综合电子电路设计与调试教案.ppt

1、综合电子电路设计与调试,面向无线通信的综合电子电路 通信08,实验目的,学习51单片机基本应用系统的设计 学习液晶显示器1602的应用 学习矩阵式键盘的设计和应用 学习温度传感器18B20应用 学习无线收发模块nRF24L01的应用 学习C51软件编程,实验内容,设计和实现面向无线通信的综合电子电路实验，原理框图如下：,实验内容,基本实验内容 LCD液晶显示 键盘阵列扫描及编码 温度传感器的温度采集 数据的无线发送及接收 扩展实验内容 远程温度LED报警显示 通过继电器控制的各类电器应用 学生自命题的实验内容 基本实验内容为必做部分，扩展实验内容可以引导学生发挥自己的想象力，制作类似家庭网关类

2、的电器控制类应用。本次实验要求完成基本部分，也就是框图中的无线发射端，实现无线收发数据。,实验要求,(1) PROTEUS软件仿真方式实现键盘、液晶显示、温度采集 (2)制作PROTEL原理图和PCB图 (3)两人一组制板、调试、编程 (4)实验报告,实验安排,设计任务要求及原理分析 8学时 电路设计与仿真 8学时 PROTEL电路原理图、PCB图绘制 8学时 印刷板制作 4学时 安装焊接 4学时 硬件调试 4学时 软件调试 8学时 综合调试 4学时 相关硬件资料查阅、软件编程及实验报告课外完成,任务安排,2011.11.14 周一 晚上 (1)系统介绍、C51介绍 (2)1602液晶显示器介

3、绍 (3)矩阵键盘介绍 (4)18B20温度传感器介绍 (5)PROTEUS软件仿真实现按键、显示和温度采集,任务安排,2011.11.15 周二 上午 (1) PROTEUS软件仿真实现按键、显示和温度采集 (2)检查仿真功能实现情况 (3)用PROTEL制作电路原理图 (4)用PROTEL制作PCB图(小于13*10CM),任务安排,2011.11.16 周五 上午 (1)发PCB板和材料 (2)继续用PROTEL制作电路原理图 (3)继续用PROTEL制作PCB图 (4)检查PROTEL原理图和PCB图,任务安排,2011.11.16 周五 下午 (1)两人一组制板 (2)焊接电路 (3

4、)测试电路,任务安排,2011.11.16 周五 晚上 (1)NRF24L01模块介绍 (2)无线实现功能要求说明 2011.11.21 周一 晚上 NRF24L01无线模块调试,任务安排,2011.11.22 周二 上午 系统统调 2011.11.23 周三 下午 作品验收,面向无线通信的综合电子电路设计要求,设计基于nRF2401无线模块实现的无线收发系统。通过设置相同的无线地址和频率，实现在两块系统间无线收发温度数据，并从液晶显示器显示出来。 具体要求如下：,面向无线通信的综合电子电路设计要求,1.通过按键设置无线模块收发地址。可选择默认地址和手动输入地址。手动输入地址5个字节。 2.通

5、过按键设置无线模块工作频率2400Mhz-2525Mhz。 3.通过按键设置接收、发送模式。 4.上述操作液晶需显示提示。,面向无线通信的综合电子电路设计要求,5.设置完毕，两块分别设置为接收和发送模式的系统实现无线收发温度数据，并通过液晶实时显示出来。 6.接收模式、发送模式有指示灯提示。,2020/9/22,综合电子电路设计与调试,16,面向无线通信的综合电子电路设计要求,7.键盘布局,系统硬件设计,设计基于nRF2401无线模块实现的无线收发系统。主要包括AT89C52单片机、LCD1602液晶、4*4矩阵键盘、18B20温度传感器、 nRF2401无线模块四部分。,系统硬件框图,AT8

6、9C52,P0,矩阵键盘,1602液晶显示器,P2,DS18B20 温度传感器,P3.0,nRF24L01 无线模块,P1,3v供电,AT89C52外围电路设计,系统以AT89C52单片机为控制核心。其外围电路设计见右图。时钟采用11.0592Mhz的晶振，C1、C2作为微调电容。复位电路采用按键复位、上电复位一体电路，电容C3，R1的取值并不严格。31脚EA必须连接高电平，才能保证程序从片内ROM开始执行，电阻R2可以省略。,液晶显示单元电路,系统液晶选用常用的LCD1602。单元电路连接方式如右图所示。液晶采用4位数据显示方式，分别连单片机的P2.0P2.3;控制信号RS,RW,E分别与P

7、2.7P2.5相连，VSS,VDD为液晶的地和电源，+5v供电，VEE为对比度调整。部分液晶有15,16脚，为液晶背光灯的电源和地，应串入电阻或点位器限流。,键盘输入单元电路,系统采用44矩阵键盘作为输入单元。如图所示，按键的8根线与P0口相连，由于51系列单片机P0口为漏极开路结构，因而无法输出真正高电平，因此需要加上拉电阻。注意按键连线不可随意更改，否则将造成键码与按键功能不匹配，不过可以通过软件方式修正。,温度传感器及无线模块电路,系统温度检测采用一线制数字温度传感器18B20实现。其唯一数据数据线直接与P3.0相连，由于51单片机P3口内有上拉电阻，因而省去DQ的上拉电阻。D1，D2为

8、接受模式，发送模式指示灯。 图中J1为无线通信模块nRF24L01接口，采用3v供电，加入稳压管D3保护，其数据通信采用SPI串口方式，与单片机P2口相连。,系统总体电路图,系统软件设计,面向无线通信的综合电子电路软件部分由主程序、液晶显示子程序、DS18B20温度采集子程序、按键扫描子程序、无线收发子程序和延时子程序等组成。主程序以无线收发模块工作为主线，根据系统功能要求、按步骤调用各个子程序，将它们紧密组织，严密配合，从而实现系统的各项功能。,系统主程序流程,LCD1602液晶显示程序,液晶显示子程序包括了液晶初始化、液晶字节写入、液晶字符串写入、液晶显示定位等子程序。其中液晶初始化程序最

9、为关键。 以下是一个液晶初始化子程序。,液晶初始化,void LCD_init(void) LCD_write_command(0 x38);/设置8位格式，2行，5x7 LCD_write_command(0 x0c);/整体显示，关光标，不闪烁 LCD_write_command(0 x06);/设定输入方式，增量不移位 LCD_write_command(0 x01);/清除屏幕显示 delay_n40us(100);/实践证明， 用 for 循环 200 次就能可靠完成清屏指令 ,DS18B20温度采集程序,温度采集子程序调用了DS18B20初始化、读字节、写字节子程序。 以下为一例：

10、,键盘输入子程序,nRF24L01无线模块,nRF24L01是工作在2.4G频段（ ISM频段）的非标准无线射频协议无线收发专利芯片，其拥有非标准无线协议的低功耗、低成本、易开发等优良特性。,nRF24L01特点,1）126个子信道，信道间隔1MHz或者2MHz（对应发送速率1Mbps或2Mbps）。 （2）可编程输出功率：0，-6，-12，-18dB。 （3）集成信道滤波器，片上自动同步。 （4）可编程低噪声放大增益。 （5）无需额外的环路滤波器、VCO变容二极管或谐振器。 （6）支持1至32字节可变数据长度。 （7）6通道复用接收，可以组建1：6的星型网络。 （8）Standby-下电流只

11、有22uA。 （9）三个独立的32字节的发送和接收FIFO缓冲区。 （10）高级电源管理的快速启动空闲模式。 （11）自动打包、拆解数据包。,nRF24L01引脚及其说明,nRF24L01引脚及其说明,nRF24L01工作模式,nRF24L01在不同模式下的引脚功能,Enhanced ShockBurst TM收发模式,nRF24L01的收发模式又分为Enhanced ShockBurstTM收发模式、ShockBurstTM收发模式和直接收发模式三种，收发模式由器件配置字决定。 Enhanced ShockBurstTM收发模式下，使用片内的先入先出堆栈区，数据从微控制器低速送入，但高速（1

12、Mbps）发射，这样可以尽量节能。因此，使用低速的微控制器也可以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；低系统费用（低速微处理器也可以进行高速射频发射）；数据在空中停留时间短，抗干扰性强。Enhanced ShockBurstTM技术同时也减小了整个系统的平均工作电流。在Enhanced ShockBurstTM收发模式下，nRF24L01会自动处理字头和CRC校验码。在接收数据时，自动把字头和CRC校验码移除；在发送数据时，自动加上字头和CRC校验码。在发送模式下，置CE为高至少10us，则发送过程完成。,Enhanced Sh

13、ockBurst TM收发模式,nRF24L01的Enhaned ShockBurstTM提供了硬件自动重发和多通道接收的功能。自动重发功能是指发送完一个数据包后，发送方需要等待接收方的确认信号ACK，发送方只有在收到ACK后才认为本次发送成功，否则本次数据将被自动重发。自动重发的间隔和次数可以设定，最多重发5次，每次间隔最长4000us。当超过最大重发次数后，nRF24L01会通过其引脚上的电平变化给控制器提示，以进行下一步操作。这些重发动作都是nRF24L01自动完成的，无需控制器干预。 鉴于Enhaned ShockBurstTM拥有高速、节能、自动重发、多通道接收等优点，本系统设计的n

14、RF24L01收发方式也采用了Enhaned ShockBurstTM的收发模式，从而保证无线数据发送高速、可靠。,nRF24L01的寄存器指令,nRF24L01的寄存器地址,#define CONFIG 0 x00 / 配置收发状态，CRC校验模式以及收发状态响应方式 #define EN_AA 0 x01 / 自动应答功能设置 #define EN_RXADDR 0 x02 / 可用信道设置 #define SETUP_AW 0 x03 / 收发地址宽度设置 #define SETUP_RETR 0 x04 / 自动重发功能设置 #define RF_CH 0 x05 / 工作频率设置 #

15、define RF_SETUP 0 x06 / 发射速率、功耗功能设置 #define STATUS 0 x07 / 状态寄存器 #define OBSERVE_TX 0 x08 / 发送监测功能 #define CD 0 x09 / 地址检测 #define RX_ADDR_P0 0 x0A / 频道0接收数据地址 #define RX_ADDR_P1 0 x0B / 频道1接收数据地址 #define RX_ADDR_P2 0 x0C / 频道2接收数据地址 #define RX_ADDR_P3 0 x0D / 频道3接收数据地址 #define RX_ADDR_P4 0 x0E / 频道

16、4接收数据地址 #define RX_ADDR_P5 0 x0F / 频道5接收数据地址 #define TX_ADDR 0 x10 / 发送地址寄存器 #define RX_PW_P0 0 x11 / 接收频道0接收数据长度 #define RX_PW_P1 0 x12 / 接收频道0接收数据长度 #define RX_PW_P2 0 x13 / 接收频道0接收数据长度 #define RX_PW_P3 0 x14 / 接收频道0接收数据长度 #define RX_PW_P4 0 x15 / 接收频道0接收数据长度 #define RX_PW_P5 0 x16 / 接收频道0接收数据长度 #

17、define FIFO_STATUS 0 x17 / FIFO栈入栈出状态寄存器设置,nRF24L01初始化,void init_NRF24L01(void) inerDelay_us(100); CE=0; / chip enable CSN=1; / Spi disable SCK=0; / Spi clock line init high SPI_Write_Buf(WRITE_REG + TX_ADDR, TX_ADDRESS, TX_ADR_WIDTH); / 写本地地址 SPI_Write_Buf(WRITE_REG + RX_ADDR_P0, RX_ADDRESS, RX_ADR_WIDTH); / 写接收端地址/信道地址 SPI_RW_Reg(WRITE_REG + EN_AA, 0 x01); / 频道0自动ACK应答允许 SPI_RW_Reg(WRITE_REG + EN_RXADDR, 0 x01); / 允许接收地址只有频道0，如果需要多频道可以参考Page21 SPI_RW_Reg(WRITE_REG + SETUP_RETR , 0 xff); /delay:250*3+86us 5 re_transmits SPI_R