单片机无线通信系统的设计与实现

1、单片机无线通信系统的设计与实现摘要：介绍了以 STC89C52 单片机为控制核心， 以 SPI 总线接口为主从连接方式，选取 nRF24L01 为无线模块的的 单片机无线数据通信系统。主要介绍了系统组成、硬件电路 及软件设计。该系统能可靠稳定的实现无线数据传输，也便 于扩展，应用于各个无线通信领域中。关键词： SPI nRF24L01 无线数据通信中图分类号： TP368.12 文献标识码： A 文章编号： 1007-9416（2014）04-0038-021 引言 有线模式下的数据传输系统，布线复杂，且排障困难， 同时也受到空间、环境等条件的制约，从而无法完成特殊环 境下的数据传输，而无线数

2、据传输系统不受空间及环境的制 约能够很好的解决有线数据传输系统存在的问题。本文提出 的以 STC89C52 单片机为控制核心， nRF24L01 为无线模块 的的单片机无线数据通信系统的方案，其硬件电路简单，功 能实现稳定，可轻松的移植到各需要无线传输功能的系统 中。2 系统实现方案 系统主要由发送及接收两个模块组成，每个模块均由单 片机及与之相连的无线收发芯片组成。系统原理框图如下。 发送时，单片机通过 SPI 总线接口控制无线收发芯片及写入 所需发送的数据， RF 芯片再通过天线发送无线信号；无线 信号在空中媒介传输。接收时， RF 无线芯片首先通过天线 接收数据，单片机再通过 SPI 总

3、线接口读取 RF 工作状态信 息，读取接收到的数据。这样便实现了两个模块之间的无线 通信。3 硬件选型3.1 控制芯片的选择STC89C52 单片机因其具有低功耗、超强抗干扰性及高 性价比等优点，越来越广泛的应用于各嵌入式系统中。指令 代码完全兼容传统 8051 单片机，且有 12/6 双选择时钟周期。 8KB FLASH ，512B RAM 数据寄存器， 32I/O 口线，看门狗 定时器，内置 4KB E2PROM ， MAX810 复位电路，三个 16 位定时器 /计数器， 全双工串行口。 能完全满足智能控制系统 的要求，对于本系统的设计非常适用。3.2 无线收发芯片的选择nRF24L01

4、 是 Nordic 公司推出的一款工作在 2.4GHz 免 费 ISM 频段的无线射频收发芯片。是由频率发生器、功率 放大器、 晶振、 增强型 SchockBurstTM 模式控制器、 调制解 调器等功能模块组成。同时， nRF24L01 芯片还具有以下主 要特点：（1）采用 GFSK 调制，具有高抗扰性。 （ 2）工作电压 为 1.9-3.6V ，待机状态下电流消耗为 22uA ；掉电模式下电流 消耗为 900nA ，真正的低功耗芯片。 （3）具有硬件 CRC 检 错功能。（4）嵌入了硬件链路层，减少了外围器件的复杂程 度，同时降低了成本。 （ 5）与单片机连接简易，只需相应引 脚相连。（

5、6）增强型 SchockBurstTM 功能，可自动应答及自 动重发。（7） 125 个可选工作频道，具有点对多点通信地址 功能，可以实现 1对 1或是 1对 6的无线通信。（8）可与 nRF24XX 系列无线射频芯片兼容。 （9）具有 SPI 总线接口 功能。4 硬件电路本无线数据通信系统主要由 STC89C52 单片机， nRF24L01 无线收发芯片， ASM1117 稳压电路 （因 nRF24L01 无线收发芯片工作于 3.3V电压下），RS232串口电路（主要 用于程序的下载及调试） ，复位电路，及外设晶振电路组成。4.1 无线收发电路STC89C52单片机采用模拟 SPI接口总线的

6、方式实现对 无线收发芯片 nRF24L01 传输控制字，配置其工作状态及传 输数据，同时也通过此接口读取 nRF24L01 无线收发芯片的 工作状态并根据状态信息对其进行相应控制。主要做法是将 nRF24L01无线收发芯片的 CE （芯片模式控制线）、CSN（ SPI 片选使能）、SCK（ SPI时钟信号）、MOSI （主机输出从机输入)、MISO (主机输入从机输出)、IRQ (中断)分别与STC89C52 单片机的 P1.1、 P1.2 、 P1.7、 P1.5、 P1.6 及 P1.3 引脚相连。模拟出 SPI 总线接口。其电路原理图如 2 所示：4.2 串口通信电路设计将信号经 MAX

7、232 电平转换，再通过 RS232 总线可将 数据从无线系统传输到 PC 机，同时也可反向将数据从 PC 机传递到无线系统，此串口还可以用于程序的下载及调试。 串口通信电路如图 3 所示。4.3 电源转换电路本系统选取的无线模块 nRF24L01的工作电压为1.93.6V。所以本系统选取 3.3V的直流电源为无线模块进行供 电。此 3.3V 直流电源是通过 ASM1117 稳压芯片转换得到的， 其电源转换电路如图 4 所示。5 软件设计 系统软件设计的第一步是对芯片的初始化，使能芯片， 将 CSN 置低，配置 nRF24L01 芯片各寄存器。 主要配置如下：( 1 )写发送节点的地址。 (

8、2)写接收节点的地址。 ( 3)使 能自动应答。 ( 4)使能接收数据通道。 ( 5)配置自动重发次 数。( 6)选择通信频道。 ( 7)配置低噪放大器增益、无线速 率及发射功率。 ( 8)配置有效数据宽度。()配置芯片工作模式。其中主要的是配置 RF24L01 芯片的工作模式， 主要是通 过改变 CE 引脚及配置寄存器 CONFIG 中的 PWR_UP 位的 高低电平来切换工作状态。具体工作模式如表 1。发送模块或接收模块检测到其发送缓冲区或接收缓冲 区有数据后。 将会启动发送或接收模式。 将数据发出或接收。 将会出现三种情况将IRQ引脚拉低：（1） Tx FIFO发送数据 完成并且收到应答

9、信号， TX_DS 位置高。（ 2） Rx FIFO 收到 数据， RX_DR 位置高。（ 3）达到最大重发次数， MAX_RT 位置高。中断产生后，通知 MCU 做出相应处理。同时无线 收发模块进入待机模式。nRF24L01 数据的收发主要是通过 SPI 总线接口实现的， 而本系统是通过 STC89C52 单片机的 P1 口模拟出 SPI 接口。 SPI 接口主要工作是当无线收发芯片在配置模式下时通过此 接口配置 nRF24L01 各寄存器，设定工作参数或当无线收发 芯片在接收或发送模式下时，单片机通过 SPI 接口发送及接 收数据。6 结语本文主要介绍了基于 STC89C52 单片机和 nRF24L01 无 线收发芯片设计的一款无线数据通信系统。给出了系统结构 组成，硬件电路，及部分关键软件代码。该系统结构简单， 且功能实现简易。 可应用于无线遥