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1、 36 2009 年第 02 期，第 42 卷 通 信 技 术 Vol.42，No.02,2009 总第 206 期 Communications Technology No.206,Totally 基于nRF905模块的AT89S单片机无线收发系统设计 马金祥，何一鸣（常州工学院，江苏 常州 213002）【摘 要】【摘 要】介绍了挪威 Nordic 公司的 nRF905 无线收发模块的结构和工作特点，并在此基础上设计了基于 nRF905 模块的AT89S 单片机的无线通信系统。给出了无线收发系统的硬件组成电路和数据收发流程图，并通过实际数据通信实验验证了系统的可靠性。最后还对本系统的应用作
2、了进一步的说明。【关键词】【关键词】无线通信；nRF905；单片机 【中图分类号】【中图分类号】TN92 【文献标识码】【文献标识码】A 【文章编号】【文章编号】1002-0802(2009)02-0036-03 Design on Wireless Transceiver System Based on nRF905 Module and AT89S MCU Design on Wireless Transceiver System Based on nRF905 Module and AT89S MCU MA Jin-xiang，He Yi-ming(Changzhou Institute
3、 of Technology,Changzhou Jiangsu 213002,China)【Abstract】【Abstract】Based on the description of the structure and working features of RF transceiver nRF905 module,a wireless transceiver system based on nRF905 module and AT89S MCU is designed.The hardware circuit and the complete transceiver flow chart
4、s are given in the paper,and the data transceiver experiment has proved that the design of the system is effective and reliable.Finally,the application of this transceiver system is discussed in detail.【Key words】【Key words】wireless transceiver;nRf905;MCU 0 引言 在传统的测控系统中，通常使用导线来传输信号。但有线传输方式存在如下的缺点：产生
5、电磁干扰，存在信号衰减，复杂的线路连接。随着射频技术和集成电路技术的高速发展，人们对无线通信的要求越来越高。无线通信功能的实现更便捷，数据传输速率更快，抗干扰能力更强。短程、便捷、廉价的无线通信技术正引起越来越多的关注。因此，许多的应用领域采用了无线通信技术。文中的无线收发系统以 MCS-51 系列单片机中的具有ISP 功能的 AT89S 单片机为微控制器，采用挪威 Nordic 公司的 nRF905 芯片组成的无线收发模块，给出了一种简单便捷的无线通信设计系统。1 无线收发系统硬件设计 1.1 nRF905 模块简介 1.1 nRF905 模块简介 nRF905 芯片是挪威 Nordic 公
6、司推出的的单片射频收发器。芯片工作电压 DC1.93.6V，32 引脚 QFN 封装，内置硬 件 CRC 检错 和 点 对 多点 通 信 地 址控 制，工 作在433/868/915MHz 三个 ISM 频段，频段之间收发模式切换时间650us1。nRF905 模块是使用 nRF905 芯片开发而成。nRF905 模块的高频头用户接口电路管脚图如图 1 所示，接口电路管脚功能说明如表 1 所示。图 1 nRF905 模块的高频头用户接口电路管脚 1 3 5 137 VCC TRX_CE uCLK AM MISO SCK GND TX_EN PWR_UP CD DR MOSI CSN GND 2
7、 4 6 8 10 14 12 9 11收稿日期：2008-07-04。作者简介：马金祥（1977-），男，讲师，硕士，现主要从事微机控制系统方面的教学和科研工作。37表表 1 nRF905 模块的高频头用户接口电路管脚功能说明模块的高频头用户接口电路管脚功能说明 管脚 名称 管脚功能 说明 1 VCC 电源 电源+3.33.6V DC 2 TX_EN 数字输入 工作模式选择 3 TRX_CE 数字输入 使能芯片发射或接收4 PWR_UP 数字输入 芯片上电 5 uCLK 时钟输出(未使用)6 CD 数字输出 载波检测 7 AM 数字输出 地址匹配 8 DR 数字输出 接收或发射数据完成9 M
8、ISO SPI 接口 SPI 输出 10 MOSI SPI 接口 SPI 输入 11 SCK SPI 时钟 SPI 时钟 12 CSN SPI 使能 SPI 使能 13、14 GND 地 接地 nRF905 模块具有两种工作模式和两种节电模式。工作模式包括：ShockBurst 接收模式和 ShockBurst 发射模式；节电模式包括：掉电与 SPI 编程模式和待机与 SPI 编程模式。nRF905模块这四种模式的选择PWR_UP、TRX_CE和TX_EN的设置来决定。nRF905 模块模式控制表如表 2 所示2。表表 2 nRF905 模块模式控制模块模式控制 PWR_UP TRX_CE T
9、X_EN 选择模式 0 X X 掉电与 SPI编程模式 1 0 X 待机与 SPI编程模式 1 1 0 ShockBurst接收模式 1 1 1 ShockBurst发射模式 nRF905 模块在 ShockBurst 工作模式的特点是自动产生前导码和 CRC 校验码，使用 SPI 接口与微控制器通信，配置非常方便。下面给出了 nRF905 模块的 SPI 串行接口的指令设置3：#define WC 0 x00 /写配置寄存器指令#define RC 0 x10 /读配置寄存器指令#define WTP 0 x20 /向TX_Payload寄存器写入发送有效数据指令#define RTP 0
10、x21 /从 TX_Payload 寄存器读取发送有效数据指令#define WTA 0 x22 /向 TX_Address 寄存器写入发送地址指令#define RTA 0 x23 /从 TX_Address 寄存器读取发送地址指令#define RRP 0 x24 /从 RX_Payload 寄存器读取接收到的有效数据指令 当 CSN 为低电平时，SPI 接口开始等待下一条指令，任何一条指令均由 CSN 电平由高到低的转换开始。硬件上面没有 SPI 接口的单片机也可以控制 nRF905 模块，可以使用普通单片机的 I/O 端口模拟 SPI 接口。1.2 系统硬件设计1.2 系统硬件设计 系
11、统硬件电路是以 AT89S 单片机和 nRF905 模块为核心元件，由单片机的 I/O 端口分别控制 nRF905 模块的状态接口、模式接口和 SPI 接口，系统硬件组成电路如图 2 所示。图 2 无线收发系统硬件组成电路 无线收发系统的通信底板是以 AT89S 单片机为微控制器，与设计好的 nRF905 无线收发模块相连接，具备数据发送和数据接收的功能。硬件系统由一对配置 nRF905 模块的通信底板构成，其中一端作为发送端，另一端作为接收端。在 AT89S 单片机系统中增加按键输入部分是为了实现有条件数据发送，而增加 LED 输出部分是为了观察数据发送和接收的效果。发送端的微控制器通过将
12、TRX_CE 和 TX_EN管脚同时置为高电平，控制发送端的 nRF905 模块向外发送数据。接收端的微控制器通过将 TRX_CE 置为高电平，同时将 TX_EN 管脚置为低电平，接收由接收端 nRF905 模块收到的数据。无线收发系统采用半双工的通信模式，可以实现两台单片机系统之间的双向数据收发。2 无线收发系统程序设计 2.1 无线发送系统程序设计 2.1 无线发送系统程序设计 发送端的单片机将接收机的地址和要发送的数据写完后，就要控制 nRF905 模块将数据信息发送出去，nRF905 模块在发送模式时会自动产生字头和 CRC 校验码。当发送过程结束后，nRF905 模块的数据传输完成管
13、脚会通知单片机数据发送完毕。下面为典型的 nRF905 模块数据发送流程3：（1）当微控制器要发送数据时，将接收机的地址和发送数据通过 SPI 接口传输给 nRF905 模块；（2）微控制器设置 TRX_CE 和 TX_EN 管脚同时置为高电平，启动发送端的 nRF905 模块为发送模式；（3）发送端的 nRF905 模块发送过程处理：a）射频寄存器开启；b）数据打包（加字头和 CRC 校验码）；c）数据包发送；d）当数据包发送结束，将数据发送完成管脚（DR 管脚）置为高电平；（4）如果 AUTO_RETRAN 被设置为高，nRF905 模块 P2.0P2.2 P2.3P2.6 P3.0P3.
14、2 按键输入LED 输出P1.0 P1.1 AT89S 单片机 模式控制SPI 接口状态输出nRF905 高频头TRX_CEPWR_UP SCKMOSITX ENCSN MISO AM DRCD 38 将连续地发送数据包，直到 TRX_CE 被设置为低；（5）TRX_CE 被设置为低时，nRF905 模块数据包发送过程结束并回到待机模式。AT89S 单片机控制 nRF905 模块数据发送流程图如图 3所示。图 3 nRF905 模块数据发送流程 2.2 无线接收系统程序设计 2.2 无线接收系统程序设计 接收端的单片机控制 nRF905 模块进入接收模式后，当nRF905 模块监测到有同一频段
15、的载波信号且接收到相匹配的地址时，就开始数据包接收。当数据包正确接收完毕后，接收端的单片机在 nRF905 模块处于待机状态时通过 SPI 接口提取数据包中的有效接收数据。下面为典型的 nRF905 模块数据接收流程4：（1）微控制器控制 TRX_CE 为高电平、TX_EN 为低电平，nRF905 模块进入接收模式；（2）650us 后，nRF905 模块监测空中的信息，等待接收数据；（3）当 nRF905 模块检测到与接收频率相同的载波时，设置载波检测管脚（CD 管脚）为高电平；（4）当 nRF905 模块接收到有效的地址时，设置地址匹配管脚（AM 管脚）为高电平；（5）当一个正确的数据包接
16、收完毕后，nRF905 模块自动去掉数据包的字头、地址和 CRC 校验码，然后将数据接受完成管脚置为高电平；（6）微控制器将 TRX_CE 设置为低电平；（7）微控制器通过 SPI 接口以一定的速率提取数据包中的有效接收数据；（8）当所有的有效数据接收完毕，微控制器控制nRF905模块数据接收完成管脚（DR 管脚）和地址匹配管脚（AM管脚）为低电平；（9）nRF905 进入待机模式。AT89S 单片机控制 nRF905 模块数据接收流程图如图 4所示。图 4 nRF905 模块数据接收流程 3 结语（1）nRF905模块VCC与GND管脚电压范围为DC 3.33.6V 之间，不能超过这个区间，
17、超过 3.6V 将会烧毁模块。（2）nRF905 模块的其它管脚都可以直接和单片机的I/O 端口连接，无需电平转换。如果单片机是 3.3V 的，可以直接和 nRF905 模块的 I/O 口线连接。如果单片机是 5V 的，请参考该系列单片机 I/O 端口输出电流大小，如果超过10mA，需要串联分压电阻，否则会烧毁模块。（3）本系统通过了实际数据通信实验的验证，运行稳定，通信可靠，能够实现 400 米左右的无线通信。(4)本系统可以应用于点对点、点对多点通信的一些实际工作环境中。参考文献 参考文献 1 荚庆,王代华,张志杰.基于 nRF905 的无线数据传输系统J.国外电子元器件.2008,(1)
18、：29-31.2 .3 王萍,陈长青,龚睿等.基于 nRF905 的无线串口通信系统J.微计算机信息.2007:281-282.4 吕跃刚,高晟辅,范俊峰等:基于 nRF905 无线数传模块的设计及其实现J.微计算机信息.2006:281-282.Y 待机模式 有数据发送？SPI 寄存器配置TRX CE=1？启动发送模式 数据发送结束？TRX CE=0？AUTO RETRAN1？Y N YY N YN N N Y TRX_CE=1？TX EN=1？启动接收 地址匹配？地址匹配信号置高 Y NY NN有同频载波 接收数据包 CRC 校验正确？置 DR,AM 高电平 待机模式 提取有效数据地址匹配
19、信号置低基于nRF905模块的AT89S单片机无线收发系统设计基于nRF905模块的AT89S单片机无线收发系统设计作者：马金祥，何一鸣，MA Jin-xiang，He Yi-ming作者单位：常州工学院,江苏,常州,213002刊名：通信技术英文刊名：COMMUNICATIONS TECHNOLOGY年，卷(期)：2009，42(2)被引用次数：2次 参考文献(4条)参考文献(4条)1.荚庆.王代华.张志杰 基于nRF905的无线数据传输系统期刊论文-国外电子元器件 2008(01)2.查看详情3.王萍.陈长青.龚睿 基于nRF905的无线串口通信系统期刊论文-微计算机信息 20074.吕跃
20、刚.高晟辅.范俊峰 基于nRF905无线数传模块的设计及其实现期刊论文-微计算机信息 2006 相似文献(10条)相似文献(10条)1.期刊论文 王小辉.吴长奇.安佰岳.邬伟扬 基于nRF905实现LF2407的无线通信的设计-工业控制计算机2005,18(8)介绍一种用单片无线数传模块nRF905实现TMS320LF2407DSP的无线通信的方法.描述了LF2407中内嵌的串行外设接口模块以及nRF905的结构与用法,给出了硬件电路设计及软件实例.2.期刊论文 黄秀节.颜可煌 基于nRF905射频收发器的无线双向遥控插座-数字通信2009,36(5)基于短距离无线通信芯片nRF905的特性,
21、以单片机AT89S52为微控制器,结合AD转换芯片,设计了一套满足实际应用要求的无线双向遥控插座.系统分为2部分:总控制端和插座端,具有按键控制、液晶显示和报警等功能.阐述了系统主要功能并给出了2大部分的硬件设计方案和软件设计流程.该系统具有性能稳定、扩展性强、使用方便等优点.3.期刊论文 韩雪松.段与波.赵磊.刘继承 基于TMS320LF2407和nRF905的无线通信模块设计-科技信息（科学教研）2008,(5)介绍一种利用无线传输模块nRF905和TMS320LF2407的串行外设接口实现无线数据传输系统.描述了LF2407以及nRF905的结构与用法.给出了硬件电路设计及软件实例.4.
22、期刊论文 董秀洁.赵程程 基于AT89S52和nRF905的无线遥控系统设计与实现-中原工学院学报2010,21(4)研究了利用nRF905 芯片进行无线传输的设计思想和实现方法,介绍了发射器和接收器软硬件结构及微控制器和无线收发芯片的通讯协议.设计了以nRF905无线收发模块和AT89S52单片机为核心的多路无线遥控系统,该系统具有低成本、易扩展、操作简单等优点,不仅可以在各种复杂的工业现场高效而准确地进行无线数据传输,也广泛应用于远程控制、无线数据采集等多个领域.5.期刊论文 孙晔.范蟠果.SUN Ye.FAN Pan-guo 基于nRF905的无线通信模块在机器人竞赛中的应用-测控技术2
23、007,26(3)应用TMS320F2812的SPI接口对单片无线收发器nRF905进行控制,并在此基础上建立了基于nRF905的点对多点无线通信控制系统.在软件编程上,设计了能以两种方式控制机器人行走的通信协议,并给出了提高通信成功率的两个步骤逐级结合的差错控制方法.最后对本无线通信系统中的差错控制方法进行了逐级验证,进一步明确了差错控制在无线通信中的必要性和有效性.6.期刊论文 张男.吴长奇.暴希会.Zhang Nan.Wu Changqi.Bao Xihui 基于nRF905实现的无线微控制器组网-电子测量技术2007,30(8)本文介绍了一种基于射频收发器nRF905进行无线通信的方法
24、,实现了近距离微控制器的无线组网,并给出了其物理层和媒体接入层的设计方案.在该系统中采用了令牌总线方式的通信协议.拓扑结构方面以自由空间作为传输介质,相当于系统的总线;逻辑上采用令牌结构,以令牌的传递来决定各个微控制器节点的信道使用权.最后以令牌的平均传输周期作为衡量性能的主要指标,对该无线微控制器网络进行了实验和讨论.实验结果表明,该方法可以有效地实现网络中各微控制器节点的无线通信,数据传输稳定.7.学位论文 肖鹏 基于nRF905的无线抄表系统的研究 2009 随着无线通信技术和嵌入式技术的发展，集中抄表领域中越来越多的使用到无线数据传输技术，无线数据传输技术使数据的传输更加方便和易于维护
25、。本论文研究了基于nRF905的无线抄表系统。采用无线自动抄表技术能节约人力资源，更重要的由于短距离无线数据传输技术成熟、功率小、操作简单，可提高抄表的准确性、实时性，使管理部门能及时准确获得数据信息。在系统设计方案中采用了RS485总线技术、短距离无线通信和以太网通信技术相结合的方式，构建了远程自动抄表系统。系统的数据采集器通过RS485总线采集各个电表的电量信息。数据集中器和数据采集器之间以点对多点的方式进行通信，使一个数据集中器对散落在其覆盖范围内的多个数据采集器的数据信息进行接收和管理。同时，数据集中器通过以太网模块实现了无线抄表信息的远程抄表。论文研究的主要内容如下：首先，对无线抄表
26、系统的数据采集器进行了设计，控制器采用PIC16F876A单片机，数据采集器通过RS485总线采集各电表的电量信息并进行存储，再通过nRF905无线通信模块向数据集中器上传电量信息。其次，构建一个基于LPC2210的ARM7数据集中器，包括硬件主体电路及外围接口电路的设计，对C/OS操作系统进行了裁剪、修改，在LPC2210芯片上进行了操作系统的移植。实现系统中各个电表的电量数据信息的集中存储和管理。再次，采用Nordic公司的nRF905无线收发芯片设计了无线通信传输模块，数据集中器和数据采集器构成一个小型的无线通信网络，无线通信网络是一个基站多个从站的星型结构。并根据实际应用要求设计了系统
27、的介质访问方式和无线数据通信的数据帧结构。最后，设计了嵌入式以太网口模块，采用了RTL8019AS网络控制芯片模块和移植了嵌入式TCP/IP协议栈，实现了抄表系统数据的远程抄表功能。8.期刊论文 马明珠.MA Ming-zhu NRF905与S3C44B0的接口设计-武汉工业学院学报2006,25(4)介绍一种用单片无线数传模块NRF905实现无线通信的方法.描述了S3C44B0 以及NRF905的结构,并给出了S3C44B0与NRF905连接的硬件电路及软件实例.9.期刊论文 门少杰.王宝珠.Men Shao-jie.Wang Bao-zhu 基于nRF905的温室环境无线测控系统研究-电子
28、质量2010,(8)本文介绍了一种基于nRF905的温室环境无线测控系统,可对室内温湿度实时监测、报警以及温湿度参数线性补偿.系统选择智能数字温湿度传感器DHT21(AM2301)对温湿度数据进行采集,通过下位机MCU进行处理,实时显示温湿度参数值,并根据设定的温湿度限制参数进行相应的智能控制.通过nRF005无线发射模块实现数据通信.经测试,该系统运行稳定可靠,并具有良好的扩展性和发展前景.10.期刊论文 孙英达.徐文琴.丁立新.SUN Ying-da.XU Wen-qin.DING Li-xin nRF905无线收发芯片的应用-机械制造与自动化2009,38(6)介绍了nRF905无线收发一体芯片的特点及基本技术参数,阐明了该芯片在短距离无线数据通信中的应用特点以及无线通信的编程结构.引证文献(1条)引证文献(1条)1.彭云.杨易华.杨启辉.吴效明.黄岳山 无线嵌入式计步鞋的设计期刊论文-医疗卫生装备 2009(12)本文链接：http:/