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1、 I 无线串口通信实验报告 CHINAJIA 1 无线串口通信 一 实验目的 1 完成串口基本实验（MCU 和 PC 通信）2 完成无线模块的调试 3 编制通信协议是通信可靠稳定 二实验原理 1、无线数据传输模块 PTR 2000和无线通信芯片 nRF401 本实验项目选用的无线传输模块为 PTR2000，他是一种超小型、低功耗、高速率的无线收发数据传输模块，使用的是挪威 Nordic公司推出的 nRF401无线通信芯片。该芯片使用了433MHz IGM频段，是真正的单片 UHF无线收发一体芯片。在数据编码方面，nRF401采用串口传输，无须多数据进行曼彻斯特编码，应用及编程非常简单，传送的效
2、率很高，标称速率就是实际速率。在控制芯片外围元件的数量方面，nRF401也是一个较为理想的选择，它的外围元件仅需10 个左右，无须声表面滤波器、变容器等昂贵的元件，只需使用 4MHz的晶体，收发天线合一，减小了系统开发的难度。在目前较为流行的无线通信芯片中，无论是从使用的方便性、传输速度还是输出功率等各个方面考虑，nRF401都是较为理想的选择，本实验项目就是基于 nRF401芯片的无线数据传输模块。PTR2000是一种超小型、低功耗、高速度的无限数据传输模块，它的通信速率最高可达20Kbps,也可工作在其他速率，如 4800bps/9600bps。PTR2000采用了低发射功率、高灵敏度设计
3、，可满足无线管制的要求且无须使用许可证，是目前低功率无线数据传输的理想选择。2、无线通信芯片 Nrf401引脚功能说明 Nrf401使用 20 引脚的 SSOCI封装，其引脚分布如下图 1-1 下面介绍各个引脚的功能。XC1、XC2（引脚 1、20）：这两个引脚用于连接外部参考晶振，其中，XC1为晶振输入，XC2为晶振输出。VDD(引脚 2、8、13)：电源输入脚，电压范围 2.7-5.2V。VSS（引脚 3、7、14、17）：电源地。FILT1(引脚 4)：滤波器接入端。2 VCO1、VCO2(引脚 5、6)：外界压控振荡电感。DIN(引脚 9)：发射数据输入端，该引脚用于从单片机接收要发送
4、的数据。DOUT(引脚 10)：接收数据输出端，该引脚讲无线接收到的数据送入单片机。RF_PWR（引脚 11）：发射功率设置。CS（引脚 12）：频道选择端。CS=0，芯片工作在频道 1，即 433.92MHz频道；CS=1,芯片工作频道 2，即 434.33MHz。ANT1、ANT2(引脚 16、15)：天线接口。PWR(引脚 18)：低功耗控制。PWR=1时，芯片处于正常工作状态；PWR=0时，芯片为待机微功耗状态。TXEN（引脚 19）：工作模式切换。TXEN=1时，芯片为数据发射状态；TXEN=0时；芯片为数据接收状态。3、无线数据传输模块 PTR2000引脚功能说明 PTR2000是
5、基于 Nrf401芯片的无线数据传输模块，它的引脚分布如图 1-2所示。下面介绍各个引脚的功能。VCC（引脚 1）：电源输入脚，电压范围 2.7-5.2V。CS（引脚 2）：频道选择端。CS=0,芯片工作在频道 1，即 433.92MHz频道；CS=1,芯片工作在频道 2，即 434.33MHz。DO（引脚 3）：数据输出端。DI（引脚 4）：数据输入端。GND（引脚 5）：电源地。PWR（引脚 6）：低功耗控制。PWR=1时，模块处于正常工作状态；PWR=0时，模块为待机微功耗状态。TXEN（引脚 7）：工作模式切换。TXEN=1时，模块为数据发射状态；TXEN=0时，模块为数据接收状态。正
6、确地设置工作模式对于使用 PTR2000模块至关重要，对于 PTR2000模块而言，它的工作模式设置主要包括工作频道的设置和发送、接收、待机状态的设置，这由 TXEN、CS、PWR三个引脚共同决定，如 下表 1-3：引脚电平 工作模式 TXEN CS PWR 工作频道 工作状态 0 0 1 1（433.92MHz 接收 0 1 1 2（434.33MHz 接收 1 0 1 1（433.92MHz）发射 1 1 1 2（434.33MHz）发射-0-待机 表 1-3 PTR2000工作模式设置 3 5、发送端单片机和 PTR2000的接口电路设计 本实验项目中单片机选用 Atmel公司的 AT8
7、9C52,它通过自己的串口以及 I/O控制口与PTR2000直接相连，接口电路如图 1-4所示：图 1-4中，AT89C52单片机主要完成数据的采集和处理，向 PTR2000模块发送数据并且接收 PC 机通过 PTR2000传送过来的数据。和单片机相连的 PTR2000模块主要是将单片机的待传数据调制成射频信号，发送到 PC 机端的 PTR2000模块，同时接受 PC 机端 PTR2000模块传过来的射频信号，并调制成单片机能够识别的 TTL信号送给单片机。图 1-4 单片机和 PTR2000接口电路原理图 6、接收端单片机和 PTR2000的接口电路 4 图 1-5 接收端单片机和 PTR2
8、000接口电路原理图 7、串行无线通信协议设计 无线通信中，由于外部环境的干扰，通常误码率是比较高的，因此通信协议的设计对保证通信的可靠性十分重要。对于协议设计而言，最重要的就是帧结构的设计。本实验存在指令帧和数据帧。数据帧的内容包括起始字节、数据长度字节、数据字节、结束字节、和校验和字节，见下表 1-6 表 1-6 串行无线通信的数据帧结构 起始字节 数据长度字节 数据字节 校验和字节 结束字节 1 字节 1 字节 N 字节 1 字节 1 字节 三源程序 1、发送端单片机程序设计/发送模块/#include/#define uchar unsigned char#define uint un
9、signed int/sbit TXEN=P20;/定义发送 接受模式选择位 sbit PWR_UP=P21;/工作模式 待机模式选择位 sbit CS=P22;/频率通道选择位 sbit test=P00;/uchar T_buffer11=0 x55,0 xaa;uchar R_buffer11;/配置 UART;9600;void init_UART()TMOD=0X20;TH1=0XFD;TL1=0XFD;TR1=1;/波特率设置 SCON=0X40;/void delay_1s()2 uint delay_1s_aa=60000;while(delay_1s_aa-0);/uchar
10、 flag=0;uchar i=0;uint aa=0;void main()init_UART();/初始化 UART,9600 IE=0 x90;/开启 UART中断 /aa=240;while(aa-0);TXEN=0;/TXEN经过反相器反向后变成高电平 aa=78;while(aa-0);while(1)SBUF=T_bufferi;/发送数据 while(flag=0);/等待发送中断并结束 delay_1s();/等待一段时间 flag=0;/将标志复位 if(i=0)i=1;else /换一个数据 i=0;/void s_(void)interrupt 4 using 1 if
11、(TI=1)TI=0;flag=1;test=0;2、接收端计算机程序设计#include/#define uchar unsigned char#define uint unsigned int/sbit TXEN=P20;/定义发送 接受模式选择位 sbit PWR_UP=P21;/工作模式 待机模式选择位 sbit CS=P22;/频率通道选择位/uchar buffer;/开机延时程序,等待电压稳定 void init_delay()2 uchar delay_a=200;while(delay_a-0);/配置 UART;9600;void init_UART()TMOD=0X20;
12、TH1=0XFD;TL1=0XFD;TR1=1;/波特率设置 SCON=0X40;/uchar flag=0;/void main()uint aa=728;P0=0X00;init_UART();/初始化 UART,9600 while(aa-0);/等待 5MS REN=1;/UART使能接受 IE=0X90;/开启 UART中断 while(1)while(flag=0);/等待UART的接受中断并结束 P0=buffer;/将接受下来的数据通过P0 口显示出来 flag=0;/将标志复位 /UART的接受中断 void R_(void)interrupt 4 using 1 if(RI
13、=1)RI=0;/将接受中断标志位复位 buffer=SBUF;/将 UART中的数据接收下来，并保存在 buffer变量中 flag=1;/将标志置位 四干扰分析 51 系列单片机工作的时候，会产生比较强的电磁辐射，频率范围在 9MHZ-900MHZ，因此它会影响任何此频率内的无线接收设备的灵敏度，解决的方法是尽量降低 CPU 晶体的频率。测试表明：在 1M 晶体的辐射强度，只有 12M晶体时的 1/3，因此，如果把晶体频率选择在500K以下，可以有效降低 CPU的辐射干扰。另外一个比较好的方法是：将接收模块通过一个 3 芯屏蔽电缆（地，+5V，DATA，屏蔽线的地线悬空）将模块引出到离开单片机 2 米以外，则不管 51CPU使用那个频率的晶体，这种干扰就会基本消除。对于 PIC单片机，则没有上述辐射干扰。可以任意使用。第五部分 实验结果 2 刚上电，效果不明显，数据有误码 待稳定以后，数据显示为 55H LED 显示数据为 55h 第六部分 参考文献 1 何立民.MCS51系列单片机应用系统设计M.北京：北京航空航天 出版社，1999.2沈红卫.单片机应用系统设计实例与分析M.北京：北京航空航 天大学出版社，2003