1、教学单位 信息工程系 本科毕业论文（设计）题 目 无线投票器的设计 学生姓名 专业名称 电子信息科学与技术 指导教师 2012 年 3 月 17 日I无线投票器的设计摘要：本设计以直流电压源为核心，STC89C52RC增强型单片机为主控制器。单片机系统是无线投票器的核心,它通过软件的运行来控制整个系统的工作，从而完成设定的功能。通过三个数字键盘来进行投票，在投票结束之后，经过编码的投票信息由NRF24L01无线模块发射出去。在接收端，可由液晶屏LCD1602显示实际投票结果。实际结果表明，本系统实际应用于投票领域。关键词：无线；投票器；单片机；NRF24L01；STC89C52RCIIThe
2、design of wireless voting deviceAbstract: In this design, the DC voltage source is the core, the enhanced MCU STC89C52RC is the master. MCU is the core of the wireless voting device, it controls the working of the whole system through the running of the software, so it could achieve the scheduled go
3、al. We could cast a vote through three digital buttons, the voted message will be transmitted by the wireless module NRF24L01 after the vote ends. In the receiver module, the LCD screen will show the result of the vote. It is proved that this design apply to the area of actual voting.Keywords: Wirel
4、ess; voting machine; MCU; NRF24L01; STC89C52RC III目 录1.引言 .12设计要求及方案论证 .22.1 设 计要求 .22.2 设 计方案及 论证 .22.2.1 控制模块方案及论证 .22.2.2 显示模块方案及论证 .23.系统的硬件电路设计 .43.1 主控制器模块的设计 .43.2 NRF24L01 无线模块的设计 .53.3 按键控制模块的设计 .73.4 液晶显示模块的设计 .83.4.1 LCD1602 主要管脚介绍 .83.4.2 LCD1602 控制指令 .93.4.3 液晶显 示模块设计 .103.4.4 读写控制时序表 .
5、103.4.5 LCD1602 的一般初始化过程 .113.4.6 LCD1602 与单片机连接图 .113.5 振荡电路设计模块的设计 .123.6 晶振电路与复位电路设计 .123.6.1 晶振电路 .123.6.2 复位电路 .133.7 电源模块的设计 .144系统软件设计 .164.1 用 C 语言开发单片机的优势 .164.2 系统程序设计流程图 .164.3 软件编译与调试 .174.4 液晶 显示 .194.5 NRF24L01 模块程序设计 .205调试结 果与分析 .245.1 测试仪器 .245.2 测试方法 .245.3 调试过程与分析 .245.4 测试结论 .24参
6、考文献 .25附 录 .26谢 辞 .4411 引言近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断地走向深入，同时带动 传统控制检测技术日新月益更新。投 票 器 ,是 投 票 反 馈 系 统 中 的 终 端 设 备 ， 是 一 种 代 替 常 规 会 议 举 手 表 决 ，会 议 举 手 投 票 ， 民 主 举 手 选 举 的 一 种 装 置 。 投 票 器 系 统 主 要 由 ： 基 站 ， 软 件， 终 端 设 备 三 部 分 组 成 。 可 以 自 由 选 择 实 名 投 票 与 非 实 名 投 票 。使 用 时 ， 与 会 者 只 需 按 动 手 中 投 票 器 上 对 应 的 ， “
7、赞 同 ”“反 对 ”或者 “弃 权 ”即 可 ， 相 应 的 投 票 结 果 会 在 电 脑 中 记 录 并 实 时 显 示 的 屏 幕 上 ， 从而 公 平 公 正 的 展 现 出 来 。随 着 无 线 技 术 的 发 展 ， 以 及 有 线 投 票 器 的 不 方 便 性 ， 无 线 投 票 器 逐 渐 取代 了 有 线 投 票 器 的 市 场 。基于单片机与无线技术的投票器的设计制作过程，以 MCS-51 系列单片机为控制核心设计投票系统的投票发射器与接收器。投票发射器由单片机、三个按键、三个指示灯和 NRF24L01 模块等组成.三个键分别表示不按代表反对，按下代表同意。投票器把投票
8、结果信息编码后通过 NRF24L01 发射出去，接收器接收后，辨别发射传输的信息，可由液晶屏 LCD1602 显示实际投票结果。22 设计要求及方案论证2.1 设计要求单片机在各种电子产品中的应用已经越来越广泛，很多的电子产品利用单片机所取得的便利性得到了人们的好评，针对多路数据采集系统的要求提出了以下的方案：设计一款能进行远程无线投票的设备，由多个投票端和一个控制端所组成，模拟远程投票。其中每一个投票端都有三个按键， “赞成” 、 “反对”和“弃权” 。当投票端进行投票后，由控制端显示投票结果。2.2 设计方案及论证2.2.1 控制模块方案及论证 1方案 1：采用各类数字电路来组成键盘控制系
9、统，进行信号处理，如选用CPLD 等可编程逻辑器件。本方案电路复杂，灵活性不高，效率低，不利于系统的扩展，对信号处理比较困难。方案 2：采用 STC89C52RC 单片机作为这个系统的控制单元，可方便利用单片机内部的定时器等各种资源，方便程序的编写和无线射频模块的操作。 比较以上两种方案的优缺点，方案 1 采用中、小规模器件实现系统的数控部分，使用的芯片很多，造成控制电路内部接口信号繁琐，中间相互关联多，抗干扰能力差。在方案 2 中采用单片机完成整个数控部分的功能，也便于系统功能的扩展。2.2.2 显示模块方案及论证 2 方案 1：使用数码管显示使用多位数码管显示，显示不灵活。方案 2：使用
10、LCD1602 液晶显示液晶显示模块具有体积小、功耗低、显示内容丰富、超薄轻巧等优点。本方案采用 LCD1602，它具有两行显示，每行显示 16 个字符，采用单+5V 供电，3外围电路简单，价格便宜，具有很高的性价比。而数码管虽然便宜，但显示单调。占用过多的 I/O。综上所述，得到系统整体结构框图如图 1 所示。图 1 系统整体结构框图43 系统的硬件电路设计3.1 主控制器模块的设计 3本设计采用 PDIP 封装的 STC89C52RC 芯片为主控制器，该芯片正常工作电压为 5V，支持的最高时钟频率为 80MHz，Flash 程序存储器为 8KB，RAM 数据存储器为 512B,内置看门狗电
11、路，支持 ISP/IAP4。本单片机具有以下优点：（1） 超低功耗。掉电模式：典型功耗为 0.5uA,可由外部中断唤醒，中断返回后，继续执行原程序。空闲模式：典型功耗为 2mA。正常工作模式：典型功耗为 4mA-7mA。（2） 超强抗干扰。I/O 口、电源、时钟、看门狗、复位电路都是经过特殊处理。宽电压，不怕电源抖动，工作电压范围为 3.4 6V。高抗静电（高 ESD 保护），轻松过 2000V。快速冲干扰。控制部分是系统整机协调工作和智能化管理的核心部分，采用 STC89C52RC单片机实现控制功能是其关键，采用单片机不但方便监控，并且大大减少硬件设计。由于本设计分两个板子但上面的单片机最小
12、系统电路是一样的，所以在此仅以发射板单片机电路为例。STC89C52RC 芯片原理图如图 2 所示。5图图 2 STC89C52RC 芯片原理图3.2 NRF24L01 无线模块的设计 5NRF24L01 是 NORDIC 公司最近生产的一款无线通信通信芯片，采用 FSK 调制，内部集成NORDI自己的 Enhanced Short Burst 协议。可以实现点对点或是 1 对 6 的无线通信 6。无线通信速度可以达到 2M（bps）。NORDIC 公司提供通信模块的 GERBER 文件，可以直接加工生产。嵌入式工程师或是单片机爱好者只需要为单片机系统预留 5个GPIO，1个中断输入引脚，就可
13、以很容易实现无线通信的功能，非常适合用来为 MCU 系统构建无线通信功能。发射数据时，首先将nRF24L01配置为发射模式：接着把接收节点地址TX_ADDR和有效数据TX_PLD按照时序由SPI口写入nRF24L01缓存区，TX_PLD必须在CSN为低时连续写入，而TX_ADDR在发射时写入一次即可，然后CE置为高电平并保持至少10s，延迟130s后发射数据;若自动应答开启，那么nRF24L01在发射数据后立即进入接收模式，接收应答信号（自动应答接收地址应该与接收节点地址TX_ADDR一致）。如果收到应答，则认为此次通信成功，TX_DS置高，同时TX_PLD从TX FIFO中清除;若未收到应答
14、，则自动重新发射该数据(自动重发已开启)，若重发次数(ARC)达到上限，MAX_RT置高，TX FIFO中数据保留以便在次重发;MAX_RT或TX_DS置高时，使IRQ变低，产生中断，通知MCU。最后发射成功时,若CE为低则nRF24L01进入空闲模式1;若发送堆栈中有数据且CE为高，则进入下一次发射;若发送堆栈中无数据且CE为高，则进入空闲模式2。6接收数据时,首先将nRF24L01配置为接收模式，接着延迟130s进入接收状态等待数据的到来。当接收方检测到有效的地址和CRC时，就将数据包存储在RX FIFO中，同时中断标志位RX_DR置高，IRQ变低，产生中断，通知MCU去取数据。若此时自动应答开启，接收方则同时进入发射状态回传应答信号。最后接收成功时，若CE变低，则nRF24L01进入空闲模式1 7。NRF24L01 内部结构如图 3 所示，NRF24L01 模块电路图如图 4 所示，NRF24L01 指令系统由表 1 所示 8。图 3 NRF24L01 结构图NRF24L01 模块电路图如图 4 所示。
