片能耗非常低，以 -5dBm 的功率发射时，工作电流只有 10.5mA，接收时工作电流只有 18mA，多种低功率工作模式，节能设计更方便。其 DuoCeiverTM 技术使 nRF2401 可以使用同一天线，同时接收两个不同频道的数据。 nRF2401 内置地址解码器、先入先出堆栈区、解调处理器、时钟处理器、 GFSK 滤波器、低噪声放大器、频率合成器，功率放大器等功能模块，需要很少的外围元件，因此使用起来非常方便。 该器件有125 个频点，能够实现点对点、点对多点的无线通信，同时可采用改频和跳频来避免干扰。 2401 最大传输速率可达 1Mbit/s，其最大发射功率为 -5，在比较理想环境中，其室内传输距离可达 50 90 米，室外传输距离可达 100-200 米。 2401 的灵敏度为 90，工作电压为 1.9 3.3，工作温度范围为 40 80 。 在 ShockBurstTM 收发模式下， nRF2401 自动处理字头和 CRC 校验码。在接收数据时，自动把字头和 CRC 校验码移去。在发送数据时，自动加上字头和 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。 1 ShockBurstTM 发射流程 接口引脚为 CE， CLK1， DATA A. 当微控制器有数据要发送时，其把 CE 置高，使 nRF2401 工作； B. 把接收机的地址和要发送的数据按时序送入 nRF2401； C. 微控制器把 CE 置低，激发 nRF2401 进行 ShockBurstTM 发射； D. nRF2401 的 ShockBurstTM 发射 1 给射频前端供电； 2 射频数据打包 (加字头、 CRC 校验码 )； 3 高速发射数据包； 4 发射完成， nRF2401 进入空闲状态。 2 ShockBurstTM 接收流程 接口引脚 CE、 DR1、 CLK1 和 DATA(接收通道 1) A. 配置本机地址和要接收的数据包大小； B. 进入接收状态，把 CE 置高； C. 200us 后， nRF2401 进入监视状态，等待数据包的到来； D. 当接收到正确的数据包 (正确的地址和 CRC 校验码 )， nRF2401 自动把字头、地址和 CRC 校验位移去； E. nRF2401 通过把 DR1(这个引脚一般引起微控制器中断 )置高通知微控制器； F. 微控制器把数据从 nRF2401 移出； 有空闲模式降低功耗，发送数据打包， ntsG. 所有数据移完， nRF2401 把 DR1 置低，此时，如果 CE 为高，则等待下一个数据包，如果 CE 为低，开始其它工作流程。 3.直接发送模式 接口引脚为 CE、 DATA A. 当微控制器有数据要发送时，把 CE 置高； B. nRF2401 射频前端被激活； C. 所有的射频协议必须在微控制器程序中进行处理 (包括字头、地址和 CRC 校验码 )。 4.直接接收模式 接口引脚为 CE、 CLK1 和 DATA A. 一旦 nRF2401 被配置为直接接收模式， DATA 引脚将根据天线接收到的信号开始高低变化 (由于噪声的存在 )； B. CLK1 引脚也开始工作； C. 一旦接收到有效的字头， CLK1 引脚和 DATA 引脚将协调工作，把射频数据包以其被发射时的数据从 DATA引脚送给微控制器； D. 这头必须是 8 位； E. DR 引脚没用上，所有的地址和 CRC 校验必须在微控制器内部进行。 nRF2401 通过 ShockBurstTM 收发模式进行无线数据发送，收发可靠 度高。 总结： nRF401 电路焊接多、程序繁杂，调试不好实现，发送频率低，频道转换时间长，容易丢数据包，出错率高。所以不选用 nRF401。 nRF905 发送频率可以，由微控制口 SPI 写发送数据， ShockBurstTM 发送模式；射频寄存器自动开启；数据打包 (加字头和 CRC 校验码 )；发送数据包；当数据发送完成，数据准 备好引脚被置高；当数据发送完成，数据准备好引脚被置高当 TRX_CE 被置低， nRF905 发送过程完成，自动进入空闲模式。可是 nRF905 的微控制器配置的 SPI 及寄存器配置繁杂给系统调试带来麻烦。射频寄存器的各位的长度是固定所有信息都有 SPI 来实现。所以不选用 nRF905。 nRF2401 发射功率大，本身功耗低，灵敏度高，并且有 nRF905的所有优越性的无线数字收发性能，且使我们的系统调试更加快速。也是与整个系统匹配的最佳选择。它的 直接发送模式 和 直接接收模式 是优于其它模块的特色。所以最终选择 nRF2401。 结果 也证明了 nRF2401 确实是实现无线数字收发的可靠选择。 四、硬件系统设计： 1、 硬件控制系统 PS/2 电脑键盘 因为整个系统需要控制的键许多。十六个通道，两个电机控制，发送数据等控制键很多，所以不用单键及小键盘，通过键盘编码传给 89S52 单片机，然后 89S52 与 89C2051 经过 Max232 实现单片机与单片机串行通信。如图示： 这样设计增加控制键又省去了不必要的设计麻烦。 PS/2 电脑键盘 89S52 单片机 Max232 89C2051 nts 2、 微控制系统单片机之间实现串行通信 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN u m b e r R e v i s i o nS i z eBD a t e :1 3 - M a y - 2 0 0 6 S h e e t o f F i l e :C : D o c u m e n t s a n d S e t t i n g s A d m i n i s t r a t o r 桌面 9 9 . D d bD r a w n B y :E A / V P31X119X218R E S E T9RD17WR16I N T 012I N T 113T014T115P 1 0 /T1P 1 1 /T2P 1 23P 1 34P 1 45P 1 56P 1 67P 1 78P 0 039P 0 138P 0 237P 0 336P 0 435P 0 534P 0 633P 0 732P 2 021P 2 122P 2 223P 2 324P 2 425P 2 526P 2 627P 2 728P S E N29A L E / P30T X D11R X D10U?8 0 5 21 162 153 144 135 126 117 108 92 3 2R 2 o u tT 2 i nR 2 i nT 2 o u t1 202 193 184 175 166 157 148 139 1210 118 9 C 2 0 5 11 162 153 144 135 126 117 108 92 3 2选择 89S52 是因为它可通过 Max232 与电 脑通信可观测单片机发送的数据，可以对设计串行通信发送的数据分析和改进程序。就是因为 89S52 这些功能才使整个系统可以应用 PS/2 电脑键盘。 利用两个单片机是因为两个 CPU 可以提高工作效率。另外 NRF2401 的工作电压小于单片机的工作电压而 89C2051 可低电压工作。所以用 89C2051 实现微控制对 NRF2401 控制及传送数据。同时也降低了功耗，串行通信的程序中有校验程序，从而避免了错码，使 NRF2401 发送的数据完全正确。只有无错码才能达到无线遥控的操作正确，这样才能提高整个系统的性能。 nts 3、 无线数字发射系统 nts 利用 89C2051 对 NRF2401 传送数据和对 NRF2401 寄存器配置，以及对 NRF2401 的控制。从而实现无线数字发射 4、无线数字接受系统 与无线数字发射系统相似用 NRF2401 接受数据包传给 89C2051，再由 89C2051 与 89S52 串行通信传递数据，经 89S52 解码后选择相应通道。 如图所示： 5 通道显示系统 显示用大型号发光二极管显示。 89C2051 单片机 NRF2401 接收到数据 89S52 单片机 选择 显示 相应 通道 工作 nts1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN u m b e r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 1 3 - M a y - 2 0 0 6 S h e e t o f F i l e : C : P r o g r a m F i l e s D e s i g n E x p l o re r 9 9 S E L i b r a r y S c h x i a n s h i . D d bD r a w n B y :E A / V P31X119X218R E S E T9RD17WR16I N T 012I N T 113T014T115P 1 0 / T1P 1 1 / T2P 1 23P 1 34P 1 45P 1 56P 1 67P 1 78P 0 039P 0 138P 0 237P 0 336P 0 435P 0 534P 0 633P 0 732P 2 021P 2 122P 2 223P 2 324P 2 425P 2 526P 2 627P 2 728P S E N29A L E / P30T X D11R X D10U?8 0 5 29L E D1PNP1L E D2PNPV C C3PNP4PNP10L E D5PNP11L E D6PNP12L E D7PNP13L E D8PNP14L E D9PNP15L E D10PNP16L E D11PNP8L E D12PNP7L E D13PNP6L E D14PNPV C C5L E D15PNP4L E D16PNP3L E D2L E D6 摄相头采集系统 89S52 摄相头采集图象 高频放大 天线发 射2 射 电机转动 89S52 控制信号 摄相头前后 及左右旋转 nts nts 电机驱动芯片 此功能是无线遥控拓展，是实现更好的无线遥控必然趋势。由此项高级功能才能完备整个系统的安全、无误的进行工作。 7 监控系统设计 利用小电视机对摄相头采集、发射的图象进行接受。如图示： 图象接收 nts 8 时钟显示系统 无论工作在什么地方都需要有时间显示，在本系统中电子钟是本系统的辅助单元。可以使整个大的系统更有合理的应用价值。为操作者提供舒适环境。本系统用单片机控制，七位共阳极数码 管显示有 74LS04， 74LS07进行驱动，且可调时等功能。 9 总结； 整个的系统可用下列图示说明： 发射部分 ： 接受部分 电视监控图像显示 PS/2 电脑 键盘 89S52 单片机 串行口通信 89C2051 单片机 NRF2401 数字收发模块 发射 电视监控图像显示 PS/2 电脑 键盘 89S52 单片机 串行口通信 89C2051单片机 NRF2401 数字收发模块 发射 图象接收 接收 NRF2401 数字收发模块 89C2051单片机 串行口通信 89S52 单片机 十六通道显示 摄相头左右旋转前进后退 监控图象发射 nts五、软件系统设计： 本系统主要是三大部分：单片机与单片机串行通信程序，对 PS/2 键盘编码及译码程序，单片机对 nRF2401的控制及传递数据程序。 1 单片机与单片机串行通信程序 2 对 PS/2 键盘编码及译码程序 3 单片机对 nRF2401 的控制及传递数据程序。 nts 六、功能测试及结果分析： 七、参考书目： 黄智伟 编著 无线数字收发电路设计 电路原理与应用实例 周立功 等编著速成与实践 增强型 80C51 单片机 nts黄智伟 等编著 训练教程 全国大学生电子设计竞赛 附录：部分程序 1. 1 单片机对 nRF2401 的控制及传递数据程序 #include /脚的定义 #define RxD P3_0 #define TxD P3_1 #define TxLED P3_4 #define RxLED P3_5 #define PWR_UP P1_7 #define CE P1_6 #define CS P1_2 #define CLK1 P3_2 #define DR1 P1_1 #define DATA P1_0 /测试用 nRF2401 寄存器数据 const unsigned test_config18= 0x8e,0x08,0x1e, 0x08,0x08, 0xaa,0xbb,0xcc,0xdd,0xee, 0xaa,0xbb,0xcc,0xdd,0xee, 0xa3,0x2f, 0x64 ; /RF2401 寄存器数据 const unsigned configbyte18= 0x8e,0x08,0x1c, 0x08,0x08, 0xaa,0xbb,0xcc,0xdd,0xee, 0xaa,0xbb,0xcc,0xdd,0xee, 0xa3,0x6f, 0x64 ; unsigned char rx_data_buf1; unsigned char increase_data; unsigned char task_switch; unsigned char get_tx_data_for_pc(); void system_init(void); ntsvoid write_spi_one_byte(unsigned char data_buf); void config_2401(void); void config_test(void); void delay_ms(unsigned int delay_counter); void send_data(unsigned input_data); void send_data_rf(void); void transmit_mode(void); void main(void); /系统初始化 void system_init(void) unsigned char i; PWR_UP=
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