基于STC89C52无线超声波测距的设计

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时间:2019-06-26

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1、物理与信息工程学院《电子系统设计》报告设计题目1:基于80C52单片机的超声波无线测距显示设计题目2:专业:光电信息工程年级:2011级姓名:许晓文学号:111100840同组姓名:邵鹏飞学号:111100815同组姓名:黄娇红学号:111100807指导老师:林志贤2014年7月基于80C52单片机的超声波无线测距显示一、设计要求和目的1.1设计要求:采用一种单片机STC89C52控制HC-SR04实现的无线超声波测距系统。通过简单的无线通信协议,实现可靠性与功耗平衡,该系统能实现对距离的检测,是可以实现远程控制的无线超声波

2、测距系统。低功耗实时性的无线超声波测距是该设计的最大特点。无线传输采用nRF24L01模块传输,用LCD1602实现温度显示。该系统结构简单可靠功耗较低,成本低,是一种无线传感器的解决方案。1.2设计目的:(1)熟悉系统设计步骤以及超声波的特性(2)能够运用所学数电、模电电路知识对电路进行合理的调试(3)增强模块化的思想,掌握无线模块的SPI时序特点(4)加强动手能力、培养团队合作意识二、系统设计原理1主控芯片方案采用传统的STC89C52单片机作为主控芯片。此芯片价格便宜、操作简便,低功耗,比较经济实惠。单片机最小系统单片机

3、控制模块由STC89C52最小系统组成,其中包括单片机,晶振电路和复位电路。(1)、晶振电路:晶振电路由两个30pF电容和一个12MHz晶体振荡器构成,接入单片机的X1、X2引脚。(2)、复位电路:单片复位端低电平有效。单片机最小电路原理图如图1:图1单片机最小系统2无线通信模块方案采用nRF24L01无线射频模块进行通信,nRF24L01是一款高速低功耗的无线通信模块。他能传输上千米的距离(加PA),而且价格较便宜,采用SPI总线通信模式电路简单,操作方便。2.1nRF24L01芯片概述nRF24L01是一款新型单片射频收发

4、器件,工作于2.4GHz~2.5GHzISM频段。内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器、调制器等功能模块,融合了增强型shockbust技术,中输出功率和通信频道可通过程序进行配置。nRF24L01功耗低,以-6dBm的功率发射时,作电流也只有9mA;收时,工作电流只有12.3mA,多种低功率工作模式(掉电模式和空闲模式)使节能设计更方便。nRF24L01主要特性如下:lGFSK调制;l硬件集成OSI链路层;l具有自动应答和自动再发射功能;l片内自动生成报头和CRC校验码;l数据传输率为lMb/s或2Mb/s;lSPI速率为

5、0Mb/s~10Mb/s;l125个频道;l与其他nRF24系列射频器件相兼容;lQFN20引脚4mm×4mm封装;l供电电压为1.9V~3.6V。引脚功能及描述nRF24L01的封装及引脚排列如图2所示,各引脚功能如下:图2nRF24L01封装图lCE:使能发射或接收;lCSN,CK,MOSI,MISO:SPI引脚端,通过此引脚配置nRF24L01:lIRQ:中断标志位;lVDD:电源输入端;lVSS:电源地;lXC2,XC1:晶体振荡器引脚;lDD_PA:为功率放大器供电,输出为1.8V;lANT1,ANT2:天线接口;l

6、IREF:参考电流输入。2.2工作原理发射数据时,首先将nRF24L01配置为发射模式,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10μs,延迟130μs后发射数据;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 

7、FIFO中清除;未收到应答,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;AX_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。接收数据时,首先将nRF24L01配置为接收模式,接着延迟130μs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 F

8、IFO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。在写寄存器之前一定要进入待机模式或掉电模式。如下图3和图4给出SPI操作及

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