毕业设计（论文）单片机无线数据传输应用设计.doc

盐城工学院本科生毕业设计说明书（2011）目 录1 概 述 11.1 课题研究背景及意义 11.2 课题设计内容 22 系统设计 22.1 无线数据传输系统原理 22.2 芯片简介 32.2.2 CC1100 62.3 Keil C51简介 93 硬件电路设计 93.1 主机模块 93.1.1 CPU控制无线模块收发数据 103.1.2 音符演奏及数码显示 113.2 遥控器模块 143.3 电源模块 144 软件设计 144.1 初始化配置 144.2 收发数据 164.3 数码管扫描 174.4 PWM功能 174.5 无线遥控器 185 编译调试 186 结束语 22致 谢 23参考文献 24附 录 25附录1 CC1100的寄存器及其配置 25附录2 程序清单 28附录3 系统硬件电路原理图 39附录4 系统硬件电路PCB图 3939单片机无线数据传输应用设计1 概 述1.1 课题研究背景及意义进入二十一世纪以来，微电子技术的不断进步极大地推动了计算机和通信设备的普及和迅猛发展，PC机、掌上电脑、移动、无绳等进入人们日常的生活和工作中，成为人们生活中不可缺少的一部分。

在这些设备之间传送文件时往往是通过线缆来进行，有线网络速度快，数据流量大可靠性强，对于基本固定的设备来说无疑是比较理想的选择，的确在实际应用中也达到了比较满意的效果，但同时有线网络布线麻烦，线路故障难以检查，设备重新布局就要重新布线，且不能随意移动等缺点越发突出在向往自由和希望随时随地进行通信的今天，人们逐渐把目光转向了无线通信方式，无线通信技术在特殊的工作环境中有许多优点：对于分散、移动的控制对象可以方便的实现相互间的数据通信；对于物理布线困难的地方，采用无线通信技术可以节省大量财力；对于需要组网的以太网、令牌网等有线通信系统，选择无线通信技术可以避免大量的布线工作，同时也避免了有线网由于线路故障而导致系统瘫痪的弊病以上这些优点使得无线通信除了弥补有线手段的不足外，还为数据通信用户提供了更加方便更高层次的服务，即移动中不间断的数据通信虽然目前无线通信在整个数据通信中所占的比例还比较小，但它的发展势头很强是人们普遍看好的下一个通信技术热点随着计算机、通信和无线技术的逐步融合，在传统的有线通信的基础上，无线通信技术应运而生，它具有快捷、方便、可移动和安全等优势，所以广泛应用到遥控玩具、汽车电子、环境监测和电气自动化等。

在一些特殊应用场合中，单片机与上位机之间通信不再采用有线的数据传输，例如采用有线的串、并行总线、I2C和CAN总线等，而是需要无线数据传输它与有线数传相比主要有布线成本低、安装简便、便于移动的优点，而且随着互联网技术的迅猛发展和快速普及，越来越多的基于单片机为微控制器的的测控设备或智能仪器仪表都需要通过互联网上进行数据交换或传输数据无线通信的范围非常广泛，可分为许多种类按照媒介可分为光通信、微波通信、声波通信等；按照传输距离可分为长距离无线通信和短距离无线通信；按照频段可分为15M频带无线通信、军用频带无线通信、航空频带无线通信等；按照传输的信息可分为无线控制、语音无线通信、海量数据无线通信等；按照协议标准来分可分为无线局域网、蓝牙、HomeRF、ZigBee、无线USB、Wi—Fi、WiMAx、UWB等 无线通信的主要应用范围有：公共设施自动化、无线宽带网络、仓库和物流管理、医院监护、安全管理、国防军事、交通运输、石油勘探、森林防火、抗洪抢险、国土勘查、直播、海关缉私、港口作业、水文监控等随着无线技术的不断发展和应用市场的不断扩大，各种无线技术层出不穷，今天整个无线领域已经呈现出了一派繁荣的景象。

一般的数据采集系统是通过传感器将捕捉的现场信号经数模转换器ADC采样，量化，编码后、成为数字信号，存入数据存储器或送给微处理器，或通过无线方式将数据发送给接收端进行处理，无线数据传输系统就是这样一套利用无线手段将采集的数据由测量触发送到主控的设备无线数据收发模块的性能优异,其显著的特点是所需外围元件少,因而设计非常方便模块在内部集成了高频发射、高频接受、PLL合成、FSK调制/解调、参数放大、功率放大、频道切换等功能1.2 课题设计内容本课题是单片机无线数据传输的应用设计无线通信系统主要由两部分组成:主板硬件部分和遥控器硬件部分主板硬件由CPU、数码管、无线模块和蜂鸣器组成主板工作的时候，可以接受遥控器的控制信号，也可以显示当前的状态遥控器硬件由CPU、无线模块和按键组成，可以用来控制主板的LED由C8051F310芯片为CPU，74HC595芯片驱动数码管显示，CC1100为中心的无线节点模块接收发送数据用相同的芯片组成遥控器电路，控制LED2 系统设计2.1 无线数据传输系统原理所谓无线，顾名思义就是利用无线电波作为信息的传导手段，就应用来讲，只要是使用空气作为传输媒介的信号传输都可称为无线通信。

无线通信与有线通信的用途完全相似，两者的最大不同是在于传输数据的媒介不同除此之外，正因为它是无线的，所以无论是在硬件架设，还是使用的机动性上均比有线通信要有许多优势我们平时的交谈其实就是一种最简单的无线通信，从他人口中发出的抑扬顿挫的声音，通过空气，传输到我们的耳朵中，经过我们大脑的处理，转换成为可被理解的各种概念复杂的无线通信系统，同我们平时最基本的交谈的原理都是一样的无线通信系统主要包括两部分——发送端和接收端如图2-1所示图2-1 无线通信基本结构典型的无线通信结构包括一个无线发射器(包括数据源、调制器、RF源、RF功率放大器、天线、电源)和一个无线接收器(包括数据接收电路、RF解调器、译码器、RF低噪声放大器、天线、电源)发射器的数据通过无线发射出去，接收器天线接收后进行处理，得到经过校验的正确数据在长距离的无线通信中，还需要中继站发送端向外界发送数据信息，由于传输距离远，信号会出现衰减，因而需要安装中继站来提高信号传送的质量，接收端把信息接收后处理使用2.2 芯片简介2.2.1 C8051F310本设计的CPU采用最新单片机C8051F310C8051F310单片机是完全集成的混合信号系统级芯片，具有与8051指令集完全兼容的CIP-51内核，它在单片内集成了构成一个单片机数据采集或控制系统所需要的几乎所有模拟和数字外设及其他功能部件。

其主要组成：l 高速、流水线结构的8051兼容的CIP-51内核（可达25MIPS） l 全速、非侵入式的在系统调试接口（片内） l 带模拟多路器、真正10位200 ksps的25通道单端/差分ADC l 高精度可编程的25MHz内部振荡器 l 16KB可在系统编程的FLASH存储器 l 1280字节片内RAM l 硬件实现的SMBus/ I2C、增强型UART和增强型SPI串行接口 l 4个通用的16位定时器 l 具有5个捕捉/比较模块和看门狗定时器功能的可编程计数器/定时器阵列（PCA） l 片内上电复位、VDD监视器和温度传感器 l 片内电压比较器 l 29个端口I/O（容许5V输入）C8051F310的MCU系统控制器的内核是 CIP-51微控制器CIP-51与MCS-51指令集完全兼容，可以使用标准803x/805x的汇编器和编译器进行软件开发CIP-51内核具有标准8051的所有外设部件，包括4个16位计数器/定时器、一个增强型全双工UART、一个增强型SPI、256字节内部RAM、128字节特殊功能寄存器（SFR）地址空间及29个I/O端口 CIP-51微控制器内核除了具有标准8051的组织结构和外设以外，另有增加的定制外设和功能，从而大大增强了它的处理能力。

CIP-51系统控制器的存储器组织与标准8051的存储器组织类似有两个独立的存储器空间：程序存储器和数据存储器程序和数据存储器共享同一个地址空间，但用不同的指令类型访问 CIP-51有两种可软件编程的电源管理方式：等待和停机C8051F310有29个I/O引脚，每个引脚都可以被定义为通用I/O（GPIO）或模拟输入 端口I/O初始化包括以下步骤：用端口输入方式寄存器（PnMDIN）选择所有端口引脚的输入方式（模拟或数字）；用端口输出方式寄存器（PnMDOUT）选择所有端口引脚的输出方式（漏极开路或推挽）；用端口跳过寄存器（PnSKIP）选择应被交叉开关跳过的那些引脚；将引脚分配给要使用的外设；启用交叉开关CIP-51包含一个扩展的中断系统，支持14个中断源，每个中断源有两个优先级中断优先级的控制方法：硬件判优——链式判优、并行判优（中断向量法）；软件判优——顺序查询中断请求，先查询的先服务（即先查询的优先级别高）每个中断源都可以被独立地编程为两个优先级中的一个：低优先级或高优先级中断响应时间取决于中断发生时CPU的状态C8051F310内部有4个16位计数器/定时器其中T0和T1与标准8051中的计数器/定时器兼容；T2和T3是16位自动重装裁定时器，可用于ADC、SMBus或作为通用定时器使用；定时器0和定时器1拥有几乎完全相同的4种工作方式，可以工作在计数器方式；定时器2和定时器3均可以作为一个16位或两个8位自动重装裁定时器。

C8051F310还有一个可编程计数器阵列PCA0，提供增强的定时器功能与标准8051的计数器/定时器相比，它需要较少的CPU干预PCA由一个专用的16位计数器/定时器和5个16位捕捉/比较模块组成C8051F310MCU有一个可编程内部振荡器和一个外部振荡器驱动电路，内部振荡器可以被允许/禁止，其输出频率可以通过OSCICN和OSCICL寄存器编程系统时钟可以有外部振荡器电路、内部振荡器或内部振荡器分频后提供在C8051F310中的串行接口是UART0UART0是一个异步、全双工串口，它提供标准8051串行口的方式1和方式3UART0具有增强的波特率发生器电路，有多个时钟源可用于产生标准波特率C8051F310内部有一个10位SAR ADC和一个25通道差分输入多路选择器该ADC工作在200ksps的最大采样速率时可提供真正的10位精度，INL为±1LSBADC系统包含一个可编程的模拟多路选择器，用于选择ADC的正输入和负输入A/D转换可以有6种启动方式：软件命令、定时器0溢出、定时器1溢出、定时器2溢出、定时器3溢出或外部转换启动信号这种灵活性允许用软件事件、外部硬件信号或周期性的定时器溢出信号触发转换。

C8051F310单片机具有一个增强型外设接口SPIO，它具有访问一个全双工同步串行总线的能力SPIO可以作为主、从器件工作，并可在同一总线上支持多个主、从器件SPIO主要使用3个信号：主输出、从输入（MOSI）：主出从入（MOSI）信号是主器件的输出和从器件的输入，用于从主器件到从器件的串行 数据传输当 SPI0 作为主器件时，该信号是输出；当 SPI0 作为从器件时，该信号是输入数 据传输时最高位在先当被配置为主器件时，MOSI 由移位寄存器的 MSB 驱动主输入、从输出（MISO）：主入从出（MISO）信号是从器件的输出和主器件的输入，用于从从器件到主器件的串行数据传输当SPI0作为主器件时，该信号是输入；当SPI0作为从器件时，该信号是输出数据传输时最高位在先当SPI被禁止或工作在4线从方式而未被选中时， MISO引脚被置于高阻态当作为从器件工作在3线方式时，MISO由移位寄存器的MSB驱动串行时钟（SCK）：串行时钟（SCK）信号是主器件的输出和从器件的输入，用于同步主器件和从。