基于AVR的無線通信技術(shù)研究

1、本科學(xué)生畢業(yè)論文論文題目：基于AVR的無線通信技術(shù)研究學(xué) 院：電子工程學(xué)院年 級：2008級專 業(yè)：電子信息科學(xué)與技術(shù)姓 名：王阿城學(xué) 號：20086591指導(dǎo)教師：張忠 2012 年 5 月 10 日摘要本作品以控制芯片ATMEGA16控制NRF24L01，簡單的演示了新型的無線傳輸?shù)男阅芗捌錆撛诘囊饬x。NRF24L01是先進的單片射頻收發(fā)芯片，工作于2.42.5 GHz ISM頻段。工作電壓為1.93.6 V，有多達125個頻道可供選擇?？赏ㄟ^SPI寫入數(shù)據(jù)，最高可達10 Mbs，數(shù)據(jù)傳輸率最快可達2 Mbs，并且有自動應(yīng)答和自動再發(fā)射功能。NRF24L01數(shù)據(jù)傳輸率快，數(shù)據(jù)寫入速度高，內(nèi)

2、嵌的功能更完備。在我們的創(chuàng)新制作作品里，我們利用新的技術(shù)，結(jié)合我們課程中學(xué)到的AVR單片機，實現(xiàn)了無線圖像的傳輸。關(guān)鍵詞AVR單片機；NRF24L01；無線圖像的傳輸Abstract This work ATMEGA16 control nRF24L01 to control chip, a simple demonstration of a new type of wireless transmission performance and their potential significance. NRF24L01 is an advanced single-chip RF transcei

3、ver chip, working in the 2.4 2.5 GHz ISM band. The operating voltage of 1.9 3.6 V-, up to 125 channels to choose from. Can write data via SPI, up to 10 Mb / s, the fastest data transfer rate of up to 2 Mb / s, and auto-answer and auto-launch feature. NRF24L01 data transfer rate is fast, write data t

4、o high-speed, embedded more complete. Our innovative production work, we take advantage of new technology, combined with our training program of the AVR microcontrollers, wireless image transmission.Key wordsAVR Microcontroller ；NRF24L01 ；Wireless image transmissionII目錄摘要IAbstractII前言3第一章緒論41.1課題研究的

5、背景41.2開發(fā)意義51.3課題實現(xiàn)的內(nèi)容5第二章 系統(tǒng)功能分析72.1 AVR最小系統(tǒng)72.2 單片機ATMEGA16引腳介紹372.3 AVR外圍硬件線路92.3.1復(fù)位線路的設(shè)計92.3.2 晶振電路的設(shè)計102.3.3 AD轉(zhuǎn)換濾波線路的設(shè)計102.3.4 JTAG仿真接口設(shè)計102.4 LM2596功能102.4.1 LM2596 開關(guān)電壓調(diào)節(jié)器102.4.2 LM2596開關(guān)電壓調(diào)節(jié)器特點102.4.3典型應(yīng)用（固定輸出）112.4.4 LM2596端口用法112.5 LCD12864功能122.5.1 LCD12864模塊的20個引腳定義如下：122.5.2 LCD12864模塊

6、接口說明：132.6 NRF24L01功能132.6.1 NRF24L01作用及原理132.6.2 NRF24L01工作模式142.6.3 待機模式152.6.4 掉電模式162.6.5 數(shù)據(jù)包處理方式162.6.6 NRF24L01電路部分172.6.7 NRF24L01的使用17第三章系統(tǒng)設(shè)計193.1發(fā)射和接收主控板系統(tǒng)電路圖193.2 主電路圖203.3程序流程圖21結(jié)論22參考文獻23附錄一23致謝31前言今天我們已經(jīng)進入了一個無線技術(shù)無所不在的時代。在家中，使用便利的無線電話；出門在外使用手機與遠方的親人通話、發(fā)短消息；開車，6PS系統(tǒng)為我們導(dǎo)航指路；工作，使用無線網(wǎng)卡可以隨時隨地

7、地進行網(wǎng)上辦公等等。隨著技術(shù)的進步，無線通信和無線網(wǎng)絡(luò)將迅速地向我們同常生活中的各個方面擴展，不久的將來我們大部分的電子產(chǎn)品都將是無線并可隨時在線的，一個無線社會很快就將成為現(xiàn)實，并將深刻改變?nèi)藗兊纳罘绞健鹘y(tǒng)的數(shù)據(jù)通信是通過有線電纜實現(xiàn)的。隨著射頻技術(shù)、集成電路的發(fā)展，無線通信功能的實現(xiàn)越來越容易，數(shù)據(jù)傳輸速率也越來越快，抗干擾能力也越來越強，加之短距離無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)成熟，功率小，功能簡單，攜帶方便，開發(fā)簡單快速，使得其在嵌入式短程無線產(chǎn)品中得到廣泛的應(yīng)用。 本文以控制芯片ATMEGA16控制NRF24L01，簡單的演示了新型的無線傳輸?shù)男阅芗捌錆撛诘囊饬x。NRF24L01數(shù)據(jù)傳輸率快，

8、數(shù)據(jù)寫入速度高，內(nèi)嵌的功能更完備。在我們的創(chuàng)新制作作品里，我們利用新的技術(shù)，結(jié)合我們課程中學(xué)到的AVR單片機，實現(xiàn)了無線圖像的傳輸。第一章 緒論1.1課題研究的背景隨著射頻技術(shù)、集成電路的發(fā)展，無線通信功能的實現(xiàn)越來越容易，數(shù)據(jù)傳輸速率也越來越快，抗干擾能力也越來越強，因此，越來越多的場合采用了無線傳輸技術(shù)。無線數(shù)據(jù)傳輸相比于有線傳輸有許多優(yōu)點：1是成本低，省去了大量的布線；2是建網(wǎng)快捷，只需在每個終端連接無線數(shù)傳模塊和架設(shè)適當高度的天線即可； 3是適應(yīng)性好，無線數(shù)據(jù)傳輸在一些特殊的應(yīng)用環(huán)境，比如遇到山地、湖泊、林區(qū)等特殊的地理環(huán)境或是移動物體等布線比較困難的應(yīng)用環(huán)境的時候，能解決因布線困難、

9、電纜接插件松動、短路等帶來的問題；4是擴展性好，采用有線傳輸方式，不能隨意移動，設(shè)備重新布局就要重新布線，但采用無線數(shù)據(jù)傳輸，只需將設(shè)備與無線數(shù)傳模塊相連接就可以了；5是設(shè)備維護容易，有線通信鏈路的維護需沿線路檢查，出現(xiàn)故障時，一般很難及時找出故障點，而采用無線數(shù)據(jù)傳輸方式只需維護數(shù)傳模塊，出現(xiàn)故障時則能快速找出原因。目前應(yīng)用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o線通信技術(shù)主要有藍牙(Bluetooth)，無線局域網(wǎng) (WLAN)802.1lb，微功率超短波無線通信以及基于公用移動通信網(wǎng)絡(luò)(GSM、CD姒)的傳輸方式。藍牙(bluetooth)是一種短距離無線通信技術(shù)。它是一種無線數(shù)據(jù)與語音通信的開放性全球規(guī)范，其實

10、質(zhì)內(nèi)容是為固定設(shè)備或移動設(shè)備之間的通信環(huán)境建立通用的近距無線接口，將通信技術(shù)與計算機技術(shù)進一步結(jié)合起來，使各種設(shè)備在沒有電線或電纜相互連接的情況下，能在近距離范圍內(nèi)實現(xiàn)相互通信或操作。其傳輸頻段為全球公眾通用的24GHz ISM頻段，提供1Mbps的傳輸速率和lOm的傳輸距離(目前大功率的藍牙芯片已經(jīng)可以達到lOOm的覆蓋范圍)。它采用跳頻擴頻FHSS(Frequency Hopping SpreadSpectrum)技術(shù)，具有非常第1章緒論可靠的語音和數(shù)據(jù)傳輸能力，藍牙芯片體積小、功耗低、其應(yīng)用越來越廣泛。但藍牙芯片價格較為昂貴、傳輸距離較短、藍牙技術(shù)尚無國際標準。IEEE8021lb是目I

11、j無線局域網(wǎng)(WLAN)的國際技術(shù)標準。工作在24 GtlZ的ISM頻段，速率最高可達l 1Mbs，電波的覆蓋范圍可達lOOm左右。它采用直接序列擴譜DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum)技術(shù)，增強了抗干擾能力。8021lb無線網(wǎng)絡(luò)的最大優(yōu)點是兼容性，用它來組建大型無線網(wǎng)絡(luò)，運營成本低，投資回報快。目前此種設(shè)備還比較昂貴，妨礙了其推廣和應(yīng)用。微功率無線通信技術(shù)一般使用數(shù)字信號單片射頻收發(fā)芯片，加上少量的外圍元器件和微控制器構(gòu)成無線通信模塊。工作于ISM頻段，即使用戶對其工作機制沒有較深了解，也可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線傳輸功能。因其功率小，投資小，開發(fā)簡單快速而應(yīng)用

12、廣泛?；诠靡苿油ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)(CDMA、GSM)的短消息系統(tǒng)、通用分組交換業(yè)務(wù) (GPRS)等數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)進行數(shù)據(jù)傳輸。其優(yōu)點是：網(wǎng)絡(luò)覆蓋廣，易組成網(wǎng)絡(luò)；通信距離遠、通信穩(wěn)定可靠，抗干擾能力強；在此通信平臺上的開發(fā)簡單易行。特別適用于間斷的、突發(fā)性的和頻繁的、點多分散、中小流量的數(shù)據(jù)傳輸。但是，采用這種無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞?，目前的技術(shù)下數(shù)據(jù)的傳輸速率較低，此外還需支付高昂的通信費用。在上述無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)中，基于8021lb的無線局域網(wǎng)WLAN、藍牙 (bluetooth)，因其硬件設(shè)計、接口方式、通信協(xié)議及軟件堆棧復(fù)雜，需專門的開發(fā)系統(tǒng)，開發(fā)成本高、周期長，最終產(chǎn)品成本也高，在工業(yè)領(lǐng)域中并未得到廣泛

13、的應(yīng)用?；诠靡苿油ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)(GSM、CDMA)的無線數(shù)據(jù)傳輸方式，雖開發(fā)容易，但運營費用高。而普通射頻芯片就不存在這些問題，加之短距離無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)成熟，功率小，功能簡單，攜帶方便，開發(fā)簡單快速，使得其在嵌入式短程無線產(chǎn)品中得到廣泛的應(yīng)用。1.2開發(fā)意義今天我們已經(jīng)進入了一個無線技術(shù)無所不在的時代。在家中，使用便利的無線電話；出門在外使用手機與遠方的親人通話、發(fā)短消息；開車，GPS系統(tǒng)為我們導(dǎo)航指路；工作，使用無線網(wǎng)卡可以隨時隨地地進行網(wǎng)上辦公，等等。隨著技術(shù)的進步，無線通信和無線網(wǎng)絡(luò)將迅速地向我們?nèi)粘Ｉ钪械母鱾€方面擴展，不久的將來我們大部分的電子產(chǎn)品都將是無線并可隨時在線的，一個無線社

14、會很快就將成為現(xiàn)實，并將深刻改變?nèi)藗兊纳罘绞?。因此研究無線通信技術(shù)有著很重要的意義。1.3課題實現(xiàn)的內(nèi)容以單片機ATMEGA16為平臺，使用兩組單片機，一個做主機，一個作從機。主機，即發(fā)射端，用軟件編程，把圖像制作成相應(yīng)格式的編碼，通過AVR單片機，把控制命令和數(shù)據(jù)寫入到NRF24L01。NRF24L01以16位CRC校驗后把命令和數(shù)據(jù)發(fā)射出去。接收端的NRF24L01接收信號之后通過一定的時序傳送給從機ATMEGA16,經(jīng)過單片機處理程序之后，發(fā)送到液晶上面顯示，實現(xiàn)了2.4G的無線圖像傳輸丁化成,耿德根,李君凱.AVR單片機的應(yīng)用設(shè)計M.北京航天航空人學(xué)出版社. 2005.5:15l-1

15、84。第二章 系統(tǒng)功能分析采用ATMEGA16單片機作為微處理器,外圍電路包括高 鵬、安濤.電路設(shè)計與制版PROTEL 99入門與提高M. 人民郵電出版社,2004:62-67：開關(guān)電源電路 AVR最小系統(tǒng) 2.4G無線發(fā)射單元；接收端電路包括：AVR最小系統(tǒng) 開關(guān)電源電路 2.4G無線接收單元 LCD12864液晶顯示單元；2.1 AVR最小系統(tǒng)主控芯片ATMEGA16原理：32 個可編程的I/O 口16K字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程FLASH512 字節(jié)的EEPROM1K字節(jié)的片內(nèi)SRAM32 個通用工作寄存器,所有的寄存器都直接與算術(shù)邏輯單元(ALU) 相連接。在典型的ALU 操作中，兩個位于寄存

16、器文件中的操作數(shù)同時被訪問，然后執(zhí)行運算，結(jié)果再被送回到寄存器文件。用于邊界掃描的JTAG 接口，支持片內(nèi)調(diào)試與編程。片內(nèi)16K字節(jié)的ISP Flash 允許程序存儲器通過ISP 串行接口進行在線程序下載六個可以通過軟件進行選擇的省電模式：空閑模式、ADC 噪聲抑制模式、省電模式、掉電模式、Standby 模式以及擴展的Standby 模式2.2 單片機ATMEGA16引腳介紹3曹巧嬡.單片機原理及應(yīng)用M.北京:電子工業(yè)出版社,2002:45-58引腳說明：圖2-1 ATMEGA16引腳圖VCC 數(shù)字電路的電源GND 接地端口A(PA7.PA0) 端口A 做為A/D 轉(zhuǎn)換器的模擬輸入端。端口A

17、 為8 位雙向I/O 口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對稱的驅(qū)動特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時，若內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時將輸出電流。在復(fù)位過程中，即使系統(tǒng)時鐘還未起振，端口A 處于高阻狀態(tài)。端口B(PB7.PB0) 端口B 為8 位雙向I/O 口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對稱的驅(qū)動特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時，若內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時將輸出電流。在復(fù)位過程中，即使系統(tǒng)時鐘還未起振，端口B 處于高阻狀態(tài)。端口B 也可以用做其他不同的特殊功能端口C(PC7.PC0) 端口C 為8 位雙向I/O 口，具有可編程

18、的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對稱的驅(qū)動特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時，若內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時將輸出電流。在復(fù)位過程中，即使系統(tǒng)時鐘還未起振，端口C 處于高阻狀態(tài)。如果JTAG接口使能，即使復(fù)位出現(xiàn)引腳 PC5(TDI)、 PC3(TMS)與 PC2(TCK)的上拉電阻被激活。端口D(PD7.PD0) 端口D 為8 位雙向I/O 口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對稱的驅(qū)動特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時，若內(nèi)部上拉電阻使能，則端口被外部電路拉低時將輸出電流。在復(fù)位過程中，即使系統(tǒng)時鐘還未起振，端口D 處于高阻狀態(tài)。端口D 也可以用做其他不

19、同的特殊功能RESET 復(fù)位輸入引腳。持續(xù)時間超過最小門限時間的低電平將引起系統(tǒng)復(fù)位。持續(xù)時間小于門限間的脈沖不能保證可靠復(fù)位。XTAL1 反向振蕩放大器與片內(nèi)時鐘操作電路的輸入端。XTAL2 反向振蕩放大器的輸出端。AVCC AVCC是端口A與A/D轉(zhuǎn)換器的電源。不使用ADC時，該引腳應(yīng)直接與VCC連接。使用ADC時應(yīng)通過一個低通濾波器與VCC 連接。AREF A/D 的模擬基準輸入引腳。2.3 AVR外圍硬件線路童詩白,華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)M.北京:高等教育出版社,2006: 123-125,312-330,408-4111.復(fù)位線路2.晶振線路3.AD轉(zhuǎn)換濾波線路4.ISP下載接口5

20、.JTAG仿真接口6.電源2.3.1復(fù)位線路的設(shè)計謝嘉奎, 宣約清, 馮軍. 電子線路非線性部分(第四版) M . 北京: 高等教育出版Mega16已經(jīng)內(nèi)置了上電復(fù)位設(shè)計。并且在熔絲位里，可以控制復(fù)位時的額外時間，故AVR外部的復(fù)位線路在上電時，可以設(shè)計得很簡單：直接拉一只10K的電阻到VCC即可(R0)。為了可靠，再加上一只0.1uF的電容(C0)以消除干擾、雜波。當AVR在工作時，按下S0開關(guān)時，復(fù)位腳變成低電平，觸發(fā)AVR芯片復(fù)位。重要說明：實際應(yīng)用時，如果你不需要復(fù)位按鈕，復(fù)位腳可以不接任何的零件，AVR芯片也能穩(wěn)定工作。即這部分不需要任何的外圍零件。2.3.2 晶振電路的設(shè)計Mega

21、16內(nèi)置RC振蕩線路，可以產(chǎn)生1M、2M、4M、8M的振蕩頻率。2.3.3 AD轉(zhuǎn)換濾波線路的設(shè)計李棠之, 杜國新. 通信電子線路M . 北京: 電子工業(yè)出版社, 2004:43-50社, 2000:56-63為減小AD轉(zhuǎn)換的電源干擾，Mega16芯片有獨立的AD電源供電。建議在VCC串上一只10uH的電感（L1），然后接一只0.1uF的電容到地（C3）。Mega16內(nèi)帶2.56V標準參考電壓。重要說明：實際應(yīng)用時，如果你想簡化線路，可以將AVCC直接接到VCC，AREF懸空。即這部分不需要任何的外圍零件。2.3.4 JTAG仿真接口設(shè)計仿真接口也是使用雙排25插座。需要四只10K的上拉電阻。

22、重要說明：實際應(yīng)用時，如果你不想使用JTAG仿真，并且不想受四只10K的上拉電阻的影響，可以將JP1JP4斷開。2.4 LM2596功能2.4.1 LM2596 開關(guān)電壓調(diào)節(jié)器LM2596開關(guān)電壓調(diào)節(jié)器是降壓型電源管理單片集成電路，能夠輸出 3A的驅(qū)動電流，同時具有很好的線性和負載調(diào)節(jié)特性。固定輸出版本有 3.3V、5V、12V， 可調(diào)版本可以輸出 1.2V37V之間的各種電壓。 2.4.2 LM2596開關(guān)電壓調(diào)節(jié)器特點 3.3V、5V、12V的固定電壓輸出和可調(diào)電壓輸出 可調(diào)輸出電壓范圍 1.2V37V±4% 輸出線性好且負載可調(diào)節(jié) 輸出電流可高達 3A 輸入電壓可高達 40V

23、采用 150KHz的內(nèi)部振蕩頻率，屬于第二代開關(guān)電壓調(diào)節(jié)器，功耗小、效率高 低功耗待機模式，IQ的典型值為 80A TTL斷電能力 具有過熱保護和限流保護功能 封裝形式：TO-220（T）和 TO-263（S） 外圍電路簡單，僅需 4個外接元件， 且使用容易購買的標準電感2.4.3典型應(yīng)用（固定輸出）圖2-2 LM2596固定輸出2.4.4 LM2596端口用法VIN 正輸入端，在這個管腳處必須加一個適當?shù)妮斎肱月冯娙輥頊p小暫態(tài)電壓，同時為 LM2596提供所需的開關(guān)電流。 GND 接地端。 Output 輸出端，這個腳上的電壓可在（+VIN-VSAT）和-0.5V（大約）間轉(zhuǎn)換。為了減小耦合

24、，PCB上連接到該腳的銅線區(qū)域要盡量小。 Feedback 反饋端， 這個管腳把輸出端的電壓反饋到閉環(huán)反饋回路。2.5 LCD12864功能2.5.1 LCD12864模塊的20個引腳定義如下：圖2-3 LCD128641# Vss 邏輯電源地2# VDD 邏輯電源正5v3# V0LCD驅(qū)動電壓4# RS數(shù)據(jù)/指令選擇：高電平為數(shù)據(jù)，低電平為指令5# R/W讀/寫選擇：高電平為讀數(shù)據(jù)，低電平為寫數(shù)據(jù)6# E讀寫使能，高電平有效，下降沿鎖定數(shù)據(jù)7# DB0數(shù)據(jù)輸入輸出引腳8# DB1數(shù)據(jù)輸入輸出引腳9# DB2數(shù)據(jù)輸入輸出引腳10# DB3數(shù)據(jù)輸入輸出引腳11# DB4數(shù)據(jù)輸入輸出引腳12# D

25、B5數(shù)據(jù)輸入輸出引腳13# DB6數(shù)據(jù)輸入輸出引腳14# DB7數(shù)據(jù)輸入輸出引腳15# CS1片選擇號，低電平時選擇前64列16# CS2片選擇號，低電平時選擇后64列17# RET復(fù)位信號，低電平有效。18# VEE輸出15v電源給V0提供驅(qū)動電源19# A背光電源LED正極20# K背光電源LED負極2.5.2 LCD12864模塊接口說明：LCD12864接口說明：具體的電路還是兩個電阻。一個背光限流電阻。一個液晶驅(qū)動電壓調(diào)節(jié)電阻。背光電阻還是任何時候在19、20腳與電源之間串上個100歐電位器接上電源。調(diào)節(jié)電位器到合適亮度。具體值最好是到調(diào)試完程序能夠正常顯示后再將阻值確定換成固定電阻

26、。液晶驅(qū)動電壓的調(diào)整在數(shù)據(jù)線、電源線接好的前提下是在Vee(-15v)和地之間接一個電位器。中間接V0，通過調(diào)節(jié)電位器來調(diào)節(jié)V0上的電壓。當V0上為-15V時為全暗(液晶顯示為全黑)。當V0為0V時為全亮。調(diào)節(jié)電位器使屏幕從全暗剛好變到亮?xí)r，便可進行程序的調(diào)試。待屏幕顯示正常后，進行對比度的細調(diào)，然后測量這兩邊的阻值在地和V0之間、V0和Vee之間換成兩個固定電阻焊上就好了。注意在V0的電壓是在一個很小的范圍有效。我的就是在-2.2-2.5這個范圍。仔細調(diào)節(jié)V0和地之間的電阻使V0上的電壓在2.3V。2.6 NRF24L01功能郭剛,李思敏.基于NRF24L01開發(fā)的短距離無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)J.

27、桂林電子工業(yè)學(xué)院學(xué)報.2004,24(3):58-612.6.1 NRF24L01作用及原理NRF24L01是一款新型單片射頻收發(fā)器件,工作于2.4 GHz2.5 GHz ISM頻段。內(nèi)置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器、調(diào)制器等功能模塊,并融合了增強型ShockBurst技術(shù)，其中輸出功率和通信頻道可通過程序進行配置。NRF24L01功耗低,在以-6 dBm的功率發(fā)射時，工作電流也只有9 mA；接收時，工作電流只有12.3 mA，多種低功率工作模式(掉電模式和空閑模式)使節(jié)能設(shè)計更方便。發(fā)射數(shù)據(jù)：首先將nRF24L01配置為發(fā)射模式，接著把地址TX_ADDR和數(shù)據(jù)TX_PLD按照時序由SP

28、I口寫入nRF24L01緩存區(qū)，TX_PLD必須在CSN為低時連續(xù)寫入，而TX_ADDR在發(fā)射時寫入一次即可，然后CE置為高電平并保持至少10 us，延遲130 us后發(fā)射數(shù)據(jù)：若自動應(yīng)答開啟，那么nRF24L01在發(fā)射數(shù)據(jù)后立即進入接收模式，接收應(yīng)答信號。如果收到應(yīng)答，則認為此次通信成功，TX_ DS置高，同時TX_PLD從發(fā)送堆棧中清除；若未收到應(yīng)答，則自動重新發(fā)射該數(shù)據(jù)(自動重發(fā)已開啟)，若重發(fā)次數(shù)(ARCCNT)達到上限，MAX_RT置高，TX_PLD不會被清除；MAX_RT或TX_DS置高時，使IRQ變低，以便通知MCU。最后發(fā)射成功時，若CE為低則nRF24L0l進入空閑模式1；若

29、發(fā)送堆棧中有數(shù)據(jù)且CE為高，則進入下一次發(fā)射；若發(fā)送堆棧中無數(shù)據(jù)且CE為高，則進入空閑模式2。接收數(shù)據(jù)：首先將nRF24L01配置為接收模式，接著延遲130 s進入接收狀態(tài)等待數(shù)據(jù)的到來。當接收方檢測到有效的地址和CRC時，就將數(shù)據(jù)包存儲在接收堆棧中，同時中斷標志位RX_DR置高，IRQ變低，以便通知MCU去取數(shù)據(jù)。若此時自動應(yīng)答開啟，接收方則同時進入發(fā)射狀態(tài)回傳應(yīng)答信號。最后接收成功時，若CE變低，則nRF24L0l進入空閑模式1。2.6.2 NRF24L01工作模式CE，CSN，SCK，MOSI，MISO，IRQ這6個管腳為該芯片的控制引腳。微處理器通過對這6個引腳的控制就可以決定該芯片的

30、工作模式。當PWR_UP、PRIM_RX和CE為“111”時，L01處于接收模式;為“101”時處于發(fā)射模式;為“1X0”時處于空閑模式1;為“0XX”時處于掉電模式。nRF24L01引腳功能：CE：使能發(fā)射或接收；CSN，SCK，MOSI，MISO：SPI引腳端，微處理器可通過此引腳配置nRF24L01；IRQ：中斷標志位；VDD：電源輸入端；VSS：電源地；XC2，XC1：晶體振蕩器引腳；VDD_ PA：為功率放大器供電，輸出為18 V；ANT1,ANT2：天線接口；IREF 參考電流輸入。圖2-4 nRF24L01引腳排列說明：（1） VCC腳接電壓范圍為1.9V3.6V 之間，不能在這

31、個區(qū)間之外，超過3.6V將會燒毀模塊。推薦電壓3.3V左右。（2） 除電源VCC和接地端，其余腳都可以直接和普通的5V單片機IO口直接相連，無需電平轉(zhuǎn)換。當然對3V左右的單片機更加適用了。2.6.3 待機模式張海濱,鄭維智.短距離無線通信在控制中的應(yīng)用J.微計算機信息,2004,(11):129-130待機模式 I 在保證快速啟動的同時減少系統(tǒng)平均消耗電流。在待機模式 I 下，晶振正常工作。在待機模式II下部分時鐘緩沖器處在工作模式。當發(fā)送端TX FIFO寄存器為空并且CE為高電平時進入待機模式II。在待機模式期間，寄存器配置字內(nèi)容保持不變。 2.6.4 掉電模式在掉電模式下,nRF24L01

32、 各功能關(guān)閉，保持電流消耗最小。進入掉電模式后，nRF24L01 停止工作，但寄存器內(nèi)容保持不變。啟動時間見表格13。掉電模式由寄存器中PWR_UP位來控制手英洲,方旭明.短距離無線通信主要技術(shù)與應(yīng)用J.數(shù)據(jù)通信,2004,(4):53-56。2.6.5 數(shù)據(jù)包處理方式nRF24L01有如下幾種數(shù)據(jù)包處理方式： ShockBurstTM（與nRF2401，nRF24E1，nRF2402，nRF24E2數(shù)據(jù)傳輸率為1Mbps時相同） 增強型ShockBurstTM模式 ShockBurstTM模式： ShockBurst 模式下 nRF24L01 可以與成本較低的低速 MCU 相連。高速信號處理

33、是由芯片內(nèi)部的射頻協(xié)議處理的，nRF24L01 提供 SPI 接口，數(shù)據(jù)率取決于單片機本身接口速度。ShockBurst 模式通過允許與單片機低速通信而無線部分高速通信，減小了通信的平均消耗電流。 在 ShockBurstTM接收模式下，當接收到有效的地址和數(shù)據(jù)時 IRQ 通知 MCU，隨后 MCU 可將接收到的數(shù)據(jù)從RX FIFO寄存器中讀出。 在 ShockBurstTM發(fā)送模式下，nRF24L01 自動生成前導(dǎo)碼及 CRC 校驗，參見表格 12。數(shù)據(jù)發(fā)送完畢后 IRQ 通知 MCU。減少了 MCU 的查詢時間，也就意味著減少了 MCU 的工作量同時減少了軟件的開發(fā)時間。nRF24L01內(nèi)

34、部有三個不同的RX FIFO寄存器（6個通道共享此寄存器）和三個不同的TX FIFO寄存器。在掉電模式下、待機模式下和數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中 MCU 可以隨時訪問 FIFO 寄存器。這就允許 SPI接口可以以低速進行數(shù)據(jù)傳送，并且可以應(yīng)用于MCU硬件上沒有SPI接口的情況下。 增強型的ShockBurstTM模式： 增強型ShockBurstTM模式可以使得雙向鏈接協(xié)議執(zhí)行起來更為容易、有效。典型的雙向鏈接為：發(fā)送方要求終端設(shè)備在接收到數(shù)據(jù)后有應(yīng)答信號，以便于發(fā)送方檢測有無數(shù)據(jù)丟失。一旦數(shù)據(jù)丟失，通過重新發(fā)送功能將丟失的數(shù)據(jù)恢復(fù)。增強型的ShockBurstTM模式可同時控制應(yīng)答及重發(fā)功能而無需增加

35、MCU工作量。 2.6.6 NRF24L01電路部分耿德根,朱建用.AVR高速嵌入式單片機原理M.北京航空航天大學(xué)出版社,2002:101-103圖2-5 電路圖圖2-6 PCB版圖2.6.7 NRF24L01的使用呂增良.多路無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計D.中國優(yōu)秀碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫,2007,(06):56-78使用nRF2401進行發(fā)送數(shù)據(jù)時，采用以下的步驟：(1)CE置高，使nRF2401開始工作；(2)逐位寫入接收機的地址；(3)逐位寫入要傳送的數(shù)據(jù)；(4)CE 置低，激發(fā)nRF2401進行ShockBurstTM發(fā)射。Enhanced Shock Burst TM發(fā)射流程：A. 把接

36、收機的地址和要發(fā)送的數(shù)據(jù)按時序送入 NRF24L01；B. 配置CONFIG寄存器，使之進入發(fā)送模式。C. 微控制器把CE置高（至少10us），激發(fā)NRF24L01進行Enhanced Shock Burst TM發(fā)射； D.NRF24L01的Enhanced Shock Burst TM發(fā)射(1) 給射頻前端供電； (2)射頻數(shù)據(jù)打包(加字頭、CRC校驗碼)； (3) 高速發(fā)射數(shù)據(jù)包； (4)發(fā)射完成，NRF24L01進入空閑狀態(tài)。 Enhanced Shock Burst TM接收流程E.B.Martin,A.J.Morris.J.Zhang Process performance mon

37、itoring multivariate statistical process control IEE Proc-Control Appl,V01.143.No.2.March 1996:67-90： A. 配置本機地址和要接收的數(shù)據(jù)包大?。?B. 配置CONFIG寄存器，使之進入接收模式，把 CE置高；C. 130us后，NRF24L01進入監(jiān)視狀態(tài)，等待數(shù)據(jù)包的到來； D.當接收到正確的數(shù)據(jù)包(正確的地址和CRC校驗碼)，NRF2401自動把字頭、地址和CRC校驗位移去；E. NRF24L01通過把STATUS寄存器的RX_DR置位(STATUS一般引起微控制器中斷)通知微控制器；F.

38、微控制器把數(shù)據(jù)從 NewMsg_RF2401 讀出；G. 所有數(shù)據(jù)讀取完畢后，可以清除 STATUS寄存器。NRF2401可以進入四種主要的模式之一。第三章系統(tǒng)設(shè)計3.1發(fā)射和接收主控板系統(tǒng)電路圖REALTEK. RTL8910AS Realtek Full-Duplex Ethernet Controller with Plug and Play Function(RealPNP)M.DATASHEET.2000:80-873.2 主電路圖REALTEK.RTL8910AS Realtek Full-Duplex Ethernet Controller with Plug and Play

39、Function (RealPNP) M.DATASHEET.2000:89-953.3程序流程圖 Kersey A.D:Optical fiber sensors for permanent downwell monitoring appl ication in the oil and gas industryM.ieice Transactions on Electronices:2000:105-120附錄一發(fā)射電路主要程序：NRF24L01初始化：void init_NRF24L01(void)Low_24L01_CE; / chip enable Hign_24L01_CSN; /

40、Spi disable Low_24L01_SCK; / Spi clock line init highSPI_Write_Buf(WRITE_REG + TX_ADDR, TX_ADDRESS, TX_ADR_WIDTH); SPI_Write_Buf(WRITE_REG + RX_ADDR_P0, RX_ADDRESS, RX_ADR_WIDTH); SPI_RW_Reg(WRITE_REG + EN_AA, 0x01);SPI_RW_Reg(WRITE_REG + EN_RXADDR, 0x01); SPI_RW_Reg(WRITE_REG+SETUP_RETR,0X1A); SPI_

41、RW_Reg(WRITE_REG+SETUP_AW,0X02); SPI_RW_Reg(WRITE_REG + RF_CH, 0);SPI_RW_Reg(WRITE_REG + RX_PW_P0, RX_PLOAD_WIDTH);SPI_RW_Reg(WRITE_REG + RF_SETUP, 0x07); SPI_RW_Reg(WRITE_REG + CONFIG, 0x0f); Delay(6000);NRF24L01發(fā)送數(shù)據(jù)設(shè)置：void nRF24L01_TxPacket(char * tx_buf)Low_24L01_CE;/StandBySPI_Write_Buf(WRITE_RE

42、G + RX_ADDR_P0, TX_ADDRESS, TX_ADR_WIDTH);SPI_Write_Buf(WR_TX_PLOAD, tx_buf, TX_PLOAD_WIDTH); SPI_RW_Reg(WRITE_REG + CONFIG, 0x0e); Hign_24L01_CE;Delay(600);無線圖像接收主要程序：char nRF24L01_RxPacket(char* rx_buf) char revale=0;sta=SPI_Read(STATUS); if(sta&0x40) Low_24L01_CE; SPI_Read_Buf(RD_RX_PLOAD,rx_

43、buf,TX_PLOAD_WIDTH);/ read receive payload from RX_FIFO bufferrevale =1;SPI_RW_Reg(WRITE_REG+STATUS,sta); return revale;NRF24L01的讀寫時序程序：/*長延時*void Delay(int s)unsigned int i;for(i=0; i<s; i+);for(i=0; i<s; i+);/*/*函數(shù)：uint SPI_RW(uint uchar)/*功能：NRF24L01的SPI寫時序/*/char SPI_RW(char data)char i,te

44、mp=0; for(i=0;i<8;i+) / output 8-bit if(data & 0x80)Hign_24L01_MOSI ; / output 'uchar', MSB to MOSIelse Low_24L01_MOSI; data = (data << 1); / shift next bit into MSB.temp<<=1;Hign_24L01_SCK ; / Set SCK high.if(PORTB&0x04)temp+; / capture current MISO bitLow_24L01_SCK;

45、/ .then set SCK low again return(temp); / return read uchar/*/*函數(shù)：uchar SPI_Read(uchar reg)/*功能：NRF24L01的SPI時序/*/char SPI_Read(char reg)char reg_val;Low_24L01_CSN; / CSN low, initialize SPI communication.SPI_RW(reg); / Select register to read from.reg_val = SPI_RW(0); / .then read registervalueHign_24L01_CSN; / CSN high, terminate SPI communicationreturn(reg_val); / return register value/*/*功能：NRF24L01讀寫寄存器函數(shù)/*/char SPI_RW_Reg(char reg, char value)char status;Low_24L01_CSN; / CSN low, init SPI transactionstatus = SPI_RW(reg); / select registerSPI