1、 陕西理工学院 课 程 设 计题 目 短距离无线数据收发系统设计 学生姓名 陈 频 学号 1113014162 所 在 院 (系 ) 物 理 与 电 信 工 程 学 院 专业班级 电子 1105 指导教师 秦 伟 完成地点 博远楼 C1019 2014 年 12 月 10 日陕西理工学院 摘 要无线射频技术作为本世纪最有发展前景的信息技术之一，已经得到业界的高度重视。该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。这是一款基于CC1101 通信模块的简单无线通信系统，该系统由发射模块和接收模块组成，以STC89
2、C51 单片机为核心，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。该系统的传输距离可以达到 2km。研究成果对无线通信的普及具有重要意义。关键词：STC89C52；CC1100H 模块；无线收发；AbstractRadio frequency technology as this centurys most promising one of information technology, has been attached great importance to the industry. The technology uses radio frequency t
3、wo-way communication approach to non-contact, automatic target recognition and access to relevant data,high precision,ability to adapt to the environment,strong anti-jamming,quick operation and many other advantages. This is a communication module based on the simple CC1101 radio remote control syst
4、em, the system consists of transmitter module and receiver modules, with STC89C51 MCU core, SCM applications,wireless transceiver applications based on the theory, wireless transceivers for data and status display. The distance of systems transmission up to 2km. The research is important to be exten
5、sively spread in wireless communication.content of this paper includes;Key words: STC89C51; CC1100H; Wireless transceiver陕西理工学院 目 录引 言 .11 设计任务分析 .11.1无线收发原理概述.11.2课题研究的背景和意义 .11.3 设计内容及要求 .12 硬件电路的设计 .22.1 STC89C51微控制器 .22.2 CC1100H通信模块的设计 .32.2.1 CC1100H模块简介 .32.2.2 CC1100H模块底座的设计 .42.3 电源电路的设计 .4
6、2.3.1电源供电方式设计 .42.3.2电源部分对射频电路的抗干扰设计 .42.3.3模块电源解决方案 .52.4 串口的制作 .52.5 单片机与 CC1100H模块的 SPI接口 .63 无线通信模块的程序设计与实现 .63.1 CC1100H模块的配置方式 .63.2 CC1100H模块 SPI接口介绍 .83.3 CC1100H模块无线收发流程 .83.4 CC1100H模块发送接收程序设计 .93.4.1通信模块发送数据的一部分程序及注解 .103.4.2通信模块接收数据的一部分程序及注解 .104 电路调试 .115 结论 .12谢 辞 .13参考文献 .14附 录 .15陕西理
7、工学院 引言 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。而无线通信技术又有着集成化，低功耗，易操作的发展趋势。目前，一些只由微控制器和集成射频芯片构成的无线通信模块不断推出，这种微功率短距离无线数据传输技术在工业、民用等领域得到应用广泛。无线数据传输系统结构微功率短距离无线数据传输技术作为一种无线通信实用技术，一般使用单片射频收发芯片，加上微控制器和少量外围器件构成专用或通用无线通信模块，只要依据命令字进行操作即可实现基本的数据无线传输功能。本课题主要研究的是由 STC89C51 单片机最小系统和 CC1100H 无线通信模块组合而成的无线通信系统。1 设计任务分析 1.1无
8、线收发原理概述无线收发顾名思义，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。1.2课题研究的背景和意义 随着现代通信技术的飞速发展，近距离无线通信技术呈现出良好的发展势头。受到越来越多人的关注。因为在现实生活中存在着许多这样的应用情况，当然传统的无线通信技术虽然能够满足要求，但免不了存在成本高，体积大，功耗大的问题，这时成本小，体积小，功耗低的短距离无线通信技术就发挥了它的优势，尤其在传统无线通信系统难于或者不便于覆盖到的区域，短距离无线通信
9、技术可以在近距离范围内实现相互通信或相关操作。无线数据传输系统已成为当今通信业乃至整个信息业的热点，广泛应用于无线遥控、报警、无线局域网、军事通信等范围，具有一定的实际应用价值。 通常情况下，单片机在获取数据后，还需要将数据传送出去。有线数据传输依赖于有线的线路，例如采用有线的串、并行总线等。有线的线路具有成本比较高、维护不方便等缺点。无线数据传输是在有线数据传输的基础上发展起来的，而无线数据通信则是通过发射模块和接收模块来传送数据的，具有不占空间、成本低、可靠性高、维护方便及传输过程中的干扰小等优点，提高了传输过程中的可靠性。1.3 设计内容及要求 利用 STC89C51 单片机控制无线射频
10、 CC1100H 模块实现数据收发，工作频率433MHz，通信距离 02km。陕西理工学院 要求与数据：（1）实现基本收发并将接收到的数据通过串口在电脑上显示；（2）掌握单片机编程的基本思想，了解 STC89C51 的基本结构与特性；（3）了解 CC1100H 模块的结构，掌握其在无线传输中所起的作用；（4）学习 Keil C51，protel99，串口调试助手等软件的使用方法；（5）掌握 C 语言程序的输入，运行和调试方法。2 硬件电路的设计 2.1 STC89C51微控制器图 2-1 STC89C51 原理图（1）51 单片机原理图如图 2-1 所示，包含下列几个部件： 一个 8 位 CP
11、U； 一个片内振荡器及时钟电路； 4KB 程序存储器； 128B RAM 数据存储器； 可寻址 64kb 外部数据存储器和 64kb 外部程序存储空间的控制电路； 32 条可编程的 I/O 线（4 个 8 位并行 I/O 端口） ； 两个 16 位的定时计数器； 一个可编程全双工串行口； 5 个中断源、两个优先级嵌套中断结构。（2）STC89C51 引脚说明 电源引脚VCC +5V 电源陕西理工学院 VSS 接地端 外接晶体引脚 XTAL1 外接晶振输入端 XTAL2 外接晶振输入端 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。
12、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。 P3.0P3.78 位准双向 I/O 接口，每个引脚还具有第二功能 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，即可实现复位操作。 2.2 CC1100H通信模块的设计 2.2.1 CC1100H 模块简介模块的芯片采用 Chipcon 公司的 CC1101，模块原理如图 2-2 所示，是根据 SmartRF 技术以 0.18mCMOS 工艺制成的一款低成本单片 UHF 收发器，具有
13、功耗低、电压低、体积小、灵敏度高等特点。电路主要工作在 315、433、868 和 915MHz 的 ISM 和 SRD（短距离设备）频率波段，也可以设置为 300348MHz、400464MHz 和 800928MHz 的其它频率。CC1101 集成了一个高度可配置的调制解调器，支持不同的调制格式，其数据传输率最高可达 500kbps。CC1101 在 1.83.6V 的低电压下工作，其灵敏度为-110dBm，在所有工作频率波段上，可编程输出功率为-3010dBm。陕西理工学院 图 2-2 无线通信模块原理图（1）VCC(5V)脚接电压范围为 4.5V 到 5.5V 之间，推荐电压 5V，
14、不能在这个电压区间之外。（2）VCC(3.3V)脚接电压范围为 3V-3.6V 之间，不能在这个区间之外，超过 3.6V将会烧毁模块。这里使用 LM1117-3.3V 芯片转换得到。（3）硬件上面没有 SPI 的单片机也可以控制本模块，用普通单片机 IO 口模拟 SPI不需要单片机 SPI 模块介入，只需添加代码模拟 SPI 时序即可。（4）17 脚、18 脚为接地脚, 需要和母板的逻辑地连接起来。2.2.2 CC1100H 模块底座的设计 CC1100H 模块的 SPI 底座如图 2-3 设计，封装采用标准的 DIP。 图 2-3 CC1100H 模块的底座设计2.3 电源电路的设计2.3.
15、1 电源供电方式设计 本实验供电电源一共设计了三种供电方式。一种是普通外接杜邦线供电接口，这陕西理工学院 种供电模式简洁方便；第二种是采用连接 isp 仿真器下载口供电，此种方法是因为自己有仿真器的缘故加上的，利用的这个仿真器课方便得对程序进行编译仿真，这种方法可以利用电脑的 USB 电源，方便调试，缺点是芯片只能用仿真芯片；第三种是 USB供电电源接法如图 2-4 所示，此种方法是综合上述两种方法的优点，便于在电脑旁调试。图 2-4 USB 供电电路2.3.2 电源部分对射频电路的抗干扰设计射频电路对于电源噪声相当敏感，尤其是对毛刺电压和其他高频谐波。MCU 和其它耗电量大的芯片会在每个内部
16、时钟周期内，短时间突然吸入大部分电流，如果不在 CC1101 的电源供电端采取合适的电源去耦，必将引起电源线上的电压毛刺，在靠近电源输入端加入去耦和旁路电容，如图 2-5 所示。在 CC1100H 模块的电源供电端加入了两个 220F 的去耦电容和 1 个旁路电容，去耦电容能够有效的去除电路之间的耦合效应，旁路电容能够去除高频噪声。在 MCU 和其它芯片的电源供电端也分别加入去耦和旁路电容，以减少电源噪声带来的影响。图 2-5 电源滤波电路2.3.3 模块电源解决方案采用 5V 电压，通过 LM1117-3.3 将其稳压到 3.3V。这种方案的优点是线性稳压芯片的价格便宜，输出电压纹波小。电路
17、接法如图 2-6 所示陕西理工学院 图 2-6 lm1117-3.3连接图2.4 串口的制作串口通信(Serial Communication)，是指外设和计算机间，通过数据信号线、地线、控制线等，按位进行传输数据的一种通讯方式。这种通信方式使用的数据线少，在远距离通信中可以节约通信成本，但其传输速度比并行传输低。主要工作集中在模块化程序的调试，在具体调试过程中需要借助于串行口调试助手来模拟无线遥控开关的工作流程。串口电路如图 2-7 所示，通过数据总线与主控电路相连，该电路由单片机、RS-232 驱动芯片、复位电路、RS232 串口构成。直接将 RS-23 串口接收来的信号转换成微控制器能够
18、识别和处理的信号，或者将微控制器发送的信号通过串口进行通讯，串行信号通过数据总线 P3.0、P3.1 输入，经单片机转换为 TTL 电平 RS-232 信号，经 232接口驱动芯片及 5 个电容组成的转换电路将 TTL 电平 RS-232 信号转换成标准的 RS-232信号。图 2-7 串口电路2.5 单片机与 CC1100H模块的 SPI接口本课设用单片机的 P1 口与 CC1100H 模块相连。相连方式如图 2-8 所示陕西理工学院 图 2-8 MCU 与模块接口图3 无线通信模块的程序设计与实现 无线数据通信最重要的是如何保证系统通信的可靠性,减少通信冲突和降低误码率等问题，这也正是本文
19、开发无线反馈系统的关键。 3.1 CC1100H模块的配置方式 CC1101 具有 14 个命令寄存器（Command Strobe Registers） ，访问这些寄存器将会发起内部状态或模式的改变；有 47 个普通 8 位配置寄存器（Configuration Registers） ，配置这些寄存器可以完成系统参数的选择；还有 12 个状态寄存器（Status Registers） ，读取这些寄存器可以获得 CC1101 的状态信息。CC1101 通过4 线 SPI 兼容接口（SI,SO,SCLK 和 CSn）配置，这个接口同时用作写和读缓存数据。SPI 接口是一种同步串行通信接口，CSn 是芯片选择管脚，当该管脚为低电平时，SPI 接口可以通信，反之不能通信。SI 和 SO 为数字传输管脚，SI 用于数据输入，SO 用于数据输出，SCLK 为同步时钟，在时钟的上升沿数据被写入或读出，PAC 为发送和接收使能端。CC1101 的 SPI 接口的读、写操作工作方式如图 3-1 所示。 图 3-1 CC1101 读写操作时序图在读或是写寄存器时，首先要在 SI 管脚写入寄存器地址字节。地址字节有 8 位，最高位为读写位，后七位为地址位。当执行写寄存器操作时，读写位为 0；当执行读操作时，读写位为 1。无论是读操作还是写操作，在地址字节被写入时，SO 脚上输出一
