/物理與信息工程學院《電子系統(tǒng)設計》報告設計題目1：基于80C52單片機的超聲波無線測距顯示設計題目2：專業(yè)：光電信息工程年級：2011級姓名：許曉文學號：111100840同組姓名：邵鵬飛學號：111100815同組姓名：黃嬌紅學號：111100807指導老師：林志賢20XX7月基于80C52單片機的超聲波無線測距顯示一、設計要求和目的1.1設計要求：采用一種單片機STC89C52控制HC-SR04實現(xiàn)的無線超聲波測距系統(tǒng)。通過簡單的無線通信協(xié)議.實現(xiàn)可靠性與功耗平衡.該系統(tǒng)能實現(xiàn)對距離的檢測.是可以實現(xiàn)遠程控制的無線超聲波測距系統(tǒng)。低功耗實時性的無線超聲波測距是該設計的最大特點。無線傳輸采用nRF24L01模塊傳輸.用LCD1602實現(xiàn)溫度顯示。該系統(tǒng)結構簡單可靠功耗較低.成本低.是一種無線傳感器的解決方案。1.2設計目的：〔1熟悉系統(tǒng)設計步驟以及超聲波的特性〔2能夠運用所學數(shù)電、模電電路知識對電路進行合理的調試〔3增強模塊化的思想.掌握無線模塊的SPI時序特點〔4加強動手能力、培養(yǎng)團隊合作意識二、系統(tǒng)設計原理1主控芯片方案采用傳統(tǒng)的STC89C52單片機作為主控芯片。此芯片價格便宜、操作簡便.低功耗.比較經濟實惠。單片機最小系統(tǒng)單片機控制模塊由STC89C52最小系統(tǒng)組成.其中包括單片機.晶振電路和復位電路?！?、晶振電路：晶振電路由兩個30pF電容和一個12MHz晶體振蕩器構成.接入單片機的X1、X2引腳?！?、復位電路：單片復位端低電平有效。單片機最小電路原理圖如圖1：圖1單片機最小系統(tǒng)2無線通信模塊方案采用nRF24L01無線射頻模塊進行通信.nRF24L01是一款高速低功耗的無線通信模塊。他能傳輸上千米的距離〔加PA.而且價格較便宜.采用SPI總線通信模式電路簡單.操作方便。2.1nRF24L01芯片概述nRF24L01是一款新型單片射頻收發(fā)器件,工作于2.4GHz～2.5GHzISM頻段。內置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器、調制器等功能模塊.融合了增強型shockbust技術.中輸出功率和通信頻道可通過程序進行配置。nRF24L01功耗低.以-6dBm的功率發(fā)射時.作電流也只有9mA；收時.工作電流只有12.3mA.多種低功率工作模式<掉電模式和空閑模式>使節(jié)能設計更方便。nRF24L01主要特性如下：GFSK調制；硬件集成OSI鏈路層；具有自動應答和自動再發(fā)射功能；片內自動生成報頭和CRC校驗碼；數(shù)據(jù)傳輸率為lMb/s或2Mb/s；SPI速率為0Mb/s～10Mb/s；125個頻道；與其他nRF24系列射頻器件相兼容；QFN20引腳4mm×4mm封裝；供電電壓為1.9V～3.6V。引腳功能及描述nRF24L01的封裝及引腳排列如圖2所示.各引腳功能如下：圖2nRF24L01封裝圖CE：使能發(fā)射或接收;CSN.CK.MOSI.MISO：SPI引腳端.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;DD_PA：為功率放大器供電.輸出為1.8V；ANT1,ANT2：天線接口；IREF：參考電流輸入。2.2工作原理發(fā)射數(shù)據(jù)時.首先將nRF24L01配置為發(fā)射模式.接收節(jié)點地址TX_ADDR和有效數(shù)據(jù)TX_PLD按照時序由SPI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10μs.延遲130μs后發(fā)射數(shù)據(jù)；自動應答開啟.那么nRF24L01在發(fā)射數(shù)據(jù)后立即進入接收模式.接收應答信號〔自動應答接收地址應該與接收節(jié)點地址TX_ADDR一致。如果收到應答.則認為此次通信成功.TX_DS置高.同時TX_PLD從TX

FIFO中清除；未收到應答.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)<ARC>達到上限.MAX_RT置高.TX

FIFO中數(shù)據(jù)保留以便在次重發(fā)；AX_RT或TX_DS置高時.使IRQ變低.產生中斷.通知MCU。最后發(fā)射成功時.若CE為低則nRF24L01進入空閑模式1；若發(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)時.首先將nRF24L01配置為接收模式.接著延遲130μs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RX

FIFO中.同時中斷標志位RX_DR置高.IRQ變低.產生中斷.通知MCU去取數(shù)據(jù)。若此時自動應答開啟.接收方則同時進入發(fā)射狀態(tài)回傳應答信號。最后接收成功時.若CE變低.則nRF24L01進入空閑模式1。在寫寄存器之前一定要進入待機模式或掉電模式。如下圖3和圖4給出SPI操作及時序圖：圖3SPI讀操作圖4SPI寫操作3超聲波測距方案HC-SR04超聲波測距模塊可提供2cm-400cm的非接觸式距離感測功能.測距精度可達高到3mm；模塊包括超聲波發(fā)射器、接收器與控制電路?；竟ぷ髟恚?lt;1>采用IO口TRIG觸發(fā)測距.給最少10us的高電平信呈。<2>模塊自動發(fā)送8個40kHz的方波.自動檢測是否有信號返回；<3>有信號返回.通過IO口ECHO輸出一個高電平.高電平持續(xù)的時間就是超聲波從發(fā)射到返回的時間。測試距離=<高電平時間*聲速<340M/S>>/2;圖5HC-SR04引腳及封裝如下圖接線.VCC供5V電源.GND為地線.TRIG觸發(fā)控制信號輸入.ECHO回響信號輸出等四個接口端。圖6超聲波時序圖：4顯示模塊方案采用字符液晶LCD1602顯示信息.1602是一款比較通用的字符液晶模塊.能顯示字符和數(shù)字等信息.且價格便宜.容易控制接收端顯示模塊本設計在接收端部分采用LCD1602液晶顯示模塊來顯示溫度.P0由上拉電阻提高驅動能力.作為數(shù)據(jù)輸出并作為LCD的驅動.P2口的P2.7-P2.6分別作為液晶顯示模塊的使能信號E.數(shù)據(jù)/命令選擇RS.R/W端則配置成寫。具體電路如圖7：圖7LCD1602液晶顯示模塊電路圖5系統(tǒng)方案方框圖發(fā)送：HC-SRO4STC89C52NRF24L01接收：NRF24L01STC89C52-LCD1602三、設計調試和結果發(fā)送端軟件設計與調試本系統(tǒng)發(fā)送端采用HC-SR04超聲波測距模塊采集距離參數(shù).經STC89C5C2收集處理數(shù)據(jù)再由nRF24L01模塊發(fā)送到接收端。其中包括HC-SR04和nRF24L01模塊的初始化配置。接收端軟件設計與調試本系統(tǒng)接收端采用nRF24L01無線模塊接收發(fā)送端傳來的距離數(shù)據(jù).經單片機STC85C52在LCD1602液晶顯示器上顯示。其中包括nRF24L01模塊和LCD1602液晶顯示器的初始化。HC-SR04HC-SR04初始化HC-SR04超聲波測距采集距離STC89C52收集處理數(shù)據(jù)據(jù)NRF24L01初始化NRF2401發(fā)送到接收端NRF2401初始化NRF2401接收發(fā)送端的溫度數(shù)據(jù)STC89C52數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)LCD1602初始化LCD1602液晶顯示器顯示數(shù)據(jù)圖8發(fā)射流程圖圖9接收流程圖四、總結及存在問題和改進整個系統(tǒng)的工作都是依靠超聲波以及無線信號來進行數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)的傳播.所以系統(tǒng)工作的環(huán)境對溫度、濕度以及光照等因素都有不同程度的要求以及限制.我們可以通過在電路上做出一些適當?shù)母倪M.加入一些濾波電路或者適當?shù)倪壿嬰娐穼π盘栠M行整流和放大.提高信號的穩(wěn)定性和可靠性。五、心得體會這一次的實踐過程是一個充滿挑戰(zhàn)的過程.它讓我明白了耐心以及細心的重要性。在沒通電之前.先用萬用表檢查線路的正確性.并核對元器件的型號、規(guī)格是否符合要求。特別注意電源的正負極以及電源之間是否有短路.晶體振蕩器和電容應盡可能靠近單片機芯片安裝.以減少寄生電容.更好是保證振蕩器穩(wěn)定和可靠地工作。在本系統(tǒng)中我們都進行了仔細的檢杏.所以此步驟不會發(fā)生故障.這一步如果檢查不細通電后可能會造成不可想象的后果.所以這一步也至關重要。另外.由于模塊的分散性.各個模塊都是通過杜邦線連接的.需要足夠的耐心以及細心才能保證連線的正確性。通電后檢查各器件引腳的電位.仔細測量各點電位是否正常.尤其應注意單片機的插座上的各點電位.若有高壓.將有可能損壞單片機以及相關模塊。同樣.如果電壓過低就沒有能力驅動其負載。最后我明白了成功都不是一蹴而成的.在調試結果成功出來