單片機應(yīng)用實習(xí)報告

實習(xí)執(zhí)行大綱實習(xí)目的1、鞏固《單片機原理與應(yīng)用》理論課的理論知識；2、熟悉單片機應(yīng)用系統(tǒng)的硬件設(shè)計及軟件設(shè)計的基本方法；3、將《單片機原理與應(yīng)用》理論課的理論知識應(yīng)用于實際的應(yīng)用系統(tǒng)中；4、訓(xùn)練單片機應(yīng)用技術(shù)，鍛煉實際動手能力。二、實習(xí)紀律與要求1、實習(xí)紀律1）參加實習(xí)的學(xué)生必須按照實習(xí)大綱的要求，在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下，全面完成實習(xí)任務(wù)；2）聽從指導(dǎo)教師安排，嚴格遵守實習(xí)紀律；3）因故在實習(xí)期間缺勤累計超過規(guī)定時間的三分之一，不得參加本次實習(xí)考核，但可在補足所缺天數(shù)后再給予考核并評定實習(xí)成績。2、基本要求1）利用PROTEL等軟件進行硬件設(shè)計；2）利用KeiluV2軟件完成應(yīng)用系統(tǒng)軟件設(shè)計；3）利用stc-isp軟件完成在系統(tǒng)編程、下載，并完成系統(tǒng)軟件調(diào)試；4）題目由指導(dǎo)教師提供；5）要求每個學(xué)生單獨完成硬件軟件設(shè)計、仿真、焊接、調(diào)試任務(wù)；6）寫出實習(xí)報告，實習(xí)報告主要包括以下內(nèi)容：目錄、摘要、關(guān)鍵詞、基本原理、方案論證、硬件設(shè)計、軟件設(shè)計(帶流程圖、程序清單)、仿真結(jié)果、實物運行結(jié)果照片、結(jié)論、參考文獻等；7）實習(xí)完成后通過答辯；8）答辯時交實習(xí)報告電子文檔，通過答辯后根據(jù)修改意見修改并打印、裝訂成冊。三、實習(xí)地點武漢理工大學(xué)信息工程學(xué)院通信實驗室。四、實習(xí)時間2012年12月10日2013年1月10日。實習(xí)單位：武漢理工大學(xué)信息工程學(xué)院參觀考察單位：（1） 武漢理工大學(xué)信息工程學(xué)院國創(chuàng)課題小組（2）武漢理工大學(xué)信息工程學(xué)院開放實驗室（3）武漢理工大學(xué)電工電子實習(xí)中心（4）（5）（6）實習(xí)開始時間：2012年12月10日，實習(xí)時間共20天。完成實習(xí)報告時間：2013年1月10日。實習(xí)報告題目：單片機應(yīng)用實習(xí)設(shè)計——－基于單片機的488M無線通信系統(tǒng)初始條件：STC89C52和CC1100H模塊；先修課程：單片機原理與應(yīng)用；要求完成的主要任務(wù)：基于STC89C52單片機控制射頻芯片CC1101的488M無線通信系統(tǒng)的實現(xiàn)。完成硬件電路的設(shè)計，其中包括STC89C52微控制器和CC1101模塊的設(shè)計；完成無線通信模塊的程序設(shè)計與實現(xiàn)，上機運行調(diào)試程序，記錄實驗結(jié)果（如圖表等），并對實驗結(jié)果進行分析和總結(jié)；3、課程實習(xí)報告書按學(xué)校統(tǒng)一規(guī)范來撰寫，實習(xí)報告主要包括以下內(nèi)容：目錄、摘要、關(guān)鍵詞、基本原理、方案論證、硬件設(shè)計、軟件設(shè)計(帶流程圖、程序清單)、仿真結(jié)果、實物運行結(jié)果照片、結(jié)論、參考文獻等；時間安排：方案設(shè)計1天；硬件設(shè)計1天；軟件設(shè)計7天；電路板焊接調(diào)試7天；系統(tǒng)調(diào)試3天；答辯1天；合計20天。指導(dǎo)教師簽名：年月日系主任（或責(zé)任教師）簽名：年月日

目錄摘要 I1無線通信概述1.1簡介無線通信就是不用導(dǎo)線、電纜、光纖等有線介質(zhì)，而是用自由空間來傳遞電磁信號的通信方式。近些年信息通信領(lǐng)域中，發(fā)展最快、應(yīng)用最廣的就是無線通信技術(shù)。在移動中實現(xiàn)的無線通信又通稱為移動通信，人們把二者合稱為無線移動通信。無線通信主要包括短波通信﹑微波通信﹑衛(wèi)星通信和紅外線通信。微波是一種無線電波，它傳送的距離一般只有幾十千米。但微波的頻帶很寬，通信容量很大。微波通信每隔幾十千米要建一個微波中繼站。衛(wèi)星通信是利用通信衛(wèi)星作為中繼站在地面上兩個或多個地球站之間或移動體之間建立微波通信聯(lián)系。無線收發(fā)顧名思義，就是將兩塊通信模塊以空氣為傳輸介質(zhì)來實現(xiàn)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。發(fā)送時，通過模塊中攜帶數(shù)據(jù)的變化高頻電流，在天線上形成電磁波信號，發(fā)送出去。而接收端中，天線將接收到的電磁波信號轉(zhuǎn)換為攜帶數(shù)據(jù)的變化高頻電流。1.2應(yīng)用無線通信的應(yīng)用主要有以下幾個方面：●無線電臺●微波通信●移動通信●無線寬帶●航天器與地球之間的遙測●遙控及通信1.3設(shè)計環(huán)境單片機的應(yīng)用范圍非常廣，包括單片機的單機應(yīng)用的范圍包括：

(1)測控系統(tǒng)。用單片機可以構(gòu)成各種不太復(fù)雜的工業(yè)控制系統(tǒng)、自適應(yīng)控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等,達到測量與控制的目的。

(2)智能儀表。用單片機改造原有的測量、控制儀表,促進儀表向數(shù)字化、智能化、多功能化、綜合化、柔性化方向發(fā)展。

(3)機電一體化產(chǎn)品。單片機與傳統(tǒng)的機械產(chǎn)品相結(jié)合,使傳統(tǒng)機械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡化,控制智能化。

(4)智能接口。在計算機控制系統(tǒng),特別是在較大型的工業(yè)測、控系統(tǒng)中,用單片機進行接口的控制與管理,加之單片機與主機的并行工作,大大提高了系統(tǒng)的運行速度。

(5)智能民用產(chǎn)品。如在家用電器、玩具、游戲機、聲像設(shè)備、電子秤、收銀機、辦公設(shè)備、廚房設(shè)備等許多產(chǎn)品中,單片機控制器的引入,不僅使產(chǎn)品的功能大大增強,性能得到提高,而且獲得了良好的使用效果。隨著其功能的日益完善，單片機已經(jīng)發(fā)展成為適合多學(xué)科，多種工作平臺的功能強大大大型硬件。在國外高校，單片機已經(jīng)成為高級課程的基本教學(xué)工具；成為攻讀學(xué)位的大學(xué)生，碩士生，博士生必須掌握的基本技能。在設(shè)計研究單位和工業(yè)部門，單片機被廣泛用于科學(xué)研究和解決各種具體問題。在國內(nèi)，特別是工程界，單片機一定會盛行起來。另一方面，3G、WLAN、UWB、藍牙、寬帶衛(wèi)星系統(tǒng)都是21世紀最熱門的無線通信技術(shù)的應(yīng)用，可以說已深入到生活的各個方面。2引言2.1設(shè)計要求利用STC89C52單片機控制無線射頻CC1100H模塊實現(xiàn)數(shù)據(jù)收發(fā)，工作頻率488MHz。要求與數(shù)據(jù)：（1）利用PROTEL等軟件進行硬件設(shè)計；（2）利用KeiluV2軟件完成應(yīng)用系統(tǒng)軟件設(shè)計；（3）利用stc-isp軟件完成在系統(tǒng)編程、下載，并完成系統(tǒng)軟件調(diào)試；（4）獨立完成硬件軟件設(shè)計、仿真、焊接、調(diào)試任務(wù)。開始2.2操作流程開始分析設(shè)計任務(wù)，確定實現(xiàn)方案，完成分析設(shè)計任務(wù)，確定實現(xiàn)方案，完成模塊底座硬件電路的設(shè)計的程序代碼CC1100H模塊的配置CC1100H模塊的配置發(fā)送接收程序的發(fā)送接收程序的設(shè)計電路調(diào)試分析總結(jié)分析總結(jié)結(jié)束結(jié)束3硬件電路的設(shè)計3.1STC89C52微處理器圖1STC89C52原理圖（1）52單片機原理圖如圖2-1所示，包含下列幾個部件：·一個8位CPU；·一個片內(nèi)振蕩器及時鐘電路；·8KB程序存儲器；·256B數(shù)據(jù)存儲器；·可尋址64kb外部數(shù)據(jù)存儲器和64kb外部程序存儲空間的控制電路；·32條可編程的I/O線（4個8位并行I/O端口）；·三個16位的定時／計數(shù)器；·一個可編程全雙工串行口；·6個中斷源、兩個優(yōu)先級嵌套中斷結(jié)構(gòu)。STC89C52引腳說明①電源引腳VCC+5V電源VSS接地端②外接晶體引腳XTAL1外接晶振輸入端XTAL2外接晶振輸入端③輸入輸出引腳P0.0～P0.7不作為地址/數(shù)據(jù)線使用時，可作為準雙向I/O口使用。但必須外接上拉電阻。P1.0～P1.7帶內(nèi)上拉電阻的8位準雙向通用I/O口。P2.0～P2.7帶內(nèi)上拉電阻的8位準雙向通用I/O口。訪問片外存儲器時，P2口用作高8位地址線。P3.0～P3.78位準雙向I/O接口，每個引腳還具有第二功能④控制線RST是復(fù)位端。當(dāng)RST端出現(xiàn)持續(xù)兩個機器周期以上的高電平時，即可實現(xiàn)復(fù)位操作。3.2CC1101H通信模塊的設(shè)計3.2.1CC1100H模塊簡介模塊的芯片采用Chipcon公司的CC1101，模塊原理如圖2所示，是根據(jù)SmartRF技術(shù)以0.18μmCMOS工藝制成的一款低成本單片UHF收發(fā)器，具有功耗低、電壓低、體積小、靈敏度高等特點。電路主要工作在315、433、868和915MHz的ISM和SRD（短距離設(shè)備）頻率波段，也可以設(shè)置為300～348MHz、400～464MHz和800～928MHz的其它頻率。CC1101集成了一個高度可配置的調(diào)制解調(diào)器，支持不同的調(diào)制格式，其數(shù)據(jù)傳輸率最高可達500kbps。CC1101在1.8～3.6V的低電壓下工作，其靈敏度為-110dBm，在所有工作頻率波段上，可編程輸出功率為-30～10dBm。圖2無線通信模塊原理圖（1）VCC(5V)腳接電壓范圍為4.5V到5.5V之間，推薦電壓5V，不能在這個電壓區(qū)間之外。（2）VCC(3.3V)腳接電壓范圍為1.8V-3.5V之間，不能在這個區(qū)間之外，超過3.6V將會燒毀模塊。這里使用LM1117-3.3V芯片轉(zhuǎn)換得到。（3）硬件上面沒有SPI的單片機也可以控制本模塊，用普通單片機IO口模擬SPI不需要單片機SPI模塊介入，只需添加代碼模擬SPI時序即可。（4）17腳、18腳為接地腳,需要和母板的邏輯地連接起來。3.2.2CC1101H模塊底座的設(shè)計CC1101H模塊的SPI底座如圖3設(shè)計，封裝采用標(biāo)準的DIP。圖3CC1101H模塊的底座設(shè)計3.3電源電路的設(shè)計3.3.1電源供電方式設(shè)計本實驗供電電源一共設(shè)計了三種供電方式。一種是普通外接杜邦線供電接口，這種供電模式簡潔方便；第二種是采用連接isp仿真器下載口供電，此種方法是因為自己有仿真器的緣故加上的，利用的這個仿真器課方便得對程序進行編譯仿真，這種方法可以利用電腦的USB電源，方便調(diào)試，缺點是芯片只能用仿真芯片；第三種是USB供電電源接法如圖4所示，此種方法是綜合上述兩種方法的優(yōu)點，便于在電腦旁調(diào)試。圖4USB供電電路3.3.2電源部分對射頻電路的抗干擾設(shè)計射頻電路對于電源噪聲相當(dāng)敏感，尤其是對毛刺電壓和其他高頻諧波。MCU和其它耗電量大的芯片會在每個內(nèi)部時鐘周期內(nèi)，短時間突然吸入大部分電流，如果不在CC1101的電源供電端采取合適的電源去耦，必將引起電源線上的電壓毛刺，在靠近電源輸入端加入去耦和旁路電容，如圖5所示。在CC1101H模塊的電源供電端加入了兩個220μF的去耦電容和1個旁路電容，去耦電容能夠有效的去除電路之間的耦合效應(yīng)，旁路電容能夠去除高頻噪聲。在MCU和其它芯片的電源供電端也分別加入去耦和旁路電容，以減少電源噪聲帶來的影響。圖5電源濾波電路3.3.3模塊電源解決方案采用5V電壓，通過LM1117-3.3將其穩(wěn)壓到3.3V。這種方案的優(yōu)點是線性穩(wěn)壓芯片的價格便宜，輸出電壓紋波小。電路接法如圖6所示：圖6lm1117-3.3Ｖ連接圖3.4串口的制作串口通信(SerialCommunication)，是指外設(shè)和計算機間，通過數(shù)據(jù)信號線、地線、控制線等，按位進行傳輸數(shù)據(jù)的一種通訊方式。這種通信方式使用的數(shù)據(jù)線少，在遠距離通信中可以節(jié)約通信成本，但其傳輸速度比并行傳輸?shù)?。主要工作集中在模塊化程序的調(diào)試，在具體調(diào)試過程中需要借助于串行口調(diào)試助手來模擬無線遙控開關(guān)的工作流程。串口電路如圖7所示，通過數(shù)據(jù)總線與主控電路相連，該電路由單片機、RS-232驅(qū)動芯片、復(fù)位電路、RS232串口構(gòu)成。直接將RS-232串口接收來的信號轉(zhuǎn)換成微控制器能夠識別和處理的信號，或者將微控制器發(fā)送的信號通過串口進行通訊，串行信號通過數(shù)據(jù)總線P3.0、P3.1輸入，經(jīng)單片機轉(zhuǎn)換為TTL電平RS-232信號，經(jīng)232接口驅(qū)動芯片及5個電容組成的轉(zhuǎn)換電路將TTL電平RS-232信號轉(zhuǎn)換成標(biāo)準的RS-232信號。圖7串口電路3.5單片機與CC1101H模塊的SPI接口本課設(shè)用單片機的P1口與CC1100H模塊相連。相連方式如圖8所示圖8MCU與模塊接口圖4無線通信模塊的程序設(shè)計與實現(xiàn)無線數(shù)據(jù)通信最重要的是如何保證系統(tǒng)通信的可靠性,減少通信沖突和降低誤碼率等問題，這也正是本文開發(fā)無線反饋系統(tǒng)的關(guān)鍵。4.1CC1101H模塊的配置方式CC1101具有14個命令寄存器（CommandStrobeRegisters），訪問這些寄存器將會發(fā)起內(nèi)部狀態(tài)或模式的改變；有47個普通8位配置寄存器（ConfigurationRegisters），配置這些寄存器可以完成系統(tǒng)參數(shù)的選擇；還有12個狀態(tài)寄存器（StatusRegisters），讀取這些寄存器可以獲得CC1101的狀態(tài)信息。CC1101通過4線SPI兼容接口（SI,SO,SCLK和CSn）配置，這個接口同時用作寫和讀緩存數(shù)據(jù)。SPI接口是一種同步串行通信接口，CSn是芯片選擇管腳，當(dāng)該管腳為低電平時，SPI接口可以通信，反之不能通信。SI和SO為數(shù)字傳輸管腳，SI用于數(shù)據(jù)輸入，SO用于數(shù)據(jù)輸出，SCLK為同步時鐘，在時鐘的上升沿數(shù)據(jù)被寫入或讀出，PAC為發(fā)送和接收使能端。CC1101的SPI接口的讀、寫操作工作方式如圖9所示。圖9CC1101讀寫操作時序圖在讀或是寫寄存器時，首先要在SI管腳寫入寄存器地址字節(jié)。地址字節(jié)有8位，最高位為讀寫位，后七位為地址位。當(dāng)執(zhí)行寫寄存器操作時，讀寫位為0；當(dāng)執(zhí)行讀操作時，讀寫位為1。無論是讀操作還是寫操作，在地址字節(jié)被寫入時，SO腳上輸出一個芯片狀態(tài)字節(jié)，狀態(tài)字節(jié)包含關(guān)鍵狀態(tài)信號。CC1101的TXFIFO（發(fā)射先進先出堆棧）和RXFIFO（接收先進先出堆棧）也可以用同樣的讀寫方式進行訪問，只是使用與配置寄存器不同的地址段加以區(qū)別。另外，CC1101的內(nèi)部指令也是通過SPI接口傳輸?shù)?，這些指令用來關(guān)閉晶體振蕩器，開啟傳輸模式，狀態(tài)轉(zhuǎn)換和電磁波激活等，通過SI寫入特定的字節(jié)使CC1101執(zhí)行不同的命令。由于CC1101的寄存器比較多，為了提高程序的執(zhí)行效率，編寫了相應(yīng)的函數(shù)來進行寄存器配置。表1無線通信模塊函數(shù)和功能函數(shù)名稱函數(shù)功能halSpiWriteReg(INT8Uaddr,INT8Uvalue)SPI寫寄存器操作halSpiReadReg(INT8Uaddr)SPI讀寄存器halSpiWriteBurstReg(INT8Uaddr,INT8U*buffer,INT8Ucount)SPI連續(xù)寫配置寄存器halSpiStrobe(INT8Ustrobe)SPI寫命令halSpiReadBurstReg(INT8Uaddr,INT8U*buffer,INT8Ucount)SPI連續(xù)讀配置寄存器halSpiReadStatus(INT8Uaddr)SPI讀狀態(tài)寄存器halRfWriteRfSettings(void)配置CC1101的寄存器halRfSendPacket(INT8U*txBuffer,INT8Usize)CC1101發(fā)送一組數(shù)據(jù)halRfReceivePacket(arrRx,&leng)CC1101接收一組數(shù)據(jù)4.2CC1100H模塊SPI接口介紹SPI（SerialPeripheralInterface）是一種串行同步通訊協(xié)議，由一個主設(shè)備和一個或多個從設(shè)備組成，主設(shè)備啟動一個與從設(shè)備的同步通訊，從而完成數(shù)據(jù)的交換。SPI接口由MOSI（串行數(shù)據(jù)輸入），MISO（串行數(shù)據(jù)輸出），SCK（串行移位時鐘），CSn（從使能信號）四種信號構(gòu)成，CSn決定了唯一的與主設(shè)備通信的從設(shè)備，如沒有CSn信號，則只能存在一個從設(shè)備，主設(shè)備通過產(chǎn)生移位時鐘來發(fā)起通訊。通訊時，數(shù)據(jù)由SO輸出，SI輸入，數(shù)據(jù)在時鐘的上升或下降沿由SO輸出，在緊接著的下降或上升沿由SI讀入，這樣經(jīng)過8/16次時鐘的改變，完成8/16位數(shù)據(jù)的傳輸。本課設(shè)單片機用P1口與CC110０Ｈ模塊相連。在地址和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換期間，CSn腳（芯片選擇，低電平有效）必須保持為低電平。如果在過程中CSn變?yōu)楦唠娖剑瑒t轉(zhuǎn)換取消。當(dāng)CSn變低，在開始轉(zhuǎn)換頭字節(jié)之前，MCU必須等待，直到SO腳變低。這表明電壓調(diào)制器已經(jīng)穩(wěn)定，晶體正在運作中。除非芯片處在SLEEP或XOFF狀態(tài)，SO腳在CSn變低之后總會立即變低。SPI接口定時要求如表2所示。表3-2SPI接口定時要求參數(shù)描述最小值最大值FSCLKSCLK頻率010MHztsp,pdCSn低到SCLK的正邊緣，功率降低模式下150us--tspCSn低到SCLK的正邊緣，活動模式下20ns--tch時鐘高50ns--tcl時鐘低50ns--trise時鐘上升時間--5nstfall時鐘上升時間--5nstsd向SCLK的正邊緣建立數(shù)據(jù)TDBns--thd在SCLK的正邊緣之后保持數(shù)據(jù)TDBns--tnsSCLK到CSn高時的負邊緣TDBns--4.3CC1100H模塊無線收發(fā)原理及部分程序通過對CC1101進行正確的參數(shù)配置，就能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的無線傳輸。當(dāng)CC1101狀態(tài)不正常時可以通過程序控制來復(fù)位芯片。程序復(fù)位的操作順序如下：（1）設(shè)置SCLK=1和SI=0，以避免引腳控制模式造成潛在的問題；（2）設(shè)置CSn為低，然后再拉高；（3）保持CSn為高至少40μs；（4）將CSn拉低，等待SO變低（CHIP_RDYn）；（5）在SI上發(fā)送SRES命令；（6）當(dāng)SO再次變低后，復(fù)位工作完成，CC1101處于IDLE狀態(tài)。在發(fā)射狀態(tài)時，在進行射頻寄存器的初始化設(shè)置后，發(fā)送端將所設(shè)定的值打包等待發(fā)送，單片機發(fā)送數(shù)據(jù)時，單片機按照SPIO接口時序把要發(fā)送的數(shù)據(jù)寫入CC1101，再初始化發(fā)射端的地址，且應(yīng)當(dāng)與接收端的地址相互匹配，發(fā)射端發(fā)射的數(shù)據(jù)有效寬度必須與接收端設(shè)置一致。然后PAC置高把單片機設(shè)置為發(fā)送模式，并且完成數(shù)據(jù)打包。發(fā)送完成后，PAC置低，CC1100H模塊回到接收模式。在接收時，初始化的設(shè)置同發(fā)射時基本一致，然后CC1101被設(shè)置為接收模式，不斷地檢測載波，等待接收數(shù)據(jù)，當(dāng)檢測到同頻段的載波并且地址也匹配時，CC1101進行數(shù)據(jù)包的接收，并完成校驗等相關(guān)工作。接著，將數(shù)據(jù)通過SPI接口傳輸?shù)絾纹瑱C中，單片機將數(shù)據(jù)通過發(fā)送到串口在PC上顯示出來，一直循環(huán)。發(fā)送模塊部分程序及注解：//******************************************************************//函數(shù)名：voidhalSpiWriteBurstReg(INT8Uaddr,INT8U*buffer,INT8Ucount)//輸入：地址，寫入緩沖區(qū)，寫入個數(shù)//輸出：無//功能描述：SPI連續(xù)寫配置寄存器voidhalSpiWriteBurstReg(INT8Uaddr,INT8U*buffer,INT8Ucount){INT8Ui,temp;temp=addr|WRITE_BURST;CSN=0;while(MISO);SpiTxRxByte(temp);for(i=0;i<count;i++){SpiTxRxByte(buffer[i]);}CSN=1;}5電路調(diào)試用KEIL