无线电灯开关.doc

山东科技大学电工电子实验教学中心 创新性实验研究报告
2014 学年＿ 2 学期

创新性实验研究报告

实验项目名称＿＿ 无线电灯开关＿＿＿＿＿

一、实验摘要
1.本次创新实验利用单片机、R315无线收发模块，进行简单的无线通信，实现简单的电灯开关控制。利用通信基本理论，进行简单的编码译码。
2.STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系统可编程Flash存储器。STC89C52使用经典的MCS-51内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。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。通过对51单片机汇编指令、STC89C52RC单片机片上各功能模块、常用外部可编程芯片的学习和应用训练，进一步熟悉51单片机汇编程序设计，串行总线接口程序设计的使用方法。加深对于所学通信原理理论知识的理解，进一步理解对于串行通信，串行接口等知识的理解，为以后的进一步学习打下基础。通过对单片机最小系统的焊接，进一步提高动手能力。
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二、实验目的
（1）基于STC89C52RC单片机的串行通信和串行接口完成该设计；
（2）研究分别使用无线发射模块和无线接受模块完成单片机间通信；
（3）通过灯的亮灭来显示接受的情况；
（4）大胆进行创新探索。可在了解实验室器材并能实现题目基本要求的情况下，对题 目进行创新设计。

三、实验场地及仪器、设备和材料：
设备以及仪器：PC兼容机一台，STC89C52RC单片机两个，无线发射模块，无线接受模块
参考资料：
1. MCS51/52单片机原理与实践 公茂法 黄鹤松等编著 北京航空航天大学出版社
2. 单片机原理及应用 张毅刚主编 高等教育出版社
3. 其它相关的参考资料及实验教材

四、实验原理
1、51最小系统
（1）简介
STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系统可编程Flash存储器。STC89C52使用经典的MCS-51内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。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，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，3个16 位定时器/计数器，4个外部中断，一个7向量4级中断结构（兼容传统51的5向量2级中断结构），全双工串行口。另外 STC89C52 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，RAM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。
（2）参数
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]
2. 工作电压：5.5V～3.3V（5V单片机）/3.8V～2.0V（3V 单片机）
3.工作频率范围：0～40MHz，相当于普通8051 的0～80MHz，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. 共3 个16 位定时器/计数器。即定时器T0、T1、T2
10.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
11. 通用异步串行口（UART），还可用定时器软件实现多个UART
12. 工作温度范围：-40～+85℃（工业级）/0～75℃（商业级）
13. PDIP封装
（3）实物图及引脚图

2、无线通信基本理论
单工通信
消息只能单方向传输的工作方式。例如遥控、遥测，就是单工通信方式。单工通信信道是单向信道，发送端和接收端的身份是固定的，发送端只能发送信息，不能接收信息；接收端只能接收信息，不能发送信息，数据信号仅从一端传送到另一端，即信息流是单方向的。
串行通信
串行通信是指计算机主机与外设之间以及主机系统与主机系统之间数据的串行传送。使用一条数据线，将数据一位一位地依次传输，每一位数据占据一个固定的时间长度。其只需要少数几条线就可以在系统间交换信息，特别适用于计算机与计算机、计算机与外设之间的远距离通信。
串口通信时，发送和接收到的每一个字符实际上都是一次一位的传送的，每一位为1或者为0。
异步通信
异步通信中，在异步通信中有两个比较重要的指标：字符帧格式和波特率。数据通常以字符或者字节为单位组成字符帧传送。字符帧由发送端逐帧发送，通过传输线被接收设备逐帧接收。发送端和接收端可以由各自的时钟来控制数据的发送和接收，这两个时钟源彼此独立，互不同步。
接收端检测到传输线上发送过来的低电平逻辑"0"（即字符帧起始位）时，确定发送端已开始发送数据，每当接收端收到字符帧中的停止位时，就知道一帧字符已经发送完毕。
3.无线模块介绍
发射模块
(1)、技术参数
工作电压：3-12V
工作频率：315、433.92MHz（其它频率可定制）
待机电流：0mA
工作电流：20-28mA
传输距离：>500m（开阔地接收板灵敏度在-103dBm以上距离）
输出功率：16dBm (40mW)
传输速率：<10Kbps
调制方式：OOK（调幅）
工作温度： -10℃~+70℃
尺　　寸：19×19×8mm
(2)、产品 特点：
声表稳频、性能稳定；
工作电压范围宽；
产品一致性好，性价比高。
(3)、脚位（从左到右）及使用说明：
脚位
名称
功能说明
1
ATAD
数据输入脚
2
VCC
电源正极
3
GND
电源负极
接收模块一共有三个外部接口，上面有英文表示。“VCC”表示接电源正极，“ ATAD”
表示输入，“GND”表示接电源负极。
(4)、应用环境
应用领域：无线呼叫系统、防盗报警、无线数据传输，自动化数据采集系统等。
(5)、自选配件
与公司接收系列产品配套使用。
(6)、备注
天线对模块的接收效果影响很大，最好接1/4波长的天线，一般采用50欧姆单芯导线，天线的长度315M的约为23cm，433M的约为17cm；
天线位置对模块接收效果亦有影响，安装时，天线尽可能伸直，远离屏蔽体，高压，及干扰源的地方。
接收模块
5伏高频超再生接收模块SY-RF-5V
(1)、技术参数
工作电压(V)：DC5V
工作电流(mA)：4MA
调制方式：调幅（OOK）
工作温度： -10℃~+70℃
接收灵敏度(dBm)：-110DB
工作频率(MHz)：315、433.92MHz（266-433MHZ频率段可任选）
尺寸(LWH)：30*14*7mm
（2）、产品 特点：
       超再生接收模块采用LC振荡电路，内含放大整形，输出的数据信号为TTL电平，可直接至解码器，使用极为方便，并且价格低廉，所以被广泛使用。产品体积小，灵敏度高；频点调试容易，供货周期短；产品质量一致性好，性价比高，目前是无线遥控市场用量最大最广的一种高频接收模块。
      接收模块有较宽的接收带宽，一般为±10MHz，出厂时一般调在315MHz或433.92MHZ（如有特殊要求可调整频率，频率的调整范围为266MHz~433MHz。）。接收模块一般采用DC5V供电，如有特殊要求可调整电压，电压的调整范围为3~8V。
接收模块的静态工作电流出厂时一般为4mA，如有特殊要求可降低电流，最小电流可调至1.5mA，但接收灵敏度会降低。出厂时接收模块的输出为有噪声输出，如有特殊要求可改为无噪声输出，但接收灵敏度会降低。
  （3）、脚位及使用说明：
脚位
名称
功能说明
1
ANT
接天线端
2
VCC
 电源正极
3、4
DATA
数据输出
5
GND
电源负极

  接收模块一共有四个外部接口，上面有英文表示。“VCC”表示接电源正极，“ DATA”表示输出，“GND”表示接电源负极。
       使用前要接上50欧姆1/4波长的天线，并且天线应该是直的，以达到最佳的接收效果，波长=光速/频率。
（4）、应用环境
无线遥控开关、遥控插座、数据传输、遥控玩具、防盗报警主机等。
（5）、自选配件
与公司发射系列、遥控器系列产品配套使用。
（6）、备注
VCC电压要与模块工作电压一致，且要做好电源滤波；
天线对模块的接收效果影响很大，最好接1/4波长的天线，一般采用50欧姆单芯导线，天线的长度315M的约为23cm，433M的约为17cm；
天线位置对模块接收效果亦有影响，安装时，天线尽可能伸直，远离屏蔽体，高压，及干扰源的地方；使用时接收频率、解码方式及振荡电阻应与发射匹配。
五、实验内容
1、51最小系统的焊接
51单片机最小系统板，
支持STC89C51/52、AT89S51/52等常用的40脚51单片机。
1.最经典的51单片机最小系统
2.单片机40个引脚全部引出并标记
3.板载阻容复位电路
4.板载晶振电路，晶振为11.0592M
5.P0口带10K上拉电阻(STC单片机P0口必须接上拉电阻才能正常工作！)
6.带电源开关，方便做实验
7.外接直流电源插座(规格为5.5*2.1mm)
8.带1路电源指示灯
9.带电容滤波电路
10.引出3路外扩电源，方便外接模块取电
11.外接电源为直流5V！（注意电压）
12.PCB尺寸：65mm(长)*31mm(宽)*1.6mm(厚)
套件焊接说明：
PCB板为单面板，焊接需要技术，否则容易损坏焊盘！焊接时请注意，焊接不好易导致最小系统不工作。
焊接1K电阻和10K电阻，1K焊接在R1的位置，10K焊接在R3的位置，不分正负。
焊接晶振，11.0592M或12M晶振焊接在Y1的位置，不分正负。
焊接22PF或30PF瓷片电容，焊接在板底C2和C3的位置，不分正负。
焊接104瓷片电容，焊接在板底C4和C5的位置，不分正负。
焊接红色LED，焊接在板底D1的位置，+为长脚，-为短脚。
焊接103排阻，焊接在板底RP1的位置，板底小正方形位置对应103排阻的白色点位置的第一脚。
焊接25V 10uf电解电容，焊接在板底C1的位置，+为电容长脚，-为电容短脚，焊接前把电容的脚和电容以90°弯曲，再插入板底焊接。
焊接40脚IC座，焊接在板底U1处，板底丝印的缺口对应IC座缺口处。
焊接两条20P排针，焊接在J2和J3的位置。
焊接3P双排针，焊接在JP1的位置。
焊接DC005电源插座，焊接在J1处。
焊接自锁开关，焊接在S1处，开关的白色按钮处和开关四方体之间有个深缺口的一面对IC座焊接，否则起不了开关的作用。
本系统使用的是普通IC座，要插入全新IC的时候，请把IC两边的脚先往中间压一压，才能更好的插进IC座里面。这是因为IC在生产的时候，管脚都是向外倾的，所以才要往两边管脚中间压一压，把管脚的角度纠正，注意芯片缺口方向朝向开关处。

2、程序设计
设计一个双机无线通信系统，采用串口工作模式三，查询方式发送，中断方式接收。
简单通信规定:
‘1’→开灯； ‘0’ →关灯
放入八位二进制数中：
“00001000” →开灯；“00000000” →关灯
查询发送程序如下

ORG 0000H
LJMP ASTAT
ORG 0100H
ASTAT: MOV TMOD,#20H
MOV TL1,#0F4H
MOV TH1,#0F4H
SETB TR1
MOV SCON,#0D0H
MOV PCON,#80H
CLR EA / 初始化设置（工作模式，波特率等/

MAIN: JNB P1.0,N1
MOV A,#08H
SJMP N2
N1: MOV A,#00H
SJMP N2
N2:MOV SBUF,A
JNB TI,$
CLR TI
END
中断接收程序如下
收到“00001000”时，通过P1.0引脚开通电灯。
收到“00000000”时，通过P1.0引脚关闭电灯。
ORG 0000H
LJMP BSTAT
ORG 0023H
LJMP BIS
ORG 0100H
BSTAT:MOV TMOD,#20H
MOV TL1,#0F4H
MOV TH1,#0F4H
SETB TR1
MOV SCON,#0D0H
MOV PCON,#80H
MOV IE,#90H
SJMP $

ORG 0200H
BIS:JNB RI,BIS
CLR RI
MOV A,SBUF
CJNE A,#08H,LOOP
CLR P1.0
SJMP G1
LOOP:CJNE A,#00H,G1
SETB P1.0
G1:RETI
END
六、实验结果与分析
1. 本次创新实验利用单片机、R315无线收发模块，进行简单的无线通信，实现简单的电灯开关控制。利用通信基本理论，进行简单的编码译码。
2.与有线通信相比较，无线通信在很多方面有其独特的优势，可在很大程度上方便人们
的生活。无线电灯开关可以使使用者在休息时方便的开关电灯，具有很高的实用价值和市场前景。
3.由于实验条件和时间的限制，本次实验只是大体做出一个模型，在其外观和功能上有待进一步完善和改进

六、附录