《单片机应用设计-基于单片机的433M无线通信系统》廖永斌(共49页).docx
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1、精选优质文档-倾情为你奉上学 号: 课 程 设 计题 目基于单片机的433M无线通信系统学 院专 业班 级 姓 名指导教师2018年 1月 13日单片机应用设计任务书学生姓名: 专业班级: 指导教师: 工作单位: 题 目: 基于单片机的433M无线通信系统课程设计目的:1、熟悉单片机应用系统的硬件设计及软件设计的基本方法;2、 将单片机原理与应用理论课的理论知识应用于实际的应用系统中;3、 训练单片机应用技术,锻炼实际动手能力4、 提高正确地撰写论文的基本能力。课程设计内容和要求1、 完成硬件电路的设计,其中包括单片机和CC1101模块的设计;2、 完成无线通信模块的程序设计与实现,上机运行调
2、试程序,记录实验结果(如图表等),并对实验结果进行分析和总结;3、 课程设计报告书按学校统一规范来撰写,报告主要包括以下内容:目录、摘要、关键词、基本原理、方案论证、硬件设计、软件设计(带流程图、程序清单)、仿真结果、实物运行结果照片、结论献等;4、 查阅不少于6篇参考文献。初始条件:1、 STC89C52和CC1100H模块;2、 先修课程:单片机原理与应用。时间安排:第19周,安排设计任务,完成硬件设计;第20周,完成软件设计、撰写报告,答辩。指导教师签名: 年 月 日系主任(或责任教师)签名: 年 月 日专心-专注-专业目录摘要随着通信系统信息容量的不断提高,射频技术在无线通信中占据着举
3、足轻重的位置。无线射频技术利用射频方式进行非接触双向通信,可以自动识别目标对象并获取相关数据,具有精度高、适应环境能力强、抗干扰强、操作快捷等许多优点。本文主要内容是以单片机应用技术、无线收发技术为理论基础,实现数据的无线收发及状态的显示。 首先,本文介绍了STC89C52单片机以及无线收发芯片CC1101的相关理论知识。其次本文对于要解决的实验任务,介绍了如何构建思路及方案分析。详细介绍了系统的设计方案及各个模块的器件选型和硬件电路设计,MCU部分的软件设计流程图以及无线通信模块CC1101的软件编程要点。完成了基于单片机的433M无线通信系统的设计实现。433MHz频段的优点在于无需申请频
4、段许可,采用全向天线作为发射和接收天线,在实验室环境内发射无死区。关键字:STC89C52 CC1101 433M无线通信AbstractWith the continuous improvement of information capacity of communication system, radio frequency technology plays an important role in wireless communication. Wireless rf technology using non-contact two-way communication in the fo
5、rm of radio frequency (rf) can automatically identify the target object and obtain the relevant data, has high precision, strong ability to adapt, strong anti-interference, quick operation and many other advantages. The main content of this paper is the application technology of single chip microcom
6、puter and wireless transceiver technology as the theoretical basis to realize the wireless transmission and status display of data.First of all, this paper introduces the relevant theoretical knowledge of STC89C52 single chip microcomputer and wireless transceiver chip CC1101. Secondly, this paper i
7、ntroduces how to construct train of thought and plan analysis. This paper introduces the design scheme of the system and the device selection and hardware circuit design of each module, the software design flow chart of the MCU part and the software programming key points of the wireless communicati
8、on module CC1101. The design and implementation of the 33m wireless communication system based on SCM is completed. The advantage of the 433MHz frequency band is that there is no need to apply for the band license, and the whole antenna is used as the transmitting and receiving antenna, and there is
9、 no dead zone in the laboratory environment.Key words: STC89C52 CC1101 433M wireless communication.1基本原理1.1无线通信系统无线通信就是不用导线、电缆、光纤等有线介质,而是用自由空间来传递电磁信号的通信方式。无线通信主要包括短波通信微波通信卫星通信和红外线通信。而无线收发顾名思义,就是将两块通信模块以空气为传输介质来实现发送和接收数据。发送时,通过模块中携带数据的变化高频电流,在天线上形成电磁波信号,发送出去。而接收端中,天线将接收到的电磁波信号转换为携带数据的变化高频电流。短距离无线数据传输
10、技术是作为一种无线通信的实用技术广泛应用于工业、农业以及人们日常生活中的,它是在一个单片的射频收发芯片和微控制器以及一些外围的电子器件(如电阻、电容等)构成的无线通信模块硬件电路的基础上,再配合软件上的开发,并按照命令字节的协议进行数据包的操作,便可实现其最基本的无线数据传输功能。简单的讲,只要有微控器,单片射频收发芯片以及少量的外围和显示设备就可以构成一个无线传输系统,传输系统结构如图1.1所示。外围操作和显示设备外围操作和显示设备单片射频收发芯片微控制器单片射频收发芯片微控制器 图1.1 无线传输系统结构图1.2芯片简介1.2.1单片机STC89C52STC89C52是一种低功耗、高性能的
11、CMOS 8位微控制器,具有 8K 在系统可编程Flash 存储器。在单芯片上,拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash,使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。具有以下标准功能: 8k字节Flash ROM,512字节RAM, 32 位I/O 口线,看门狗定时器,内置4KB EEPROM,MAX810复位电路,2个16 位定时器/计数器,一个6向量2级中断结构,全双工串行口。另外 STC89X52 可降至0Hz 静态逻辑操作,支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下,CPU 停止工作,允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下,RA
12、M内容被保存,振荡器被冻结,单片机一切工作停止,直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率35MHz,6T/12T可选。1.参数说明:(1)增强型8051单片机,6时钟/机器周期和12时钟/机器周期可以任意 选择,指令代码完全兼容传统8051;(2)工作电压:5.5V3.3V(5V 单片机)/3.8V2.0V(3V 单片机);(3)工作频率范围:040MHz,相当于普通8051 的080MHz,实际工作 频率可达48MHz;(4)用户应用程序空间为8K 字节;(5)片上集成512 字节RAM;(6)通用I/O 口(32个),复位后为:P0/P1/P2/P3 是准双向口/弱上拉, P0 口是漏极
13、开路输出,作为总线扩展用时,不用加上拉电阻,作为 I/O 口用时,需加上拉电阻;(7)ISP(在系统可编程)/IAP(在应用可编程),无需专用编程器,无需专用仿真器,可通过串口(RXD/P3.0,TXD/P3.1)直接下载用户程序,数秒即可完成一片;(8)具有EEPROM 功能;(9)具有看门狗功能;(10)共3个16位定时器/计数器。即定时器T0、T1、T2;(11)外部中断4 路,下降沿中断或低电平触发电路,Power Down 模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒;(12)通用异步串行口(UART),还可用定时器软件实现多个UART;(13)工作温度范围:-40+85(工业级)/075
14、(商业级);(14)PDIP 封装;2.引脚说明(1)电源引脚 VCC:+5V 电源 VSS:接地端(2)外接晶体引脚 XTAL1:外接晶振输入端 XTAL2:外接晶振输入端(3)输入输出引脚 P0.0P0.7:不作为地址/数据线使用时,可作为准双向I/O口使用。但必须外接上拉电阻。 P1.0P1.7:带内上拉电阻的8位准双向通用I/O 口。 P2.0P2.7:带内上拉电阻的8位准双向通用I/O 口。访 问片外存储器时,P2 口用作高8位地址线。 P3.0P3.7:8位准双向I/O接口,每个引脚还具有第二功能(4)控制线 RST是复位端,当RST端出现持续两个机器周期以上的高电平时,即可实现复
15、位操作。 本实验基于STC89C52的单片机最小系统如图1.2所示 图1.2 单片机最小系统电路结构图1.2.2 无线通信CC1101芯片CC1101是TI(德州仪器)推出的一款低功耗433/868/915M频段的无线传输射频芯片,集2-FSK、GFSK、MSK调制方式于一体,提供扩展硬件支持的信息包处理、数据缓冲、群发信息、空闲信道评估、连接质量指示(RSSI)和无线唤醒,其具有多种优势特性,使得此芯片得到广泛应用。CC1101芯片具有以下基本特征:(1)支持 2-FSK、4-FSK、GFSK、MSK以及 OOK等等灵活的 ASK 波形整形的实现的方式;(2)工作频段:300348 MHz、
16、387464 MHz 和 779928 MHz;(3)高灵敏度(1.2 kBaud、433 MHz、1% 误包率条件下为 112 dBm);(4)低电流消耗(1.2 kBaud、433 MHz 下 RX 中为 15 mA);(5)所有支持频率下高达 +12dBm 的可编程输出功率;(6)0.6500kBaud 的可编程数据速率;(7)高效的 SPI 接口;利用一次“突发”数据传输便可对所有寄存器进行编程,编程很简洁;(8)64字节发送/接收FIFO,从而用户可以设计出高效编程缓冲,以达到最快传输波特率;(9)快速的锁定频率合成器以及 90 S的建立时间使其适合于许多跳频系统;(10)提供同步字
17、检测、地址校验、灵活的数据包长度和自动 CRC 处理的片上支持;(11)地址及CRC 检验功能及点对多点通信地址控制;(12)数字 RSSI 输出,这是许多射频芯片无法输出的重要参数;(13)可编程信道滤波器带宽;(14)可编程载波监听 (CS) 指示器;(15)可编程前导质量指示器 (PQI),用于随机噪声伪同步字检测增强保护;(16)支持在信号发送之前自动空闲信道评估 (CCA)(用于载波监听系统)(17)支持每个数据包的链路质量指示 (LQI);(18)可选数据自动白化和去白 (de-whitening);(19)标准2.54 DIP 间距接口,便于嵌入式应用;(20)125 个可选工作
18、频道,满足多点通信和跳频通信需要;(21)1.8V3.6V的宽工作电压;本实验中所用的CC1101芯片模块的电路结构如图1.3所示 图1.3 CC1101芯片模块的电路结构图2方案论证与设计经过仔细地分析与论证,我认为此次的基于单片机的488M无线通信系统可分为无线通信模块CC1101、单片机STC89C52最小系统、STC-ISP系统编程下载三部分组成。2.1无线通信模块选择方案一:nRF905芯片nRF905单片无线收发器是Nordic公司推出的单片射频发射器芯片,工作电压为1.9-3.6V,32引脚QFN封装(5mm5mm),工作于433/868/915MHz3个ISM频道(可以免费使用
19、)。最大发射功率+10dBm,GFSK调制模式,仅支持50kbps通讯速率,最大数据包长度32-Byte,内置CRC。校验测试nRF905时选用444.0MHz的工作频率,设置发射功率为+10dBm(10mW),开启CRC校验,设置数据包长度为32-Byte。nRF905通讯距离的测试结果与nRF2401A和nRF24L01+相似,距离500米通讯稳定(丢包率不足1%)。到700米时出现严重的丢包。同时,nRF905所采用的433MHz胶棒天线具有较强的方向性,在接近极限距离时尤为明显。如想在远距离通讯中获得更好的稳定性,建议换用高增益的定向天线。方案二:CC1101芯片德州仪器(TI)射频芯
20、片CC1101,相较于nRF系列的无线数传芯片,CC1101提供了更加丰富的功能。支持ASK、OOK、GFSK、2-FSK、4-FSK和MSK调制模式,支持通讯速率0.6kbps500kbps,最高发射功率+10dBm。64-Byte的数据缓冲区,支持数据白化、支持前向交错及曼彻斯特编码。它们会增加数据在传输时的可靠性和出现错误编码时的纠错功能。但开启这两个功能的同时也会使通讯速率增加一倍,这也在一定程度上降低了接收灵敏度(速率越高接收灵敏度越低)。综上所述,考虑到芯片性价比和系统功能实现难易程度,本设计选用方案二中TI的射频芯片CC1101作为无线通信系统的数据传输模块。2.2 单片机最小系
21、统选择方案一: STM32系列基于专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的ARM内核。按性能分成两个不同的系列:STM32F103“增强型”系列和STM32F101“基本型”系列。增强型系列时钟频率达到72MHz,是同类产品中性能最高的产品;基本型时钟频率为36MHz,以16位产品的价格得到比16位产品大幅提升的性能,是16位产品用户的最佳选择。方案二:STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器,具有 8K 在系统可编程Flash存储器。在单芯片上,拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash,使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、有效的解决方案
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