基于单片机无线电子点菜系统硬件设计及实现

[09-11 23:01:53]   来源：http://www.88dzw.com  单片机学习   阅读：8376次

文章摘要：nRF2401无线收发一体芯片和蓝牙一样，都工作在2.4GHZ自由频段，能够在全球无线市场畅通无阻。nRF2401支持多点间通信，最高传输速率超过1Mbit/s，而且比蓝牙具有更高的传输速度。它采用SOC方法设计，只需少量外围元件便可组成射频收发电路。与蓝牙不同的是，nRF2401没有复杂的通信协议，它完全对用户透明，同种产品之间可以自由通信。更重要的是，nRF2401比蓝牙产品更便宜。所以nRF2401是业界体积最小、功耗最少、外围元件最少的低成本射频系统级芯片。nRF2401的引脚排列如图2.2（顶视图）所示。它采用5mm×5mm的24引脚QFN封装。nRF2401的主要特点如下：图2.2

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nRF2401无线收发一体芯片和蓝牙一样，都工作在2.4GHZ自由频段，能够在全球无线市场畅通无阻。nRF2401支持多点间通信，最高传输速率超过1Mbit/s，而且比蓝牙具有更高的传输速度。它采用SOC方法设计，只需少量外围元件便可组成射频收发电路。与蓝牙不同的是，nRF2401没有复杂的通信协议，它完全对用户透明，同种产品之间可以自由通信。更重要的是，nRF2401比蓝牙产品更便宜。所以nRF2401是业界体积最小、功耗最少、外围元件最少的低成本射频系统级芯片。
nRF2401的引脚排列如图2.2（顶视图）所示。它采用5mm×5mm的24引脚QFN封装。nRF2401的主要特点如下：
图2.2 nRF2401的引脚排列

(1)采用全球开放的2.4GHZ频段，有125个频道，可满足多频及跳频需要；
(2)速率（1Mbps）高于蓝牙，且具有高数据吞吐量；
(3)外围元件极少，只需一个晶振和一个电阻即可设计射频电路；
(4)发射功率和工作频率等所有工作参数可全部通过软件设置；
(5)电源电压范围为1.9-3.6V，功耗很低；
(6)电流消耗很小，-5dBm输出功率时的典型峰值电流为10.5mA；
(7)芯片内部设置有专门的稳压电路，因此，使用任何电源（包括DC/DC开关电源）均有很好的通信效果；
(8)每个芯片均可以通过软件设置最多40bit地址，而且只有收到本机地址时才会输出数据（提供一个中断指示），同时编程也很方便；
(9)内置CRC（Cyclic Redundancy Check，循环冗余校验）[16]纠检错硬件电路和协议；
(10)采用DuoCever技术可同时接收两个nRF2401的数据；
(11)采用ShockBurst TM模式时，能适用极低的功率操作和不严格的MCU执行；
(12)无需外部SAW滤波器；
(13)可100%RF检验；
(14)带有数据时隙和数据时钟恢复功能。
nRF2401的内部结构原理及外部组成框图如图2.3所示，下面介绍其工作原理。

图2.3 nRF2401的内部结构原理及外部组成框图

1 ShockBurst TM[16]模式
nRF2401的ShockBurst TM模式采用片上FIFO(First-In First-Out，先进先)出来进行低数据率的时钟同步和高数据率的传输，因此极大的降低了功耗。
ShockBurst TM发射主要通过MCU接口引脚CE、CLK1和DATA来完成。当MCU请求发送数据时，置CE为高电平，此时的接收机地址和有效载荷数据作为nRF2401的内部时钟，可用请求协议或MCU将速率调至1Mbps；置CE为低电平可激活ShockBurst TM发射。
ShockBurst TM接收主要使用MCU接口引脚CE、DR1、CLK1、DATA来实现。当正确设置射频包输入载荷的地址和大小后，置CE为高电平可激活RX。此后便可在nRF2401监测信息输入200μｓ，若收到有效数据包，则给MCU一个中断并置DR1为高电平，以使MCU 以时钟形式输出有效载荷数据，待系统收到全部数据后, nRF2401再置DR1为低此时如果CE保持高电平，则等待新的数据包。若CE置低电平，则开始接收新的序列
nRF2401的 DuoCeiver TM[17]技术为RX提供了两个独立的专用数字信道，因而可代替两个单独接收系统。图4所示是DuoCeiver TM同时双接收信道结构图。 nRF2401可以通过一个天线接口从相隔8MHZ的两1Mbps接收机上接收数据。同时将两个数字信道的输出反馈到两个单独的MCU接口。具体的两个信道如下:
图2.4 DuoCeiver TM同时双接收信道结构图

数字信道１:CLK1,DATA,DR1；
数字信道２:CLK2,DOUT2,DR2；
应当说明的是,数字信道2的频率只有在比数字信道1的频率高出8MHZ时，才能保证正常接收。

第三章 基于ZigBee协议的硬件系统的设计及实现
目前，51系列单片机非常流行，而且资料众多，因此选用51系列单片机作为开发板的MCU，通过附加一定的外围电路后，来和无线数据传输模块进行通信，实现数据的无线传输。

3.1 STC89C58RD+[10]单片机概述

STC89C58RD+系列单片机是宏晶科技推出的新一代超强抗干扰，高速，低功耗的单片机，指令代码完全兼容传统8051单片机，12时钟/机器周期和6时钟/机器周期可任意选择。
它具有以下特点：
1. 增强型6时钟/机器周期，12时钟/机器周期 8051 CPU（Central Process Unit，中央处理器）。
2. 工作电压：5.5V - 3.4V（5V单片机）
3. 工作频率范围：0 - 40 MHz，相当于普通8051的 0～80MHz.实际工作频率可达48MHz.
4. 用户应用程序空间32K字节

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