无线串口通信.docx
无线串口通信实验报告CHINAJIA无线串口通信实验目的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，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。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，如卜表1-3：引脚电平工作模式TXENCSPWR工作频道工作状态0011 (433.92MHz接收0112 (434.33MHz接收1011 (433.92MHz)发射1112 (434.33MHz)发射-0-待机表1-3 PTR2000工作模式设置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AT89C52,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的接口电路图1-5接收端单片机和PTR2000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<reg52.h>/#define uchar unsigned char#define uint unsigned int/sbit TXEN=P2"0;/定义发送'接受模式选择位sbit PWR_UP=P2"1;/工作模式'待机模式选择位sbit CS=P2"2;/频率通道选择位sbit test=P0”0;/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()uchar T_buffer11=0x55,0xaa;uint delay_1s_aa=60000;while(delay_1s_aa>0);/uchar flag=0;uchar i=0;uint aa=0;void main()init_UART();/初始化 UART,9600IE=0x90;/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)2、接收端计算机程序设计#include<reg52.h>/#define uchar unsigned char#define uint unsigned int/sbit TXEN=P2"0;/定义发送'接受模式选择位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 1if(TI=1)TI=0;flag=1;test=0;择位sbit CS=P2"2;/频率通道选择位/uchar buffer;/开机延时程序，等待电压稳定void init_delay()sbit PWR_UP=P2"1;/工作模式'待机模式选uchar delay_a=200;while(delay_a>0);/配置 UART;9600;void init_UART()TMOD=0X20;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,9600while(aa->0);/等待 5MSREN=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 1if(RI=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。第五部分实验结果刚上电，效果不明显，数据有误码待稳定以后，数据显示为55HLED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
