無線遙控設計——電子工程系“電創杯”競賽論文

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1、電子工程系第三屆“電創杯”競賽論文無線遙控組號：39參賽隊員：李國化 夏九 楊振雷無線遙控設計一、 總體概述：本系統有六大部分組成分PS/2電腦鍵盤控制部分、雙單片機控制部分、無線數字收發部分、攝相頭采集部分、高頻放大發射部分、電視觀察接收信號圖像部分。二、 題目分析及方案論證：本題中要求發射大于10米，且多通道。所以可采用高頻無線數字收發模塊。如NRF 系列數字收發模塊?？蛇x用單片機給數字模塊進行控制和配置寄存器，及用SPI給數字模塊發送數據。1 、NRF系列數字收發模塊選擇方案論證1.1 NRF401可以達到題目要求 所設計的無線數傳模塊由單片射頻收發芯片nRF401、AT89C52微控制

2、器和MAX3316接口芯片構成，工作在433.92434.33MHz頻段； nRF401是北歐集成電路公司（NORDIC）的產品，是一個為433MHz ISM頻段設計的真正單片UHF無線收發芯片，滿足歐洲電信工業標準（ETSI）EN300 200-1 V1.2.1。它采用FSK調制解調技術，最高工作速率可以達到20K，發射功率可以調整，最大發射功率是+10dBm。nRF401的天線接口設計為差分天線，以便于使用低成本的PCB天線。它要求非常少的外圍元件（約10個），無需聲表濾波器、變容管等昂貴的元件，只需要便宜且易于獲得的4MHz晶體，收發天線合一。無需進行初始化和配置，不需要對數據進行曼徹斯

3、特編碼，有兩個工作頻寬（433.92/434.33MHz）,工作電壓范圍可以從2.7-5V，還具有待機模式，可以更省電和高效。 nRF401無線收發芯片的結構框圖如圖1所示：內部結構可分為發射電路、接收電路、模式和低功耗控制邏輯電路及串行接口幾部分。發射電路包含有：射頻功率放大器、鎖相環（PLL），壓控振蕩器（VCO），頻率合成器等電路?；鶞收袷幤鞑捎猛饨泳w振蕩器，產生電路所需的基準頻率。 其主要特性如下: 工作頻率為國際通用的數傳頻段 FSK調制，抗干擾能力強，特別適合工業控制場合； 采用PLL頻率合成技術，頻率穩定性極好； 靈敏度高，達到-105dBm（nRF401）； 功耗小，接收狀態

4、250 A，待機狀態僅為8 A（nRF401）； 最大發射功率達 +10dBm ； 低工作電壓（2.7V），可滿足低功耗設備的要求； 具有多個頻道，可方便地切換工作頻率 ； 工作速率最高可達20Kbit/s（RF401）； 僅外接一個晶體和幾個阻容、電感元件，基本無需調試； 因采用了低發射功率、高接收靈敏度的設計，使用無需申請許可證，開闊地的使用距離最遠可達1000米 (與具體使用環境及元件參數有關)。TX與RX之間的切換 當從RX切換到TX模式時,數據輸入腳(DIN)必須保持為高至少1ms才能收發數據。當從TX切換到RX時，數據輸出腳（DOUT）要至少3ms以后有數據輸出。 Standby與

5、RX之間的切換 從待機模式到接收模式，當PWR_UP輸入設成1時，經過tSR時間后,DOUT腳輸出數據才有效。對 nRF401來說，tST最長的時間是3ms。 從待機模式到發射模式，所需穩定的最大時間是tST。 Power Up與TX間的切換 從加電到發射模式過程中，為了避免開機時產生干擾和輻射，在上電過程中TXEN的輸入腳必須保持為低，以便于頻率合成器進入穩定工作狀態。當由上電進入發射模式時，TXEN必須保持1ms以后才可以往DIN發送數據。 從上電到接收模式過程中，芯片將不會接收數據，DOUT也不會有數據輸出，直到電壓穩定達到2.7V以上，并且至少保持5ms。如果采用外部振蕩器，這個時間可

6、以縮短到3ms。 在實際應用中，微控制器采用Atmel公司的AT89C52，分別用單片機的P1口各管腳控制nRF401的DIN、DOUT、TXEN、PWRUP、CS這五個腳即可。 接口芯片采用美信公司的RS232轉換芯片MAX3316，完成單片機和計算機RS232接口的電平轉換及數據發送、接收、請求、清除功能。在nRF401芯片使用時，設定好工作頻率，進入正常工作狀態后，通過單片機根據需要進行收發轉換控制，發送接收數據或進行狀態轉換。在設計程序時，要注意各狀態轉換的時延。nRF401的通訊速率最高為20kbit/s，發送數據之前需將電路置于發射模式；接收模式轉換為發射模式的轉換時間至少為1ms

7、；可以發送任意長度的數據；發射模式轉換為接收模式的轉換時間至少為3ms。在待機模式時，電路進入待機狀態，電路不接收和發射數據。待機模式轉換為發射模式的轉換時間至少為4ms；待機模式轉換為接收模式的轉換時間至少為5.0ms。這里給出系統和程序的工作流程圖 1.2 單片射頻收發器nRF905也可達到要求 nRF905是挪威Nordic VLSI公司推出的單片射頻收發器，工作電壓為1.93.6V，32引腳QFN封裝(5由頻率合成器、接收解調器、功率放大器、晶體振蕩器和調制器組成，不需外加聲表濾波器， ShockBurstTM工作模式，自動處理字頭和CRC(循環冗余碼校驗)，使用SPI接口與微控制器通

8、信，配置非常方便。此外，其功耗非常低，以-10dBm的輸出功率發射時電流只有11mA，工作于接收模式時的電流為12.5mA，內建空閑模式與關機模式，易于實現節能。nRF905適用于無線數據通信、無線報警及安全系統、無線開鎖、無線監測、家庭自動化和玩具等諸多領域。NRF905比NRF401先進多了。能充分滿足題目要求。2. 芯片結構、引腳介紹及工作模式 nRF905片內集成了電源管理、晶體振蕩器、低噪聲放大器、頻率合成器功率放大器等模塊，曼徹斯特編碼/解碼由片內硬件完成，無需用戶對數據進行曼徹斯特編碼，因此使用非常方便。nRF905的詳細結構如圖1所示。2.2引腳介紹 表1：nRF905引腳 n

9、RF905有兩種工作模式和兩種節能模式。兩種工作模式分別是ShockBurstTM接收模式和ShockBurstTM發送模式，兩種節能模式分別是關機模式和空閑模式。nRF905的工作模式由TRX_CE、TX_EN和PWR_UP三個引腳決定，詳見表2。2.1ShockBurstTM模式與射頻數據包有關的高速信號處理都在nRF905片內進行，數據速率由微控制器配置的SPI接口決定，數據在微控制器中低速處理，但在nRF905中高速發送，因此中間有很長時間的空閑，這很有利于節能。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頻數據發射速率。在ShockBur

10、stTM接收模式下，當一個包含正確地址和數據的數據包被接收到后，地址匹配(AM)和數據準備好(DR)兩引腳通知微控制器。在ShockBurstTM發送模式，nRF905自動產生字頭和CRC校驗碼，當發送過程完成后，數據準備好引腳通知微處理器數據發射完畢。由以上分析可知，nRF905的ShockBurstTM收發模式有利于節約存儲器和微控制器資源，同時也減小了編寫程序的時間。下面具體詳細分析nRF905的發送流程和接收流程。2.2發送流程 典型的nRF905發送流程分以下幾步：接口的速率在通信協議和器件配置時確定；B. 微控制器置高TRX_CE和TX_EN，激發nRF905的ShockBurst

11、TM發送模式；C. nRF905的ShockBurstTM發送：l 數據打包(加字頭和CRC校驗碼)；2 發送數據包；3 當數據發送完成，數據準備好引腳被置高；D. AUTO_RETRAN被置高，nRF905不斷重發，直到TRX_CE被置低；E. 當TRX_CE被置低，nRF905發送過程完成，自動進入空閑模式。ShockBurstTM工作模式保證，一旦發送數據的過程開始，無論TRX_EN和TX_EN引腳是高或低，發送過程都會被處理完。只有在前一個數據包被發送完畢，nRF905才能接受下一個發送數據包。2.3接收流程A. 當TRX_CE為高、TX_EN為低時，nRF905進入ShockBurs

12、tTM接收模式；B. 650us后，nRF905不斷監測，等待接收數據；C. 當nRF905檢測到同一頻段的載波時，載波檢測引腳被置高；D. 當接收到一個相匹配的地址，地址匹配引腳被置高；E. 當一個正確的數據包接收完畢，nRF905自動移去字頭、地址和CRC校驗位，然后把數據準備好引腳置高F. 微控制器把TRX_CE置低，nRF905進入空閑模式；G. 微控制器通過SPI口，以一定的速率把數據移到微控制器內；H. 當所有的數據接收完畢，nRF905把數據準備好引腳和地址匹配引腳置低；I. nRF905此時可以進入ShockBurstTM接收模式、ShockBurstTM發送模式或關機模式。當

13、正在接收一個數據包時，TRX_CE或TX_EN引腳的狀態發生改變，nRF905立即把其工作模式改變，數據包則丟失。當微處理器接到地址匹配引腳的信號之后，其就知道nRF905正在接收數據包，其可以決定是讓nRF905繼續接收該數據包還是進入另一個工作模式。2.4節能模式 nRF905的節能模式包括關機模式和節能模式。 在關機模式，nRF905的工作電流最小，一般為2.5uA。進入關機模式后，nRF905保持配置字中的內容，但不會接收或發送任何數據。 空閑模式有利于減小工作電流，其從空閑模式到發送模式或接收模式的啟動時間也比較短。在空閑模式下，nRF905內部的部分晶體振蕩器處于工作狀態。nRF9

14、05在空閑模式下的工作電流跟外部晶體振蕩器的頻率有關。2.5 器件配置所有配置字都是通過SPI接口送給nRF905。SIP接口的工作方式可通過SPI指令進行設置。當nRF905處于空閑模式或關機模式時，SPI接口可以保持在工作狀態。2.6SPI接口配置 SPI接口由狀態寄存器、射頻配置寄存器、發送地址寄存器、發送數據寄存器和接收數據寄存器5個寄存器組成。狀態寄存器包含數據準備好引腳狀態信息和地址匹配引腳狀態信息；射頻配置寄存器包含收發器配置信息，如頻率和輸出功能等；發送地址寄存器包含接收機的地址和數據的字節數；發送數據寄存器包含待發送的數據包的信息，如字節數等；接收數據寄存器包含要接收的數據的

15、字節數等信息。2.7射頻配置射頻配置寄存器和內容如表3所示： 表3：射頻配置寄存器射頻寄存器的各位的長度是固定的。然而，在ShockBurstTM收發過程中，TX_PAYLOAD、RX_PAYLOAD、TX_ADDRESS和RX_ADDRESS 4個寄存器使用字節數由配置字決定。nRF905進入關機模式或空閑模式時，寄存器中的內容保持不變。2.8 應用電路nRF905在使用中，根據不同需要，其電路圖不盡相同，圖2所示為典型的應用原理圖，該電路天線部分使用的是50單端天線。在nRF905的電路板設計中，也可以使用環形天線，把天線布在PCB板上，這可減小系體積。 3. NRF2401芯片是2.4G

16、高頻無線數字收發模塊 nRF2401是單片射頻收發芯片，工作于2.42.5GHz ISM頻段，芯片內置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器和調制器等功能模塊，輸出功率和通信頻道可通過程序進行配置。芯片能耗非常低，以-5dBm的功率發射時，工作電流只有10.5mA，接收時工作電流只有18mA，多種低功率工作模式，節能設計更方便。其DuoCeiverTM技術使nRF2401可以使用同一天線，同時接收兩個不同頻道的數據。nRF2401適用于多種無線通信的場合，如無線數據傳輸系統、無線鼠標、遙控開鎖、遙控玩具等。2401無線收發一體芯片和藍牙一樣，都工作在自由頻段，能夠在全球無線市場暢通無阻。2401支

17、持多點間通信，最高傳輸速率超過1MBit，而且比藍牙具有更高的傳輸速度。它采用方法設計，只需少量外圍元件便可組成射頻收發電路。與藍牙不同的是，nRF 2401沒有復雜的通信協議，它完全對用戶透明，同種產品之間可以自由通信。更重要的是，nRF 2401比藍牙產品更便宜。所以nRF 2401是業界體積最小、功耗最少、外圍元件最少的低成本射頻系統級芯片。3.1. 芯片結構、引腳說明nRF2401內置地址解碼器、先入先出堆棧區、解調處理器、時鐘處理器、GFSK濾波器、低噪聲放大器、頻率合成器，功率放大器等功能模塊，需要很少的外圍元件，因此使用起來非常方便。QFN24引腳封裝，外形尺寸只有55mm。nR

18、F2401的功能模塊如圖1所示。3.2芯片結構作模式工nRF2401有工作模式有四種：收發模式、配置模式、空閑模式和關機模式。nRF2401的工作模式由PWR_UP 、CE、TX_EN和CS三個引腳決定，詳見表2。 表2：nRF2401工作模式 3.3 收發模式nRF2401的收發模式有ShockBurstTM收發模式和直接收發模式兩種，收發模式由器件配置字決定，具體配置將在器件配置部分詳細介紹。3.4.ShockBurstTM收發模式ShockBurstTM收發模式下，使用片內的先入先出堆棧區，數據低速從微控制器送入，但高速(1Mbps)發射，這樣可以盡量節能，因此，使用低速的微控制器也能得

19、到很高的射頻數據發射速率。與射頻協議相關的所有高速信號處理都在片內進行，這種做法有三大好處：盡量節能；低的系統費用(低速微處理器也能進行高速射頻發射)；數據在空中停留時間短，抗干擾性高。nRF2401的ShockBurstTM技術同時也減小了整個系統的平均工作電流。在ShockBurstTM收發模式下，nRF2401自動處理字頭和CRC校驗碼。在接收數據時，自動把字頭和CRC校驗碼移去。在發送數據時，自動加上字頭和CRC校驗碼，當發送過程完成后，數據準備好引腳通知微處理器數據發射完畢。3.4.1 ShockBurstTM發射流程接口引腳為CE，CLK1，DATAA. 當微控制器有數據要發送時，

20、其把CE置高，使nRF2401工作；B. 把接收機的地址和要發送的數據按時序送入nRF2401；C. 微控制器把CE置低，激發nRF2401進行ShockBurstTM發射；D. nRF2401的ShockBurstTM發射 給射頻前端供電； 射頻數據打包(加字頭、CRC校驗碼)； 高速發射數據包； 發射完成，nRF2401進入空閑狀態。3.4.2 ShockBurstTM接收流程 接口引腳CE、DR1、CLK1和DATA(接收通道1)A. 配置本機地址和要接收的數據包大??；B. 進入接收狀態，把CE置高；C. 200us后，nRF2401進入監視狀態，等待數據包的到來；D. 當接收到正確的數

21、據包(正確的地址和CRC校驗碼)，nRF2401自動把字頭、地址和CRC校驗位移去；E. nRF2401通過把DR1(這個引腳一般引起微控制器中斷)置高通知微控制器；F. 微控制器把數據從nRF2401移出；G. 所有數據移完，nRF2401把DR1置低，此時，如果CE為高，則等待下一個數據包，如果CE為低，開始其它工作流程。3.5.1直接收發模式在直接收發模式下，nRF2401如傳統的射頻收發器一樣工作。3.5.2直接發送模式接口引腳為CE、DATAA. 當微控制器有數據要發送時，把CE置高；B. nRF2401射頻前端被激活；C. 所有的射頻協議必須在微控制器程序中進行處理(包括字頭、地址

22、和CRC校驗碼)。3.5.3直接接收模式接口引腳為CE、CLK1和DATAA. 一旦nRF2401被配置為直接接收模式，DATA引腳將根據天線接收到的信號開始高低變化(由于噪聲的存在)；B. CLK1引腳也開始工作；C. 一旦接收到有效的字頭，CLK1引腳和DATA引腳將協調工作，把射頻數據包以其被發射時的數據從DATA引腳送給微控制器；D. 這頭必須是8位；E. DR引腳沒用上，所有的地址和CRC校驗必須在微控制器內部進行。 3.5.4 配置模式在配置模式，15字節的配置字被送到nRF2401，這通過CS、CLK1和DATA三個引腳完成，具體的配置方法請參考本文的器件配置部分。3.5.5 空

23、閑模式nRF2401的空閑模式是為了減小平均工作電流而設計，其最大的優點是，實現節能的同時，縮短芯片的起動時間。在空閑模式下，部分片內晶振仍在工作，此時的工作電流跟外部晶振的頻率有關，如外部晶振為4MHz時工作電流為12uA，外部晶振為16MHz時工作電流為32uA。在空閑模式下，配置字的內容保持在nRF2401片內。3.5.6 關機模式在關機模式下，為了得到最小的工作電流，一般此時的工作電流小于1uA。關機模式下，配置字的內容也會被保持在nRF2401片內，這是該模式與斷電狀態最大的區別。3.6. 器件配置nRF2401的所有配置工作都是通過CS、CLK1和DATA三個引腳完成，把其配置為S

24、hockBurstTM收發模式需要15字節的配置字，而如把其配置為直接收發模式只需要2字節的配置字。由上文對nRF2401工作模式的介紹，我們可以知道，nRF2401一般工作于ShockBurstTM收發模式，這樣，系統的程序編制會更加簡單，并且穩定性也會更高，因此，下文著重介紹把nRF2401配置為ShockBurstTM收發模式的器件配置方法。ShockBurstTM的配置字使nRF2401能夠處理射頻協議，在配置完成后，在nRF2401工作的過程中，只需改變其最低一個字節中的內容，以實現接收模式和發送模式之間切換。ShockBurstTM的配置字可以分為以下四個部分：數據寬度：聲明射頻數

25、據包中數據占用的位數。這使得nRF2401能夠區分接收數據包中的數據和CRC校驗碼；地址寬度：聲明射頻數據包中地址占用的位數。這使得nRF2401能夠區分地址和數據；地址：接收數據的地址，有通道1的地址和通道2的地址；CRC：使nRF2401能夠生成CRC校驗碼和解碼。當使用nRF2401片內的CRC技術時，要確保在配置字中CRC校驗被使能，并且發送和接收使用相同的協議。nRF2401配置字的各個位的描述如表3所示。在配置模式下，注意保證PWR_UP引腳為高電平，CE引腳為低電平。配置字從最高位開始，依次送入nRF2401。在CS引腳的下降沿，新送入的配置字開始工作。3.7. 應用電路圖2為n

26、RF2401的應用電路，由圖可知，其只需要14個外圍元件。nRF2401應用電路一般工作于3V，它可用多種低功耗微控制器進行控制。在設計過程中，設計者可使用單鞭天線或環形天線，上圖為50歐姆單鞭天線的應用電路。在使用不同的天線時，為了得到盡可能大的收發距離，電感電容的參數應適當調整。3.6. PCB設計PCB設計對nRF2401的整體性能影響很大，所以PCB設計在nRF2401收發系統的開發過程中主要的工作之一，在PCB設計時，必須考慮到各種電磁干擾，注意調整電阻、電容和電感的位置，特別要注意電容的位置。nRF2401的PCB一般都是雙層板，底層一般不放置元件，為地層，頂層的空余地方一般都敷上

27、銅，這些敷銅通過過孔與底層的地相連。直流電源及電源濾波電容盡量靠近VDD引腳。nRF2401的供電電源應通過電容隔開，這樣有利于給nRF2401提供穩定的電源。在PCB中，盡量多打一些通孔，使頂層和底層的地能夠充分接觸。4.三種方案比較論證 nRF401工作速率最高達20Kbit/s應用時偏低。 接口芯片采用美信公司的RS232轉換芯片MAX3316，完成單片機和計算機RS232接口的電平轉換及數據發送、接收、請求、清除功能。在nRF401芯片使用時，設定好工作頻率，進入正常工作狀態后，通過單片機根據需要進行收發轉換控制，發送接收數據或進行狀態轉換。在設計程序時，要注意各狀態轉換的時延。通信協

28、議的設計nRF401是程序繁雜難以在短時間內調試好。平時大多數情況下應處于關閉狀態，由于無線部分硬件上是不具備自動喚醒功能的，為了達到節能的目的，必須通過軟件方式采用合理的通信協議以保證節能同時不丟失數據。接收模式轉換為發射模式的轉換時間至少為1ms；可以發送任意長度的數據；發射模式轉換為接收模式的轉換時間至少為3ms。在待機模式時，電路進入待機狀態，電路不接收和發射數據。待機模式轉換為發射模式的轉換時間至少為4ms；待機模式轉換為接收模式的轉換時間至少為5.0ms。延時問題也需要程序彌補不好調試。 nRF905工作速率最高達100Kbit/s,頻道之間的轉換時間小于650us。與射頻數據包有

29、關的高速信號處理都在nRF905片內進行，數據速率由微控制器配置的SPI接口決定，數據在微控制器中低速處理，但在nRF905中高速發送，因此中間有很長時間的空閑，這很有利于節能。與nRF401相比與相當大的改進。當微控制器有數據要發送時，通過SPI接口，按時序把接收機的地址和要發送的數據送傳給nRF905，SPI接口的速率在通信協議和器件配置時確定；微控制器置高TRX_CE和TX_EN，激發nRF905的ShockBurstTM發送模式；射頻寄存器自動開啟；數據打包(加字頭和CRC校驗碼)；發送數據包；當數據發送完成，數據準備好引腳被置高；當數據發送完成，數據準備好引腳被置高當TRX_CE被置

30、低，nRF905發送過程完成，自動進入空閑模式。ShockBurstTM工作模式保證，一旦發送數據的過程開始，無論TRX_EN和TX_EN引腳是高或低，發送過程都會被處理完。只有在前一個數據包被發送完畢，nRF905才能接受下一個發送數據包。nRF2401芯片內置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器和調制器等功能模塊，輸出功率和通信頻道可通過程序進行配置。芯片能耗非常低，以-5dBm的功率發射時，工作電流只有10.5mA，接收時工作電流只有18mA，多種低功率工作模式，節能設計更方便。其DuoCeiverTM技術使nRF2401可以使用同一天線，同時接收兩個不同頻道的數據。nRF2401內置地址

31、解碼器、先入先出堆棧區、解調處理器、時鐘處理器、GFSK濾波器、低噪聲放大器、頻率合成器，功率放大器等功能模塊，需要很少的外圍元件，因此使用起來非常方便。該器件有125個頻點，能夠實現點對點、點對多點的無線通信，同時可采用改頻和跳頻來避免干擾。2401最大傳輸速率可達1Mbit/s，其最大發射功率為-5，在比較理想環境中，其室內傳輸距離可達5090米，室外傳輸距離可達100-200米。2401的靈敏度為90，工作電壓為1.93.3，工作溫度范圍為4080。在ShockBurstTM收發模式下，nRF2401自動處理字頭和CRC校驗碼。在接收數據時，自動把字頭和CRC校驗碼移去。在發送數據時，自

32、動加上字頭和CRC校驗碼，當發送過程完成后，數據準備好引腳通知微處理器數據發射完畢。1 ShockBurstTM發射流程接口引腳為CE，CLK1，DATAA. 當微控制器有數據要發送時，其把CE置高，使nRF2401工作；B. 把接收機的地址和要發送的數據按時序送入nRF2401；C. 微控制器把CE置低，激發nRF2401進行ShockBurstTM發射；D. nRF2401的ShockBurstTM發射1 給射頻前端供電；2 射頻數據打包(加字頭、CRC校驗碼)；3 高速發射數據包；4 發射完成，nRF2401進入空閑狀態。2 ShockBurstTM接收流程接口引腳CE、DR1、CLK1

33、和DATA(接收通道1)A. 配置本機地址和要接收的數據包大??；B. 進入接收狀態，把CE置高；C. 200us后，nRF2401進入監視狀態，等待數據包的到來；D. 當接收到正確的數據包(正確的地址和CRC校驗碼)，nRF2401自動把字頭、地址和CRC校驗位移去；E. nRF2401通過把DR1(這個引腳一般引起微控制器中斷)置高通知微控制器；F. 微控制器把數據從nRF2401移出；有空閑模式降低功耗，發送數據打包，G. 所有數據移完，nRF2401把DR1置低，此時，如果CE為高，則等待下一個數據包，如果CE為低，開始其它工作流程。3.直接發送模式接口引腳為CE、DATAA. 當微控制

34、器有數據要發送時，把CE置高；B. nRF2401射頻前端被激活；C. 所有的射頻協議必須在微控制器程序中進行處理(包括字頭、地址和CRC校驗碼)。4.直接接收模式接口引腳為CE、CLK1和DATAA. 一旦nRF2401被配置為直接接收模式，DATA引腳將根據天線接收到的信號開始高低變化(由于噪聲的存在)；B. CLK1引腳也開始工作；C. 一旦接收到有效的字頭，CLK1引腳和DATA引腳將協調工作，把射頻數據包以其被發射時的數據從DATA引腳送給微控制器；D. 這頭必須是8位；E. DR引腳沒用上，所有的地址和CRC校驗必須在微控制器內部進行。nRF2401通過ShockBurstTM收發

35、模式進行無線數據發送，收發可靠度高?？偨Y：nRF401電路焊接多、程序繁雜，調試不好實現，發送頻率低，頻道轉換時間長，容易丟數據包，出錯率高。所以不選用nRF401。nRF905 發送頻率可以，由微控制口SPI寫發送數據，ShockBurstTM發送模式；射頻寄存器自動開啟；數據打包(加字頭和CRC校驗碼)；發送數據包；當數據發送完成，數據準備好引腳被置高；當數據發送完成，數據準備好引腳被置高當TRX_CE被置低，nRF905發送過程完成，自動進入空閑模式?？墒莕RF905的微控制器配置的SPI及寄存器配置繁雜給系統調試帶來麻煩。射頻寄存器的各位的長度是固定所有信息都有SPI來實現。所以不選用

36、nRF905。nRF2401發射功率大，本身功耗低，靈敏度高，并且有nRF905的所有優越性的無線數字收發性能，且使我們的系統調試更加快速。也是與整個系統匹配的最佳選擇。它的直接發送模式和直接接收模式是優于其它模塊的特色。所以最終選擇nRF2401。結果也證明了nRF2401確實是實現無線數字收發的可靠選擇。四、硬件系統設計：1、硬件控制系統PS/2電腦鍵盤89C2051Max23289S52單片機PS/2電腦鍵盤因為整個系統需要控制的鍵許多。十六個通道，兩個電機控制，發送數據等控制鍵很多，所以不用單鍵及小鍵盤，通過鍵盤編碼傳給89S52單片機，然后89S52與89C2051經過Max232實

37、現單片機與單片機串行通信。如圖示：這樣設計增加控制鍵又省去了不必要的設計麻煩。 2、微控制系統單片機之間實現串行通信 選擇89S52是因為它可通過Max232與電腦通信可觀測單片機發送的數據，可以對設計串行通信發送的數據分析和改進程序。就是因為89S52這些功能才使整個系統可以應用PS/2電腦鍵盤。 利用兩個單片機是因為兩個CPU可以提高工作效率。另外NRF2401的工作電壓小于單片機的工作電壓而89C2051可低電壓工作。所以用89C2051實現微控制對NRF2401控制及傳送數據。同時也降低了功耗，串行通信的程序中有校驗程序，從而避免了錯碼，使NRF2401發送的數據完全正確。只有無錯碼才

38、能達到無線遙控的操作正確，這樣才能提高整個系統的性能。 3、無線數字發射系統利用89C2051對NRF2401傳送數據和對NRF2401寄存器配置，以及對NRF2401的控制。從而實現無線數字發射4、無線數字接受系統 與無線數字發射系統相似用NRF2401接受數據包傳給89C2051，再由89C2051與89S52 串行通信傳遞數據，經89S52解碼后選擇相應通道。如圖所示：選擇顯示相應通道工作89S52單片機NRF2401接收到數據89C2051單片機5通道顯示系統顯示用大型號發光二極管顯示。89S526攝相頭采集系統 攝相頭前后及左右旋轉89S52控制信號電機轉動天線發 射2射高頻放大攝相

39、頭采集圖象 電機驅動芯片此功能是無線遙控拓展，是實現更好的無線遙控必然趨勢。由此項高級功能才能完備整個系統的安全、無誤的進行工作。 7監控系統設計 利用小電視機對攝相頭采集、發射的圖象進行接受。如圖示： 圖象接收發射電視監控圖像顯示89S52單片機串行口通信89C2051單片機NRF2401數字收發模塊PS/2電腦鍵盤 8時鐘顯示系統 無論工作在什么地方都需要有時間顯示，在本系統中電子鐘是本系統的輔助單元?？梢允拐麄€大的系統更有合理的應用價值。為操作者提供舒適環境。本系統用單片機控制，七位共陽極數碼管顯示有74LS04，74LS07進行驅動，且可調時等功能。 9 總結；整個的系統可用下列圖示說

40、明：發射部分：圖象接收發射NRF2401數字收發模塊89C2051單片機串行口通信89S52單片機PS/2電腦鍵盤電視監控圖像顯示接受部分監控圖象發射攝相頭左右旋轉前進后退十六通道顯示89S52單片機串行口通信89C2051單片機NRF2401數字收發模塊接收五、軟件系統設計： 本系統主要是三大部分：單片機與單片機串行通信程序，對PS/2鍵盤編碼及譯碼程序，單片機對nRF2401的控制及傳遞數據程序。1單片機與單片機串行通信程序2對PS/2鍵盤編碼及譯碼程序3單片機對nRF2401的控制及傳遞數據程序。六、功能測試及結果分析：七、參考書目：黃智偉 編著 無線數字收發電路設計電路原理與應用實例周

41、立功 等編著速成與實踐增強型80C51單片機黃智偉 等編著 訓練教程全國大學生電子設計競賽 附錄：部分程序1. 1單片機對nRF2401的控制及傳遞數據程序#include /腳的定義#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/測試用nRF2401寄存器數據const unsigned test_confi

42、g18= 0x8e,0x08,0x1e, 0x08,0x08, 0xaa,0xbb,0xcc,0xdd,0xee, 0xaa,0xbb,0xcc,0xdd,0xee, 0xa3,0x2f, 0x64 ;/RF2401寄存器數據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;unsign

43、ed char task_switch;unsigned char get_tx_data_for_pc();void system_init(void);void 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);/系統初始化void system_init(void) unsigned char i; PWR_UP=0; CE=0; CS=0; CLK1=0; DATA=0; for(i=0;i0) i=data_buf&j; if(i=0) DATA=0; else DATA=