基于单片机的无线数据收发专业系统设计.doc

1 引言伴伴随短距离、低功率无线数据传输技术成熟，无线数据传输被越来越多地应用到新领域。和有线通信方法相比，无线通信以其不需铺设明线，使用便捷等一系列优点，在现代通信领域占关键地位。但以往无线产品存在范围和方向上局限。比如，部分无线产品在使用时，无法将信息反馈给控制者；还有部分无线产品不能很好地显示参数或状态信息，假如能在系统中增加一块小型液晶显示电路，产品不仅能向用户显示其状态或状态改变，而且能够大大降低成本。正如大家所发觉，只要建立双向无线通信-双工通信而且选择成本低收发芯片，就会出现很多新应用。此次设计关键是利用无线收发电路，加上单片机控制和液晶显示制成一套完整数据收发系统。考虑到现在市场上部分需求，设计关键要求是方案成本低，体积小，低功耗，集成度高，尽可能无需调外部元件，传输时间短，接口简单。nRF401是国外最新推出单片无线收发一体芯片，它在一个20脚芯片中包含了高频发射、高频接收、PLL合成、FSK调制、多频道切换等功效，而且外围元件少，便于设计生产，功耗极低，集成度高，是现在集成度较高无线数传产品，它为低速率低成本无线技术提出了处理方案。2 无线数据收发系统2.1 系统组成无线数据传输系统有点对点，点对多点和多点对多点三种。本系统因为实际应用需要，接收器和数据终端之间数据传输经过nRF401进行，组成点对点无线数据传输系统。整个系统中，两数据终端之间无线通信采取433MHz频段作为载波频率，收发经过串口通信。 无线数据收发系统能够分为无线收发控制电路、单片机控制电路、显示电路和按键电路四部分组成，系统原理图2-1所表示：液晶显示器单片机系统无线收发器按键单片机系统无线收发器 图2-1 无线数据收发系统原理图2.2 实现过程当我们需要发送数据时，使用按键来输入所需发送信息。按键和单片机AT89S52P3.2-P3.5口相接，单片机 P1.0口控制信息发送和接收，而且TXD端和收发器输入端相连，经过TXD将数据传入收发器，收发器接收到数据后，经过FSK调制，将信号发送出去；接收端收发器经过解调，将载波信号转换为数字信号，完成信息传输过程；收发器输出端经过RXD端将数字信号输入到单片机；单片机将数据传送到显示器，这么就完成了一次数据发送和接收并显示过程。本系统采取是半双工传送方法。 所谓半双工就是通信双方均含有发送和接收信息能力，信道也含有双向传输性能，不过，通信任何一方全部不能同时既发送信息又接收信息，即在指定时刻，只能沿某一个方向传送信息。所以上述实现过程只介绍了由一方传送到另一方过程，而相反方向和其原理相同。无线数据收发系统电路图见附录3。3 收发部分原理和设计nRF401是一个基于短程无线通信技术芯片。收发部分采取nRF401芯片，其引脚DIN和单片机TXD相连，需要发射数字信号经过DIN输入；引脚DOUT和单片机RXD相连，解调出来信号经过DOUT输出进入单片机。3.1 无线收发芯片nRF401介绍13.1.1 关键引脚功效图3-1 nRF401引脚图(1) 9脚及10脚分别是DIN输入数字信号和DOUT输出数字信号均为标准逻辑电平信号，需要发射数字信号经过DIN输入，解调出来信号经过DOUT输出。(2) 12脚为通道选择，FREQ =“0”为通道#1（433.92MHz），FREQ =“1”为通道#2（434.33MHz）。(3) 18脚为电源开关，PWR_UP =“1”为工作模式，PWR_UP =“0”为待机模式。(4) 19脚TXEN：高电平许可发送数据，低电平许可接收数据。(5) ANT1、ANT2：天线接入端。3.1.2 内部结构和工作原理nRF401无线收发芯片结构框图图3-2所表示：芯片内包含有发射功率放大器（PA）、低噪声接收放大器（LNA），晶体振荡器（OSC），锁相环（PLL），压控振荡器（VCO），混频器（MIXER）等电路2。图3-2 内部结构方框图在接收模式中，RF输入信号被低噪声放大器（LNA）放大，经由混频器（MIXER）变换，这个被变换信号在送入解调器（DEM）之前被放大和滤波，经解调器解调，解调后数字信号在DOUT端输出。在发射模式中，压控振荡器（VCO）输出信号是直接送入到功率放大器（PA），DIN端输入数字信号被频移键控后馈送到功率放大器输出。因为采取了晶体振荡器和PLL合成技术，频率稳定性极好。3.1.3 特点nRF401是一个单片RF收发芯片，工作频率为国际通用数传频率433MHz；含有FSK调制和解调能力，抗干扰能力强，尤其适合工业控制应用；采取PLL频率合成技术，频率稳定性好；最大发射功率达+10dBm，数据速率可达20kb/s；含有2个信号通道，适合需要多信道工作特殊场所；工作电压在+35V之间，最低工作电压为2.7V；它还提供深入降低电流消耗待机模式，接收待机状态仅为8A；仅需外接一个晶体和多个阻容、电感元件，即可组成一个完整射频收发器。nRF401接收机使用频移键控(FSK)调制方法，改善了噪声环境下系统性能。和幅移键控(ASK)方法相比，这种方法通信范围更广，尤其是在周围有类似设备工作场所。3.2 FSK调制3本系统中nRF401是含有FSK调制无线收发芯片。所谓FSK调制，就是频移键控，又称数字频率调制，是数字通信调制方法一个，因为其方法简单、易于实现、抗噪声和抗衰落性能较强和解调不须恢复当地载波等优点而在现代数字通信系统低、中速数据传输中得到广泛得应用。3.2.1 产生原理频率键控法就是利用矩形脉冲序列控制开关电路，对于两个不一样独立频率源进行选通。它有两个独立振荡器，数字基带信号控制开关，选择不一样频率高频振荡信号实现FSK调制。图3-3为频率键控法原理框图。 图33 频率键控法原理框图以二进制数字频率调制为例，当数字信号为“1”时，正脉冲是控制门 1 接通，门 2 断开，输出频率 f1 ；数字信号为“0”时，门 1 断开，门 2 接通，输出频率 f2 。假如产生 f1，f2 两个震荡器是相互独立，则输出 2FSK 信号相位是不连续。震荡器频率 f1，f2 能够直接是所需载频，也能够是低频范围经过混频、倍频方法搬移到载频范围。3.2.2 FSK信号波形图已调信号时域表示式为（3.1） 图3-4 2FSK信号波形3.3 时序参数nRF401有3种工作模式：接收模式（RX）、发射模式（TX）和等候模式（Standby）。工作模式可由2个引脚设定，分别是TXEN和PWR_UP。所以经过单片机控制nRF401工作模式，使其在接收、发射、等候任一个状态之间转换。(1) TXRX之间切换当从RXTX模式时，数据输入脚（DIN）必需保持为高最少1ms才能发送数据，时序图3-5（a）。当从TXRX模式时，数据输出脚（DOUT）最少3ms以后有数据输出，图3-5（b）。PWR-UPPWR-UPDINTXEN4RX to TXDOUT4RX to TXVDD02msTX to RXVDDTXEN02ms(b)(a)图3-5 TX和RX转换时序图(2) StandbyRX 、StandbyTX切换从待机模式到接收模式，当PWR_UP输入设成1时，经过tSR时间后，DOUT脚输出数据才有效。对nRF401来说，tSR最长时间是3ms，图（a）。从待机模式到发射模式，所需稳定最大时间是tST，如（b）。Std. by to TXTXENStd. by to RX40242msmsDINDOUTPWR-UPPWR-UPVDDVDD0(b)(a)图3-6 StandbyRX 、StandbyTX时序图(3) Power UpTX 、Power UpRX切换从上电到发射模式过程中，为了避免开机时产生干扰和辐射，在上电过程中TXEN输入脚必需保持为低，方便于频率合成器进入稳定工作状态。当由上电进入发射模式时，TXEN必需保持1ms以后才能够往DIN发送数据。从上电到接收模式过程中，芯片将不会接收数据，DOUT也不会有数据输出，直到电压稳定达成2.7V以上，而且最少保持5ms。VDD=0 to RXVDD=0 to TXVDDPWR-UPDIN(a)024ms0246ms(b)DOUTPWR-UPVDD图3-7 Power UpTX 、Power UpRX时序图3.4 应用电路设计3.4.1 电路组成nRF401无线收发芯片应用电路5，图3-8所表示： 图3-8 nRF401433Mhz应用电路(1) 输入输出当nRF401是接收模式时，ANT1和ANT2引脚端提供射频输入到低噪声放大器（LNA）；当nRF401为发射模式时，从功率放大器提供射频输出到天线。(2) PLL环路滤波器PLL环路滤波器，是一个单端二阶滤波器，滤波器元件参数值：C3=820pF，C4=15nF，R2=4.7kW(3) VCO电感芯片VCO电路需要外接一个VCO电感，这个电感是很关键，需要一个高质量片式电感，Q值大于45，最大误差2%。(4) 晶振电路晶体振荡器需要外接晶振，晶振特征要求是：并联谐振频率f=4MHz，并联等效电容C05pF，晶振等效串联电阻RESR150W，全部负载电容，包含印制板电容CL14pF。负载电容CL以下式所表示： （3.2） 式中和， 和是电路板寄生电容。(5) RF输出功率连接在RF_PWR端和VSS之间电阻R3能够设置输出功率，最大发射功率能够调整到+10dBm。3.4.2 印刷电路板设计(1) nRF401电路PCB板设计过程9利用 Protel DXP 软件设计制作nRF401无线收发电路部分，按本论文中图3-8所表示。 在Protel DXP 软件中根据设计电路制作连接电路，并封装电路。制作PCB板，设置布局范围，加载网络表和元件库，自动布局并做好调整电路，自动布线过程，最终调整整个电路板，将其实现 3D 功效。 查看模拟 PCB 板后，实现制作10。首先生成报表和网络表，设置电路图中已经有仿真模型器件。在Protel DXP软件中运行电路仿真。并观察统计相关电路仿真过程中波形图。再进行对电路板 1：1打印。最终，将加工成形 PCB 电路板打孔，并焊接元器件，实现nRF401应用电路，检测并调试其电路使之正常工作。nRF401应用电路印刷电路板，以下图所表示： 图3-9 应用电路印制电路板图(2) PCB板设计要求印刷电路板（PCB）设计直接关系到射频性能，为了取得很好RF性能，PCB设计最少需要两层板来实现，PCB分成射频电路和控制电路两部分部署。nRF401采取PCB天线，在天线下面没有接地层。射频部分电源和数字电路部分电源分离。为了降低分布参数影响，在PCB应该避免长电源走线，全部元件地线，VDD连接线必需离nRF401尽可能近。nRF401电源必需经过很好滤波,而且和数字电路供电分离，在离电源脚VDD尽可能近地方用高性能电容去耦。PCB板顶层和底层最好敷铜接地，把这两层敷铜用较多过孔紧密相连,再将VSS脚连接到敷铜面。全部开关信号和控制信号全部不能经过PLL环路滤波器元件和VCO电感周围。4 控制部分原理控制电路关键组成部分为单片机AT89S52，经过AT89S52和nRF401进行串行通信，并用其控制nRF401TXEN端，来调整收发状态。AT89S52还控制液晶屏显示和按键等部分工作。4.1 AT89S52功效介绍AT89S52是一个低功耗高性能单片机，40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，片内含8k bytes可反复编程Flash存放器和256 bytes随机存取数据存放器（RAM），3个16位可编程定时计数器，1个全双工串行通信口，器件采取ATMEL企业高密度、非易失性存放技术生产，兼容标准MCS-51指令系统。AT89S52能够根据常规方法进行编程，也能够在线编程。其将通用微处理器和Flash存放器结合在一起，尤其是可反复擦写Flash存放器可有效地降低开发成本。4.1.1 内部结构AT89S52单片机包含中央处理器、程序存放器(ROM)、数据存放器(RAM)、定时器/计数器、并行I/O口、串行I/O口和中止系统等几大单元和数据总线、地址总线和控制总线三大总线组成。图4-1为单片机内部结构框图13。(1) 中央处理器中央处理器(CPU)是整个单片机关键部件，能处理8位二进制数据或代码，CPU负责控制、指挥和调度整个单元系统协调工作，完成运算和控制输入输出功效等操作。(2) 程序存放器AT89S52共有8KB个E2PROM，用于存放用户程序，原始数据或表格。(3) 数据存放器（RAM）AT89S52内部有128个8位用户数据存放单元和128个专用寄存器单元，它们是统一编址，专用寄存器只能用于存放控制指令数据，用户只能访问，而不能用于存放用户数据，所以，用户能使用RAM只有128个，可存放读写数据，运算中间结果或用户定义字型表。图4-1内部结构框图(4) 并行输入输出口AT89S52共有4组8位I/O口(P0、 P1、P2或P3)，用于对外部数据传输。(5) 串行输入输出口AT89S52内置一个全双工串行通信口，用于和其它设备间串行数据传送，该串行口既能够用作异步通信收发器，也能够当同时移位器使用。(6) 定时/计数器AT89S52有三个16位可编程定时/计数器，以实现定时或计数功效，并以其定时或计数结果对单片机进行控制。(7) 中止系统AT89S52含有较完善中止功效，有两个外中止、三个定时/计数器中止和一个串行中止，可满足不一样控制要求，并含有两级优先等级选择。4.1.2 引脚功效 图4-2 AT89S52芯片引脚图(1) 电源和晶振VCC：供电电压。GND：接地。XTAL1：反向振荡放大器输入及内部时钟工作电路输入。XTAL2：来自反向振荡器输出。(2) I/O口 P0口P0口字节地址为80H，位地址为80H87H。P0口既能够作为通用I/O口使用，也能够作为单片机系统地址/数据线使用。看成为输出口使用时，因为输出电路是漏极开路，必需外接上拉电阻才能有高电平输出。 P1口P1口字节地址为90H，位地址为90H97H。P1口只能作为通用I/O口使用。看成为输出口使用时，已能对外提供推拉电流负载，外电路无需再接上拉电阻；看成为输入口使用时，应先向其锁存器写入“1”，使输出驱动电路FET截止。 P2口P2口字节地址为0A0H，位地址为0A0H0A7H。P2口用于为系统提供高位地址，但只作为地址线使用而不作为数据线使用。另外，P2口也可作为通用I/O口使用。 P3口P3口字节地址为0B0H，位地址为0B0H0B7H。P3口能够作为通用I/O口使用，但在实际应用中它第二功效信号更为关键。P3口引脚第二功效，以下所表示： P3.0 RXD（串行输入口）P3.1 TXD（串行输出口）P3.2 /INT0（外部中止0）P3.3 /INT1（外部中止1）P3.4 T0（计时器0外部输入）P3.5 T1（计时器1外部输入）P3.6 /WR（外部数据存放器写选通）P3.7 /RD（外部数据存放器读选通）(3) 4根控制线 RST：复位信号。保持RST脚两个机器周期以上高电平，就能够完成CPU系统复位操作，使系统部分单元内容回到要求值。 /PSEN：外部程序存放器读选通信号。在读外部ROM时，/PSEN有效（低电平），以实现外部ROM单元读操作。 /EA/VPP：访问程序存放器控制信号。当/EA信号为低电平时，对ROM读操作限定在外部程序存放器；而当/EA为高电平时，则对ROM读操作是从内部程序存放器开始，并可延续至外部程序存放器。 ALE/PROG：地址锁存控制信号。在系统扩展时，ALE用于控制P0口输出低8位地址送入锁存器锁存起来，以实现低位地址和数据分时传送。另外因为ALE是以六分之一晶振频率固定频率输出正脉冲，所以也可作为外部时钟或外部定时脉冲使用。4.2 串口通信通信关键有两种方法：并行通信和串行通信。并行通信是在传送数据过程中每个字节各位同时进行传送通信方法，而串行通信14是指每个字节各位分别进行传送通信方法。4.2.1 串口通信方法AT89S52串行口可设置四种工作方法，可有8位、10位和11位帧格式。本系统中，AT89S52采取串行口工作于方法1，即每帧10位异步通信格式：1位起始位，8位数据位（低位在前），1位停止位。当SM0=0，SM1=1时，串行口选择方法1。其帧格式为： 停止起始D6D7D0D1D2D3D4D5 图4-3 帧格式图4.2.2 串行通信控制寄存器(1) 串行控制寄存器(SCON)SCON地址为98H，用于选择串行口工作方法和指示串行口工作状态。各位含义以下： SM0、SM1：串行口工作方法选择位。 SM2：多机通信选择位。 REN：串行口许可接收位。1时许可接收，0时严禁接收。 TI： 串行口发送中止标志位。在方法1中，于发送停止位之前，由硬件置位。所以TI=1，表示帧发送结束。 RI： 串行口接收中止标志位。在方法1中，当接收到停止位时，该位由硬件置位。RI=1，表示帧接收结束。(2) 串行数据缓冲器(SBUF)串行数据缓冲器SBUF地址为99 H，用来存放需发送和接收数据，它由两个独立寄存器组成，一个是发送缓冲器，另一个是接收缓冲器，它们占用同一地址（99H）。当实施写SBUF指令时，数据写入到串行口发送缓冲器中，读SBUF就是读串行口接收缓冲器。(3) 电源控制寄存器(PCON)PCON地址为87H，该寄存器最高位（SMOD）是串行口波特率倍增位，当SMOD=1时，串行口波特率加倍。系统复位时，SMOD=0。(4) 中止许可寄存器（IE）在IE中，ES位为串行中止许可控制位。ES=0时严禁串行中止，ES=1时许可串行中止。4.2.3 数据发送和接收(1) 数据发送在不发送数据时，TXD端保持高电平。当实施写SBUF指令时，便开启一次发送过程；发送数据时，先发送一个起始位，该位通知接收端开始接收，也使发送和接收过程同时。接下来发送8位数据，先发送低位，最终发送是高电平停止位。(2) 数据接收 REN=1，CPU许可串行口接收数据，接收数据开始于检测到RXD（P3.0）端发生一个“1”到“0”跳变。先接收起始位，然后依次将采样RXD端并将数据移入移位寄存器中。若满足条件RI=0且SM2=0或接收到停止位，则将前8位数据送入SBUF并置位RI；假如上述条件不满足，则数据丢失。(3) 波特率设定串口方法1波特率是可变，由定时器T1溢出率决定：（4.1） 其中，SMOD为PCON寄存器最高位值。溢出率为溢出周期倒数，假定计数初值为X，则计数溢出周期为（4.2） 其中，fosc为晶振频率。则波特率计算公式为：（4.3） 由波特率算出计数初值，方便进行定时器初始化。初值X确定以下： （4.4） 5 显示部分HY-1286412是使用HD61202作为列驱动器，同时使用HD61203作为行驱动器液晶模块，共有两片HD61202和一片HD61203。因为HD61203不和MPU发生联络，只要提供电源就能产生行驱动信号和多种同时信号，比较简单，所以不做介绍。HD61202是一个带有列驱动输出液晶显示控制器，它可和行驱动器HD61203配合使用，组成液晶显示驱动控制系统。5.1 HD61202功效介绍5.1.1 特点(1) 内藏6464=4096位显示RAM，RAM中每位数据对应LCD屏上一个点亮、暗状态；(2) HD61202是列驱动器，含有64路列驱动输出；(3) HD61202占空比为1/32-1/64。5.1.2 引脚功效CS1,CS2：芯片片选端，CS1和CS2低电平选通；E：读写使能信号，在E下降沿，数据被锁存（写）入HD61202；在E高电平期间，数据被读出；R/W: 读写选择信号，R/W=1为读选通，R/W=0为写选通；RS：数据、指令选择信号，RS=1为数据操作，RS=0为写指令或读状态；DB0-DB7：数据总线；RST：复位信号，复位信号有效时，关闭液晶显示，使显示起始行为0，RST可跟MPU相连，由MPU控制；也可直接接VDD，使之不起作用。5.2 HD61202指令系统(1) 显示开/关指令R/W RSDB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB00 0 0 0 1 1 1 1 1 1/0当DBO=1时，LCD显示RAM中内容；DBO=0时，关闭显示。(2) 显示起始行（ROW）设置指令R/W RSDB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 0 0 1 1 显示起始行（0-63）该指令设置了对应液晶屏最上一行显示RAM行号，有规律改变显示起始行，能够使LCD实现显示滚屏效果。(3) 页（RAGE）设置指令R/W RSDB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 0 0 1 0 1 1 1 页号（0-7）显示RAM共64行，分8页，每页8行。(4) 地址（Y Address）设置指令R/W RSDB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 0 0 0 1 显示列地址（0-63）设置了页地址和列地址，就唯一确定了显示RAM中一个单元，这么MPU就能够用读、写指令读出该单元中内容或向该单元写进一个字节数据。(5) 状态指令R/W RSDB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 1 0BUSY 0 ON/OFF REST 0 0 0 0该指令用来查询HD61202状态，各参量含义以下： BUSY： 1-内部在工作 0-正常状态 ON/OFF：1-显示关闭 0-显示打开 REST： 1-复位状态 0-正常状态在BUSY和REST状态时，除读状态指令外，其它指令均不对HD61202产生作用。 在对HD61202操作之前要查询BUSY状态，以确定是否能够对HD61202进行操作。(6) 数据指令R/W RSDB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 0 1 写 数 据(7) 读数据指令R/W RSDB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 1 1 读 显 示 数 据读、写数据指令每实施完一次读、写操作，列地址就自动增1，必需注意进行读操作之前，必需有一次空读操作，紧接着再读才会读出所要读单元中数据。5.3 显示电路在AT89S52P3.6和P3.7口接入四-二输入和非门芯片74LS00来控制显示器读写使能信号端；显示器8根数据总线接在AT89S52P0口，实现数据传输；在显示器V0口接一电位器，因为液晶对比度会伴随温度改变而对应改变，所以加电位器能够调整液晶对比度。图5-1 收发系统显示电路6 软件设计无线数据传输关键由无线数据收发器、AT89S52单片机、显示器和按键组成，收发器和AT89S52间用串行口通信。整个系统各个部分全部是服务于无线数据传输这个目标。所以，在整个系统软件设计中，无线数据传输是最为关键。这里使用汇编语言编写单片机控制程序。控制系统CPU采取AT89S52单片机，nRF401芯片发射/接收模式由程序控制，当有控制发送按键按下时，nRF401为发射状态，其它时候nRF401一直处于接收状态。DOUT、DIN分别和单片机RXD和TXD端相连，作为发射和接收时数据传输。TXEN和P1.0端相连，由单片机P1.0端对其发射还是接收进行程序控制。6.1 主程序步骤图当单片机上电开始实施以后，对液晶和单片机寄存器进行初始化，同时设置串口控制字及波特率，接着进入键盘扫描程序和接收程序。若有某个按键按下，则实施对应键盘子程序；若单片机判定接收到数据，则开始进行CRC校验14，假如数据正确就经过液晶显示传送信息。主程序步骤图见图6-1。开始 初始化设置串口工作方法NYNN判定是否有按键按下实施对应程序判定是否接收到数据CRC校验是否正确数据处理送入显示扫描键盘，同时判定是否有数据接收YY 图6-1 主程序步骤图6.2 液晶显示子程序步骤图液晶显示模块HY-12864内有一个忙标志位ACC.7，它反应了控制器HD61202内部运行时序状态。当ACC.71时，表示内部操作正在运行，不能接收外部数据；当ACC.70时，表示已准备好接收，能够随时接收单片机发来数据和命令，这是HY-12864向单片机发出唯一联络信号。液晶显示子程序步骤图见图6-2。入口对HY-12864初始化写入显示设置命令ACC.7=0？延时1ms取得显示RAM地址YN延时1ms检测忙信号写入对应数据数据显示完成返回主程序图6-2 液晶显示子程序步骤图6.3 数据收发子程序步骤图单片机AT89S52控制nRF401收发状态、完成编解码等工作。nRF401芯片 “PWR-UP” 端接高电平,“FREQ” 端接低电平，分别表示系统在上电后一直处于 “正常工作模式”和“工作频道为通道1”。单片机AT89S52控制nRF401，使其一直为接收状态。当按键4按下时，AT89S52接收到输入低电平信号，从脚送出高电平至P1.0脚，使nRF401进入发射状态。数据收发子程序步骤图见图6-3。入口置nRF401为接收状态判定按键4是否按下置nRF401为发射状态数据发射YN键盘扫描图6-3 数据收发子程序步骤图6.4 键盘子程序步骤图下图为键盘子程序步骤图，此步骤图含义是：当有按键按下时，程序开始进行判定是哪个按键按下，判定完成后则转向对应键处理子程序，进行字符输入或命令处理，并经过按键4把要发送数据进行CRC校验编码，再把编码后数据发送出去。有按键按下判定是哪个按键按下按键1按键4按键3按键2CRC校验发送数据清零选择要发送数据将要显示数据移位图6-4 键盘子程序步骤图7 测试结果及分析7.1 硬件电路测试本设计中将控制模块和无线射频模式分开设计，控制模块经过一只单排7脚接口控制射频模块，测试步骤以下：(1) 将控制模块和无线射频模块焊好，检验确定无虚焊、粘焊；(2) 先对控制模块上电进行测试，关键是测试控制模块串口能否收发数据，测试方法是将控制模块串口和PC机串口经过RS232标准相连接，并将串口程序写到AT89S52上，然后用串口测试软件测试，假如串口能收发数据，便可开始对无线射频模块进行测试；(3) 将无线收发模块和控制模块连接起来，上电进行测试，根据程序，上电时处于接收状态，看是否和程序吻合；(4) 确定射频模块上电处于接收状态后，可测试nRF401第4管脚是否为1.1V左右，假如是，则说明VCO电感设计合理，不然要重新设计PCB板，另外，nRF401在没有数据接收时,仍会自动从DOUT发送随机数据，使用万用表进行测试时，该引脚电压应为2.5V左右。7.2 系统测试7.2.1 测试方法(1) 首先让电路正常工作，把接收器放在一定位置，将发射器从远处逐步靠近接收器，可测到传送最远距离。(2) 在距离接收器一定距离时，间隔一段时间就发送数据信息，可测出接收器接收灵敏度。(3) 比较发射器和接收器数据显示是否相同，以测试传输数据正确性。7.2.2 功效测试及分析因为无线通信环境不确定性，多种环境下传输效果是不尽相同，路径损耗、建筑物影响、人体影响、外界干扰、多径现象和周围环境吸收等全部会对传输距离产生一定影响，只能在一个给定条件下进行测试和评定。所以，分别选择了不一样试验场地来进行试验。(1) 当建筑物很多时候，数传模块两端均离地面1.5m（2.0m）高时，能够达成最好通信距离为510m；接收灵敏度为23秒；当发送端发送MESSAGE时，接收端能正确显示MESSAGE这段英文字符。(2) 在空旷场地，数传模块两端均离地面1.5m高时，最远通信距离能够达成50m；接收灵敏度为35秒；当发送端发送字母A时，接收端能正确显示。但测试中通信距离和数据手册上说明相差较大，原因可能源于调谐天线。在试验中发觉，当有些人员走动或其它信号出现时候，通信距离会变得不稳定，这是因为天线是一个辐射器件，任何环境改变全部会影响天线性能。测试中还发觉，在现场即使没有任何发送器，在nRF401DOUT引脚上也会观察到微小连续数字“噪声”。以后经过研究发觉，当接收器打开时，环境中任何信号（数据或噪声）全部会被天线捕捉到并被解调。这就是所看到系统中没有工作发送器却存在“噪声”原因。经过对系统数据传输能力测试，该系统发送和接收数据正确、可靠，各元件工作正常。在硬件连接正确基础上，利用nRF401进行串行数据接收及发送，收到了很好效果。8结论此次设计将应用于无线通信领域，而且针对目前市场上无线产品不足进行了改善。本文依据nRF401特点，提出了一个将其应用无线数据收发系统实现方案。此方案采取了较完善软硬件设计和抗干扰方法，确保了系统工作安全性和可靠性，是一个很好设计思绪，含有通用性，便于投入实际应用。而且只要稍作改动就能够应用到小区传呼、工业数据采集、自动读表、警报和安全系统、无线键盘、无线操纵杆、家庭自动化、遥测和玩具等其它部分短距离无线通信领域，实现无线数据双向传输，含有很好市场应用价值。参考文件1 黄智伟.无线数字收发电路设计，第2版，电子工业出版社，253-269.2 WU Xunwei，HANG Guoqiang. Low power DC circuits employing AC power supply， SCIENCE IN CHINA (INFORMATION SCIENCES)，Vol.45 No.3，232.3 苗长云，沈保锁，窦晋江等.现代通信原理，第1版，电子工业出版社，174-177.4 Behrouz Forouzan. Introduction to Data Communications and Networking，First Edition，mechanic industry book concern，1999，121-125.5 Kaveh Pahlavan .Nordic nRF401 Product Specification，Nordic corporation，36.6 Nigel Brooke.串行数据标准选择和使用，电子产品世界，10月，31-32.7 Richard G.lyons. Understanding Digital Signal Processing，Bradford University,，36-37.8 Tugal. D. A, Tugal