1、11 引言伴随着短距离、低功率无线数据传输技术的成熟，无线数据传输被越来越多地应用到新的领域。与有线通信方式相比，无线通信以其不需铺设明线，使用便捷等一系列优点，在现代通信领域占重要地位。但以往的无线产品存在范围和方向上的局限。例如，一些无线产品在使用时，无法将信息反馈给控制者；还有一些无线产品不能很好地显示参数或状态信息，如果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的改变，而且可以大大降低成本。正如人们所发现的，只要建立双向无线通信-双工通信并且选择成本低的收发芯片，就会出现许多新应用。本次设计主要是利用无线收发电路，加上单片机控制与液晶显示制成一套完整的数据收发
2、系统。考虑到目前市场上的一些需求，设计的主要要求是方案成本低，体积小，低功耗，集成度高，尽量无需调外部元件，传输时间短，接口简单。nRF401 是国外最新推出的单片无线收发一体芯片，它在一个 20 脚的芯片中包括了高频发射、高频接收、PLL 合成、FSK 调制、多频道切换等功能，并且外围元件少，便于设计生产，功耗极低，集成度高，是目前集成度较高的无线数传产品，它为低速率低成本的无线技术提出了解决方案。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。本系统由于实际应用的需要，接收器和数据终端之间的数据传输通过 nRF401 进行，构成点对点无线数据传输系统
3、。整个系统中，两数据终端之间的无线通信采用 433MHz 的频段作为载波频率，收发通过串口通信。 无线数据收发系统可以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，系统原理如图 2-1 所示：图 2-1 无线数据收发系统原理图无线收发器按键单片机系统无线收发器液晶显示屏单片机系统22.2 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的信息。按键与单片机AT89S52 的 P3.2-P3.5 口相接，单片机的 P1.0 口控制信息的发送与接收，并且 TXD端与收发器输入端相连，通过 TXD 将数据传入收发器，收发器接收到数据后，通过FSK 调制，将信号发送出去；接收
4、端的收发器通过解调，将载波信号转换为数字信号，完成信息传输过程；收发器的输出端通过 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，这样就完成了一次数据发送与接收并显示的过程。本系统采用的是半双工传送方式。 所谓半双工就是通信的双方均具有发送和接收信息的能力，信道也具有双向传输性能，但是，通信的任何一方都不能同时既发送信息又接收信息，即在指定的时刻，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的过程，而相反方向与其原理相同。无线数据收发系统的电路图见附录 3。3 收发部分原理与设计nRF401 是一种基于短程无线通信技术的芯片。收发部分采用 nRF401 芯
5、片，其引脚 DIN 与单片机的 TXD 相连，需要发射的数字信号通过 DIN 输入；引脚 DOUT 与单片机的 RXD 相连，解调出来的信号经过 DOUT 输出进入单片机。3.1 无线收发芯片 nRF401介绍 13.1.1 主要引脚功能XC11VDD2VCC3FILT14VCO15VCO26VSS7VDD8DIN9DOUT10 RF_PWR 11FREQ 12VDD 13VSS 14ANT2 15ANT1 16VSS 17PWR_UP 18TXEN 19XC2 20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的逻辑电
6、平信号，需要发射的数字信号通过 DIN 输入，解调出来的信号经过 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：高电平允许发送数据，低电平允许接收数据。(5) ANT1、ANT2：天线接入端。33.1.2 内部结构与工作原理nRF401 无线收发芯片的结构框图如图 3-2 所示：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）
7、，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，这个被变换的信号在送入解调器（DEM）之前被放大和滤波，经解调器解调，解调后的数字信号在 DOUT 端输出。在发射模式中，压控振荡器（VCO）的输出信号是直接送入到功率放大器（PA） ，DIN 端输入的数字信号被频移键控后馈送到功率放大器输出。由于采用了晶体振荡器和 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的数传频率 433MHz；具有
8、 FSK 调制和解调能力，抗干扰能力强，特别适合工业控制应用；采用 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；具有 2 个信号通道，适合需要多信道工作的特殊场合；工作电压在+35V 之间，最低工作电压为 2.7V；它还提供进一步降低电流消耗的待机模式，接收待机状态仅为 8A；仅需外接一个晶体和几个阻容、电感元件，即可构成一个完整的射频收发器。nRF401接收机使用频移键控(FSK)调制方式，改善了噪声环境下的系统性能。与幅移键控(ASK)方式相比，这种方式的通信范围更广，特别是在附近有类似设备工作的场合。3.2 FSK调制 3本系统中的 nRF
9、401 是具备 FSK 调制的无线收发芯片。所谓 FSK 调制，就是频移键控，又称数字频率调制，是数字通信调制方式的一种，由于其方法简单、易于实现、抗噪声和抗衰落性能较强以及解调不须恢复本地载波等优点而在现代数字通信系统的低、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的开关电路，对于两个不同的独立频率源进行选通。它有两个独立的振荡器，数字基带信号控制开关，选择不同频率的高频振荡信号实现 FSK 调制。图 3-3 为频率键控法原理框图。4101信 号FSK21f2f 1f2f调 频 器模 拟 )(FSK2te)(ts振 荡 器）（二 进 信 息NRZ倒
10、相振 荡 器 门 相 加门2f1f)(b)(a )(FSK2te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 。如果产生 f1， f2 的两个震荡器是互相独立的，则输出 2FSK 信号的相位是不连续的。震荡器的频率 f1，f2 可以直接是所需的载频，也可以是低频范围通过混频、倍频方式搬移到载频范围。3.2.2 FSK信号波形图已调信号的时域表达式为“0cos122tAteFSK图 3-4 2FSK 信号的波形3.3 时序参数nRF401 有 3
11、 种工作模式：接收模式（RX）、发射模式（TX）和等待模式（Standby）。工作模式可由 2 个引脚设定，分别是 TXEN 和 PWR_UP。因此通过单片机控制 nRF401 的工作模式，使其在接收、发射、等待任一种状态之间转换。(1) TXRX 之间的切换当从 RXTX 模式时，数据输入脚（ DIN）必须保持为高至少 1ms 才能发送数据，时序如图 3-5（a） 。当从 TXRX 模式时，数据输出脚（ DOUT）至少 3ms 以后有数据输出，如图 3-5（b） 。（3.1）5图 3-5 TX 与 RX 转换的时序图(2) StandbyRX 、Standby TX 的切换从待机模式到接收模
12、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，t SR最长的时间是 3ms，如图（a） 。从待机模式到发射模式，所需稳定的最大时间是 tST，如（b） 。图 3-6 StandbyRX 、StandbyTX 的时序图(3) Power UpTX 、Power UpRX 的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 的输入脚必须保持为低，以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 必须保持 1ms 以后才可以往 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
13、，DOUT 也不会有数据输出，直到电压稳定达到 2.7V 以上，并且至少保持 5ms。0Std. by to TXStd. by to RXVDD VDDPWR-UP PWR-UPTXEN TXEN DOUT DINms ms2 4 20 420DOUTTXENPWR-UPVDDTX to RXms420DINTXENPWR-UPVDDRX to TXRX to TX4(a)ms(b)(a) (b)TXEN6图 3-7 Power UpTX 、Power Up RX 时序图3.4 应用电路设计3.4.1 电路组成nRF401 无线收发芯片的应用电路 5，如图 3-8 所示：22pFC122pF
14、C2820pFC3 15nFC42.2uFC522nFC6 1nFC7 100pFC8100pFC93.3pFC105.6pFC114MX11MR14.7KR222KR318KR4DNDOUTTXENPWR_UPFREQ+3VXC11 VDD2VCC3 FILT14VCO15 VCO26VSS7 VDD8DIN9 DOUT10 RF_PWR 11FREQ 12VDD13VSS 14ANT2 15ANT116VSS 17PWR_UP 18TXEN19XC2 20nRF401U1JQ4*图 3-8 nRF401 的 433Mhz 应用电路(1) 输入输出当 nRF401 是接收模式时，ANT1 和
15、 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=4.7k(3) VCO 电感芯片的 VCO 电路需要外接一个 VCO 电感，这个电感是非常关键的，需要一个高质量的片式电感，Q 值大于 45，最大误差2%。VDD=0 to RXVDD=0 to TXVDDPWR-UPTXEN TXEN DOUT(b)ms6420ms420(a)DINTXEN TXEN PWR-UPVDD7(4) 晶振电路晶体振荡器
16、需要外接晶振，晶振的特性要求是：并联谐振频率 f=4MHz，并联等效电容 C05pF，晶振等效串联电阻 RESR150，全部负载电容，包括印制板电容CL14pF。负载电容 CL如下式所示： （3.2） 式中 和 ， 和 是电路板的寄生电容。22PCB 11PCB 1PB2C(5) RF 输出功率连接在 RF_PWR 端和 VSS 之间的电阻 R3 可以设置输出功率，最大发射功率可以调整到+10dBm。3.4.2 印刷电路板设计(1) nRF401 电路的 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，按本论文中的图3-8 所示。 在 Prote
17、l DXP 软件中按照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，最后调整整个电路板，将其实现 3D 功能。 查看模拟的 PCB 板后，实现制作 10。首先生成报表和网络表，设置电路图中已有的仿真模型的器件。在 Protel DXP软件中运行电路仿真。并观察记录有关电路仿真过程中的波形图。再进行对电路板 1：1 的打印。最后，将加工成形的 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，如下图所示：2L8图 3-9 应用电路印制电路板图
18、(2) PCB 板设计要求印刷电路板（PCB）的设计直接关系到射频性能，为了获得较好的 RF 性能，PCB设计至少需要两层板来实现，PCB 分成射频电路和控制电路两部分布置。nRF401 采用 PCB 天线，在天线的下面没有接地层。射频部分的电源与数字电路部分的电源分离。为了减少分布参数的影响，在 PCB 应该避免长的电源走线，所有元件地线，VDD连接线必须离 nRF401 尽可能的近。nRF401 的电源必须经过很好的滤波,并且与数字电路供电分离，在离电源脚 VDD 尽可能近的地方用高性能的电容去耦。PCB 板顶层和底层最好敷铜接地，把这两层的敷铜用较多的过孔紧密相连,再将 VSS 脚连接到
19、敷铜面。所有开关信号和控制信号都不能经过 PLL 环路滤波器元件和 VCO 电感附近。4 控制部分原理控制电路主要组成部分为单片机 AT89S52，通过 AT89S52 与 nRF401 进行串行通信，并用其控制 nRF401 的 TXEN 端，来调整收发状态。AT89S52 还控制液晶屏的显示和按键等一些工作。4.1 AT89S52功能介绍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 的可重复编程的 Flash 存储器和 256 bytes 的随机存取数据存储器（RAM） ，3 个 16 位可编程定时计数器，1 个
20、全双工串行通信口，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准 MCS-51 指令系统。AT89S52 可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。其将通用的微处理器和Flash 存储器结合在一起，特别是可反复擦写的 Flash 存储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、程序存储器(ROM)、数据存储器(RAM)、定时器/计数器、并行 I/O 口、串行 I/O 口和中断系统等几大单元以及数据总线、地址总线和控制总线三大总线构成。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)是整个单片机的核心部件，能
21、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的工作，完成运算和控制输入输出功能等操作。(2) 程序存储器AT89S52 共有 8KB 个 E2PROM，用于存放用户程序，原始数据或表格。(3) 数据存储器（RAM）AT89S52 内部有 128 个 8 位用户数据存储单元和 128 个专用寄存器单元，它们是统一编址的，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9于存放用户数据，所以，用户能使用的 RAM 只有 128 个，可存放读写的数据，运算的中间结果或用户定义的字型表。图 4-1 内部结构框图(4) 并行输入输出口AT89S52 共有 4 组
22、8 位 I/O 口(P0、 P1、P2 或 P3)，用于对外部数据的传输。(5) 串行输入输出口AT89S52 内置一个全双工串行通信口，用于与其它设备间的串行数据传送，该串行口既可以用作异步通信收发器，也可以当同步移位器使用。(6) 定时/计数器AT89S52 有三个 16 位的可编程定时/计数器，以实现定时或计数功能，并以其定时或计数结果对单片机进行控制。(7) 中断系统AT89S52 具备较完善的中断功能，有两个外中断、三个定时/计数器中断和一个端 口 0驱 动 器 端 口 2驱 动 器RAM（ 128） 端 口 0锁 存 器 端 口 2锁 存 器 ROM（ 4K8） 程 序 地 址 寄
23、 存 器缓 冲 器PC加 1寄 存 器程 序 计 数 器 PC数 据 指 针 DPTR堆 栈 指 示 器 SPPCONSCONTMODTCONTH0L0H1L1SBUF（ TX） SBUF（ RX） IE中 断 、 串 行 口 和 定 时 器RAM地 址寄 存 器 ACB寄 存 器 ALU状 态 寄 存 器暂 存 器 2暂 存 器 1定 时与控 制 指 令寄 存器 端 口 1锁 存 器 端 口 3锁 存 器端 口 1驱 动 器 端 口 3驱 动 器XTAL1XTAL2P0. 0.7P2.0 2.7P1.0 1.7 P3.0 3.7ALERSTPSNVcs（ 5）10串行中断，可满足不同的控制要
24、求，并具有两级的优先级别选择。4.1.2 引脚功能 图 4-2 AT89S52 芯片引脚图(1) 电源和晶振VCC：供电电压。GND：接地。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。(2) I/O 口 P0 口P0 口的字节地址为 80H，位地址为 80H87H。P0 口既可以作为通用 I/O 口使用，也可以作为单片机系统的地址/数据线使用。当作为输出口使用时，由于输出电路是漏极开路，必须外接上拉电阻才能有高电平输出。 P1 口P1 口的字节地址为 90H，位地址为 90H97H。P1 口只能作为通用 I/O 口使用。当作为输出口使用时，已能对
25、外提供推拉电流负载，外电路无需再接上拉电阻；当作为输入口使用时，应先向其锁存器写入“1” ，使输出驱动电路的 FET 截止。 P2 口P2 口的字节地址为 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。此外，P2 口也可作为通用 I/O 口使用。 P3 口P3 口的字节地址为 0B0H，位地址为 0B0H0B7H。P3 口可以作为通用 I/O 口使p1.01 p1.12p1.23 p1.34p1.45 p1.56p1.67 p1.78RST/VPD9 RXD/P3.010TXD/P3.111 INT0/P3.212INT1/P3.3
26、13 T0/P3.414T1/P3.515 WR/P3.616RD/P3.717 XTAL218XTAL119 GND20 P2.0 21P2.1 22P2.223P2.3 24P2.4 25P2.526P2.6 27P2.7 28PSEN29ALE/PROG 30EA/VPP 31P0.732P0.6 33P0.5 34P0.435P0.3 36P0.2 37P0.138P0.0 39VCC 4011用，但在实际应用中它的第二功能信号更为重要。P3 口引脚的第二功能，如下所示： P3.0 RXD（串行输入口）P3.1 TXD（串行输出口）P3.2 /INT0（外部中断 0）P3.3 /INT
27、1（外部中断 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（外部数据存储器写选通）P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）(3) 4 根控制线 RST：复位信号。保持 RST 脚两个机器周期以上的高电平，就可以完成 CPU 系统复位操作，使系统的一些单元内容回到规定值。 /PSEN：外部程序存储器读选通信号。在读外部 ROM 时，/PSEN 有效（低电平） ，以实现外部 ROM 单元的读操作。 /EA/VPP：访问程序存储器控制信号。当/EA 信号为低电平时，对 ROM 的读操作限定在外部程序存储器；而当/EA 为高电平时，则对 ROM 的读
28、操作是从内部程序存储器开始，并可延续至外部程序存储器。 ALE/PROG：地址锁存控制信号。在系统扩展时，ALE 用于控制 P0 口输出的低 8位地址送入锁存器锁存起来，以实现低位地址和数据的分时传送。此外由于 ALE 是以六分之一晶振频率的固定频率输出的正脉冲，因此也可作为外部时钟或外部定时脉冲使用。4.2 串口通信通信主要有两种方式：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的各位同时进行传送的通信方式，而串行通信 14是指每个字节的各位分别进行传送的通信方式。4.2.1 串口通信方式AT89S52 串行口可设置四种工作方式，可有 8 位、10 位和 11 位帧格式。本系统中，
29、AT89S52 采用串行口工作于方式 1，即每帧 10 位的异步通信格式：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，串行口选择方式 1。其帧格式为： 图 4-3 帧格式图4.2.2 串行通信控制寄存器停止起始 D6 D7D0 D1 D2 D3 D4 D512(1) 串行控制寄存器(SCON)SCON 的地址为 98H，用于选择串行口的工作方式和指示串行口的工作状态。各位含义如下： SM0、SM1：串行口工作方式选择位。 SM2：多机通信选择位。 REN：串行口允许接收位。 1时允许接收， 0时禁止接收。 TI： 串行口发送中断标志位。在方式 1 中
30、，于发送停止位之前，由硬件置位。因此 TI=1，表示帧发送结束。 RI： 串行口接收中断标志位。在方式 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 的地址为 99 H，用来存放需发送和接收的数据，它由两个独立的寄存器组成，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） 。当执行写 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 的地址为 87H，该寄存器的最高位（SMOD）是串行口波特率的倍增位，当SMOD=1
31、时，串行口波特率加倍。系统复位时，SMOD=0。(4) 中断允许寄存器（IE）在 IE 中，ES 位为串行中断允许控制位。ES=0 时禁止串行中断，ES=1 时允许串行中断。4.2.3 数据发送与接收(1) 数据发送在不发送数据时，TXD 端保持高电平。当执行写 SBUF 的指令时，便启动一次发送过程；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步。接下来发送 8 位数据，先发送低位，最后发送的是高电平的停止位。(2) 数据接收REN=1，CPU 允许串行口接收数据，接收数据开始于检测到 RXD（P3.0）端发生一个“1”到“0”的跳变。先接收起始位，然后依次将采
32、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；如果上述条件不满足，则数据丢失。(3) 波特率的设定13串口方式 1 的波特率是可变的，由定时器 T1 的溢出率决定：其中，SMOD 为 PCON 寄存器最高位的值。溢出率为溢出周期的倒数，假定计数初值为 X，则计数溢出周期为其中，fosc 为晶振频率。则波特率计算公式为：由波特率算出计数初值，以便进行定时器的初始化。初值 X 确定如下： 5 显示部分HY-1286412是使用 HD61202 作为列驱动器，同时使用 HD61203 作为行驱动器的液晶模块
33、，共有两片 HD61202 和一片 HD61203。由于 HD61203 不与 MPU 发生联系，只要提供电源就能产生行驱动信号和各种同步信号，比较简单，所以不做介绍。HD61202 是一种带有列驱动输出的液晶显示控制器，它可与行驱动器 HD61203配合使用，组成液晶显示驱动控制系统。5.1 HD61202功能简介5.1.1 特点(1) 内藏 6464=4096 位显示 RAM，RAM 中每位数据对应 LCD 屏上一个点的亮、暗状态；(2) HD61202 是列驱动器，具有 64 路列驱动输出；(3) HD61202 的占空比为 1/32-1/64。5.1.2 引脚功能CS1,CS2：芯片片
34、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。溢 出 率定 时 器波 特 率 132TSMOD （4.1）)256(1fosc溢 出 周 期（4.2）fscSMOD256132波 特 率（
35、4.3）波 特 率8426SMODfoscX（4.4）145.2 HD61202的指令系统(1) 显示开/关指令R/W RS DB7 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 中的内容；DBO=0 时，关闭显示。(2) 显示起始行（ROW）设置指令R/W RS DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB00 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的显示 RAM 的行号，有规律的改变显示起始行，可以使 LCD 实现显示滚屏的效果。(3) 页（RAGE）设置指
36、令R/W RS DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB00 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 RS DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB00 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 中的一个单元，这样 MPU 就可以用读、写指令读出该单元中的内容或向该单元写进一个字节数据。(5) 状态指令R/W RS DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB01 0 BUSY 0 ON/OFF R
37、EST 0 0 0 0该指令用来查询 HD61202 的状态，各参量含义如下：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，以确定是否可以对 HD61202 进行操作。15(6) 数据指令R/W RS DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB00 1 写 数 据(7) 读数据指令R/W RS DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB01
38、1 读 显 示 数 据读、写数据指令每执行完一次读、写操作，列地址就自动增 1，必须注意进行读操作之前，必须有一次空读操作，紧接着再读才会读出所要读的单元中的数据。5.3 显示电路在 AT89S52 的 P3.6 和 P3.7 口接入四-二输入与非门芯片 74LS00 来控制显示器的读写使能信号端；显示器的 8 根数据总线接在 AT89S52 的 P0 口，实现数据传输；在显示器的 V0 口接一电位器，由于液晶的对比度会随着温度的变化而相应变化，所以加电位器可以调节液晶的对比度。图 5-1 收发系统显示电路6 软件设计无线数据传输主要由无线数据收发器、AT89S52 单片机、显示器和按键组成，
39、收发器与 AT89S52 间用串行口通信。整个系统的各个部分都是服务于无线数据传输这个目的。所以，在整个系统的软件设计中，无线数据的传输是最为重要的。这里使用汇编语言编写单片机控制程序。控制系统 CPU 采用 AT89S52 单片机，nRF401 芯片发射/接收模式由程序控制，当有控制发送的按键按下时，nRF401 为发射状态，P1.01 P1.12P1.23 P1.34P1.45 P1.56P1.67 P1.78RST9 P3.0(RXD)10P3.1(TXD)11 P3.2(INT0)12P3.3(INT1)13 P3.4(T0)14P3.5(T1)15 P3.6(WR)16P3.7(RD
40、)17 XTAL218XTAL119 GND20 P2.0(A8) 21P2.1(A9) 22P2.2(A10)23P2.3(A11) 24P2.4(A12) 25P2.5(A13)26P2.6(A14) 27P2.7(A15) 28PSEN29ALE/PROG 30EA/VPP 31P0.7(AD7)32P0.6(AD6) 33P0.5(AD5) 34P0.4(AD4)35P0.3(AD3) 36P0.2(AD2) 37P0.1(AD1)38P0.0(AD0) 39VCC 40AT89C51U112MHzY122PC122P C2VSS1 VDD2 V03RS4 R/W5 E6DB07 DB
41、18 DB29DB310 DB411 DB512DB613 DB714 CS115CS216 RST17 VEE18LEDK19 LEDA20HY128X64LCM+5V +5VDB0DB1DB2DB3DB4DB5DB6DB7DB0DB1DB2DB3DB4DB5DB6DB7RSRSRWRWCECS2CS1CS1CS210KR4WRRD+5VT1123 7400U4AVCC16其余的时候 nRF401 始终处于接收状态。DOUT、DIN 分别和单片机的 RXD 和 TXD 端相连，作为发射和接收时的数据传输。TXEN 和 P1.0 端相连，由单片机的 P1.0 端对其发射还是接收进行程序控制。6
42、.1 主程序流程图当单片机上电开始执行之后，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，则执行相应的键盘子程序；若单片机判断接收到数据，则开始进行 CRC 校验 14，如果数据正确就通过液晶显示传送的信息。主程序流程图见图 6-1。图 6-1 主程序流程图开始初始化设置串口工作方式NYNN 判断是否有按键按下执行相应的程序判断是否接收到数据CRC 校验是否正确数据处理送入显示扫描键盘，同时判断是否有数据接收YY176.2 液晶显示子程序流程图液晶显示模块 HY-12864 内有一个忙标志位 ACC.7，它反映了控制器 HD612
43、02 内部运行时序状态。当 ACC.71 时，表示内部操作正在运行，不能接受外部数据；当ACC.70 时，表示已准备好接收，可以随时接收单片机发来的数据和命令，这是HY-12864 向单片机发出的唯一联络信号。液晶显示子程序流程图见图 6-2。图 6-2 液晶显示子程序流程图6.3 数据收发子程序流程图单片机 AT89S52 控制 nRF401 的收发状态、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始终处于 入口对 HY-12864 初始化写入显示设置命令ACC.7=0？延时 1ms获得显示 RAM 地址YN延时 1ms检
44、测忙信号写入相应的数据数据显示完毕返回主程序18“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 接收到输入的低电平信号，从脚送出高电平至 P1.0 脚，使 nRF401 进入发射状态。数据收发子程序流程图见图 6-3。图 6-3 数据收发子程序流程图6.4 键盘子程序流程图下图为键盘子程序流程图，此流程图的含义是：当有按键按下时，程序开始进行判断是哪个按键按下，判断完毕后则转向相应的键处理子程序，进行字符的输入或命令的处理，并通过按键 4 把要发送的数据进行 CRC 校验编码，再把编码后的数据发送出去
45、。入口置 nRF401 为接收状态判断按键 4 是否按下置 nRF401 为发射状态数据发射YN键盘扫描有按键按下判断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的数据将要显示的数据 移位19图 6-4 键盘子程序流程图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，控制模块通过一只单排 7 脚的接口控制射频模块，测试的步骤如下：(1) 将控制模块和无线射频模块焊好，检查确认无虚焊、粘焊；(2) 先对控制模块上电进行测试，主要是测试控制模块的串口能否收发数据，测试方法是将控制模块的串口与 PC 机的串口通过 RS232 标准
46、相连接，并将串口的程序写到 AT89S52 上，然后用串口测试软件测试，如果串口能收发数据，便可开始对无线射频模块进行测试；(3) 将无线收发模块与控制模块连接起来，上电进行测试，按照程序，上电时处于接收状态，看是否与程序吻合；(4) 确认射频模块上电处于接收状态后，可测试 nRF401 的第 4 管脚是否为 1.1V 左右，如果是，则说明 VCO 电感设计合理，否则要重新设计 PCB 板，此外，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
47、定的位置，将发射器从远处逐渐靠近接收器，可测到传送的最远距离。(2) 在距离接收器一定的距离时，间隔一段时间就发送数据信息，可测出接收器的接收灵敏度。(3) 比较发射器和接收器的数据显示是否相同，以测试传输数据的正确性。7.2.2 功能测试及分析由于无线通信环境的不确定性，各种环境下的传输效果是不尽相同的，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的吸收等都会对传输的距离产生一定的影响，只能在一个给定的条件下进行测试和评估。因此，分别选择了不同的试验场地来进行实验。(1) 当建筑物很多的时候，数传模块两端均离地面 1.5m（2.0m）高时，能够达到的最佳通信距离为 510m；
48、接收灵敏度为 23 秒；当发送端发送 MESSAGE 时，接收端能准确显示 MESSAGE 这段英文字符。20(2) 在空旷场地，数传模块两端均离地面 1.5m 高时，最远的通信距离能够达到50m；接收灵敏度为 35 秒；当发送端发送字母 A 时，接收端能准确显示。但测试中的通信距离与数据手册上的说明相差较大，原因可能源于调谐天线。在实验中发现，当有人员走动或其它信号出现的时候，通信的距离会变得不稳定，这是由于天线是一个辐射器件，任何环境的改变都会影响天线的性能。测试中还发现，在现场即使没有任何发送器，在nRF401的DOUT引脚上也会观察到微小的连续数字“噪声”。后来通过研究发现，当接收器打
49、开时，环境中的任何信号（数据或噪声）都会被天线捕捉到并被解调。这就是所看到的系统中没有工作的发送器却存在“噪声”的原因。通过对系统数据传输能力的测试，该系统发送和接收数据正确、可靠，各元件工作正常。在硬件连接正确的基础上，利用 nRF401 进行串行数据接收及发送，收到了较好效果。218结论此次设计将应用于无线通信领域，并且针对当前市场上无线产品的不足进行了改进。本文根据 nRF401 的特点，提出了一种将其应用无线数据收发系统的实现方案。此方案采用了较完善的软硬件设计和抗干扰措施，保证了系统工作的安全性和可靠性，是一种较好的设计思路，具有通用性，便于投入实际应用。并且只要稍作改动就可以应用到小区传呼、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、遥测和玩具等其他一些短距离无线通信领域，实现无线数据的双向传输，具有较好的市场应用价值。22参考文献1
