1、本 科 毕 业 设 计 （ 论 文 ）题 目：基于 nRF24l01 的无线音乐播放器设计 本科毕业论文摘 要本文介绍了一种基于 nRF24l01 的无线音乐播放器设计方案。本设计方案结合了单片机技术和无线通信技术，设计的电路以单片机和无线通信模块为核心，并辅以外围电路。其工作过程是按键选择后，通过无线模块发射相应的数据，由另一无线模块接收的数据后播放不同的音乐。该系统实现了无线控制音乐播放器的歌曲播放选择和歌曲名的显示。本系统的优点是电路简单，性能可靠，实时性好，操作简单，编程容易等。关键词：单片机；无线模块 nRF24l01；模拟 SPI 温州大学瓯江学院本科毕业论文AbstractThi
2、s article introduced one kind based on the nRF24l01 wireless music player design proposal. The design proposal unified the monolithic integrated circuit technology and the wireless communication technology, the design electric circuit take the monolithic integrated circuit and the wireless communica
3、tion module as a core, and auxiliary by peripheral circuit. After its work process is the pressed key choice, through wireless module launch corresponding data, after another wireless module receive data broadcasts the different music. This system has realized the wireless control music player song
4、broadcast choice and a song demonstration. This systems merit is the electric circuit is simple, the perform reliably, timeliness is good, simplicity of operator, programming easy and so onKey Words：single chip microcomputer; wireless module nRF24l01；simulation SPI本科毕业论文III目 录1 绪论 .- 1 -1.1 前言 .- 1
5、-1.2 背景与意义 .- 1 -1.3 设计任务 .- 1 -2 系统总体设计方案 .- 3 -3 无线通信系统的介绍 .- 4 -3.1 无线通信系统的构成 .- 4 -3.2 无线通信工作方式 .- 5 -4 系统硬件设计 .- 7 -4.1 芯片介绍 .- 7 -4.1.1 51 芯片介绍 .- 7 -4.1.2 nRF24l01 无线模块介绍 .- 8 -4.1.3 LM386 芯片介绍 .- 10 -4.2 硬件模块设计 .- 10 -4.2.1 单片机最小系统电路 .- 10 -4.2.2 音频电路 .- 11 -4.2.3 按键电路 .- 12 -4.2.4 显示电路 .- 1
6、2 -5 系统软件设计 .- 13 -5.1 概述 .- 13 -5.2 主程序设计 .- 14 -5.3 无线通信程序 .- 15 -5.4 音乐程序 .- 17 -5.5 键盘输入程序 .- 20 -5.6 LCD 显示程序设计 .- 20 -6 系统调试 .- 21 -6.1 硬件调试 .- 21 -6.2 软件调试 .- 21 -7 总结总结与展望 .- 22 -致谢 .- 23 -参考文献 .- 24 -附录 原理图 .- 25 -附录 元器件清单 .- 26 -附录 源程序清单 .- 27 -温州大学瓯江学院本科毕业论文- 1 -1 绪论1.1 前言随着生活水平的提高，人们对娱乐要
7、求越来越高，音乐播放器就是一个典型的产品，产品设计的越来越小，功能越来越强大，价格又要降下来。而单片机因其优越的性价比和灵活性的功能配置而被广泛的应用于各种领域，且基于无线设计，使音乐播放器摆脱有线的束缚，更加方便、更具娱乐性。1.2 背景与意义 随着社会的发展，人们期望着能随时随地、不受时空限制地进行信息交换。当今的各种智能化控制系统也离不开数据信息的传输。其中，无线数据传输区别于传统的有线传输的新型传输方式，系统不需要传输的线缆、成本低廉、施工简单。无线数据传输如下的优点使其日益得到广泛的应用：1)省去了通信设备之间的连线，特别是在不易接线或接线费用较高区域(如有历史意义的建筑物、河流、山
8、脉等障碍)更具优势，甚至某些场合只能采用无线数据传输方式(如民航飞机的导航)；2)设备的可移动性、安装的方便性、组网的灵活性等。目前，蓝牙、IEEE802.11 等无线局域网协议及其技术的研究、开发和应用正如火如荼地进行，也预示着无线通信在未来的信息交换中将发挥出更大的作用。随着计算机、通信和无线技术的逐渐地融合，在传统的有线通信的基础上，无线通信技术应运而生，它具有快捷、方便、可移动和安全等优势，所以广泛应用到遥控玩具、汽车电子、环境监测和电气自动化等。现在，有很多的电器产品(如一些家用电器)的操作控制也都采用了无线数据传输方式，一些无线数据传输功能相对简单的电器产品，其无线数据传输信号的识
9、别与译码大多采用单片机。如今，大部分编码调制芯片配套的译码芯片都内置到无线通信模块里，从而可使单片机做更多复杂的任务。在数字音乐播放器发展方面，功能越来越强大，但价格也随之上涨。用单片机设计音乐播放器，则性价比较高，但基于无线通信的音乐播放器就很少。在一些应用场合中，音乐播放器受到有线通信的束缚，不便使用，这时就需要无线数据传输，本设计就是基于无线收发模块来实现无线音乐播放系统。1.3 设计任务本设计主要任务是制作一个基于 nRF24l01 的无线音乐播放器设计，此系统能够实现无线控制音乐的播放。先用单片机设计一个音乐播放器，再用无线模块 nRF24l01 实现无线控制。主要设计要求：（1）学
10、会并掌握单片机的硬件电路设计；（2）理解无线通信 nRF24l01 的编写方法和程序流程；本科毕业论文- 2 -（3）设计单片机间无线数据传输的硬件原理图；（4）编写软件程序，包含单片机间无线通信的软件设计和音乐播放器的设计；（5）调试并实现单片机的无线音乐播放器系统的设计；本科毕业论文- 3 -2 系统总体设计方案本文设计的基本内容是以单片机间的通信为核心，并辅以音频电路和无线模块外围电路，通过对单片机的编程来设计出单片机无线音乐播放器系统。由于系统模块如图 2-1 所示：无线技术方案有以下几种选择：（1） 红外技术，红外技术有效接收距离短，且无法支持多位传输；电力消耗大，抗干扰性能差。（2
11、） 27MHz 射频技术，接收距离短，传输速率较低，抗干扰能力一般，只能进行单向信号传输，容易出现信号中断金额无线频段互相干扰的现象。（3） 调频技术，传输距离较长，可全方位接收信号，抗干扰能力较高，仅支持单向信号传递。（4） 蓝牙技术，在传输距离、速度等方面具有绝对优势，但在微处理器和协议使用许可方面的高要求，使得产品价格一直居高不下。（5） 2.4GHz 技术，传输速率可媲美蓝牙，功耗却大大降低；采用完全开放式的网络协议，在价格上具有绝对优势；传输距离可达 10 米。通过性价比选择工作于 2.4 GHz2.5 GHz ISM 频段的无线模块 nRF24Ll01 较为合适，其传输距离也足够日
12、常的音乐欣赏。软件部分为单片机程序设计，主要是对无线模块软件设计、音频模块软件设计和案件控制软件。其通过 KEIL 软件，用 C 语言来实现相应的功能，并通过 U-EC5 下载程序。图 2-1 无线音乐播放器系统硬件框图本科毕业论文- 4 -3 无线通信系统的介绍3.1 无线通信系统的构成无线通信(Wireless communication)是利用电磁波信号可以在自由空间中传播的特性进行信息交换的一种通信方式。近些年信息通信领域中，发展最快、应用最广的就是无线通信技术。利用电磁波作为传输介质的通信系统称为无线通信系统。典型的无线通信系统的组成框图如图 3-1：信源 调制传输介质基带频率变换功
13、率放大发射机高频放大频率变换解调接收机信宿电磁波图 3-1 无线通信系统结构框图 可见，无线通信系统一般有发信机、收信机以及与其相连的天线（含馈线）构成。1发信机发信机的主要作用是将所要传送的信号首先对载波信号进行调制，形成已调载波；已调载波信号经过变频(有的发射机不经过这一步骤)成为射频载波信号，送至功率放大器，经功率放大后送至天(馈)线。图 3-2 是一种短波发信机的组成框图。调制器中频放大器变频器 滤波器信号输入功率放大器至天线（ 含馈线 ）激励器图 3-2 一种短波发信机的组成框图2天线天线是无线通信系统的重要组成部分。其主要作用：是把射频载波信号变成电磁波或者把电磁波变成射频载波信号
14、。按照规范性的定义， “天线就是把导行模式的射频电流变成扩散模式的空间电磁波的传输模式转换器，及其逆变换的传输模式转换器” 。馈线的主要作用：是把发射机输出的射频载波信号高效地送至天线。这一方面要求馈线的衰耗要小；另一方面其阻抗应尽可能与发射机的输出阻抗和天线的输入的阻抗相匹配。3收信机收信机的主要作用是把天线接收下来的射频载波信号首先进行低噪声放大，然后经过变频(一次、两次甚至三次变频)、中频放大和解调后还原出原始信号，最后本科毕业论文- 5 -经低频放大器放大后输出。图 3-3 是一种短波收信机的组成框图。低噪声放大器第一变频器第二变频器第一中频放大器射频载波信号低频放大器原始信号输出信频
15、器 本振源解调器图 3-3 一种短波收信机的组成框图 3.2 无线通信工作方式无线通信的工作方式可分为单向通信方式和双向通信方式两大类别，而后者又分为单工通信方式、双工通信方式和半双工通信方式三种。1单向通信方式所谓单向通信方式就是通信双方中的一方只能接收信号，而另一方只能发送信号，不能互逆。收信方不能对发信方直接进行信息反馈。例如：陆地移动通信系统中的无线寻呼系统就采用这种工作方式。BP 机(或 BB 机)只能收信而不能发信，反馈信息只能通过“打电话”间接地来完成。2双向通信方式(1) 单工通信方式通信双方只能交替地进行发信和收信，不能同时进行。如图 3-4 所示。送话器受话器送话器受话器“
16、 按 - 讲 ”开关“ 按 - 讲 ”开关图 3-4 单工通信方式示意图例如：常用的对讲机就采用这种通信方式，平时天线与收信机相连接，发信机也不工作。当一方用户讲话时，接通信时，接通“按-讲”开关，天线与发信机相连（发信机开始工作） 。另一方的天线接至收信机，因而可收到对方发来的信号。(2) 全双工通信方式通信双方可同时发信与收信，即双方同时处于收信与发信状态。这时收信与发信必须采用不同的工作频率。用户使用时与“打电话”时的情况一样。这时通信双方的设备一般通过双工器来完成这种功能。如下图 3-5 所示。本科毕业论文- 6 -送话器受话器送话器受话器双工器 双工器图 3-5 全双工通信方式示意图(3) 半双工通信方式通信双方可同时发信和收信。但发信时要按下“按-讲”开关。如图 3-6 所示。送话器受话器送话器受话器双工器双工器送话器受话器“ 按 - 讲 ”开关图 3-6 半双工通信方式示意图
