基于SPI总线的无线数据传输系统设计
基于spi总线的无线数据传输系统设计
摘要: 通过基于spi总线的无线数据通信设备，利用无线数据收发芯片nrf905和51单片机stc89c52rc进行设计，给出了无线数据传输系统框图和软硬件设计。介绍了spi总线结构、nrf905无线射频芯片及一种基于单片机模拟spi接口的方法，使没有spi接口的单片机扩展为带有spi接口的外围芯片成为现实。对如何通过spi实现对nrf905的配置，并利用c语言实现该功能做了探讨。最后对待发送数据进行发送，接收端对数据进行接收显示，从而实现了该无线数据传输系统，实验表明该设备具有准确有效的数据传输功能。
短程、便捷、廉价的无线通信技术正成为关注的焦点，使人们对它的需求越来越高。例如无线数据采集、无线设备管理和监控、无线抄表以及矿井下的无线通信等都是其典型应用。
1 系统总体结构
文中利用51单片机和无线数据收发芯片nrf905构成无线数据传输系统，给出了硬件和软件设计方案。其数据传输过程是：从传感器输入的模拟信号经ad采集后，将数据输入单片机，然后单片机将该发送数据，通过spi接口发送给nrf905，nrf905将数据自动加上前导码和crc码后将数据包发送。当接收端的nrf905接收到有效数据后，dr置高；单片机检测到dr为高电平后，复位trx_ce引脚，使nrf905进入空闲模式，通过spi接口从nrf905中读出接收数据，然后通过串口在上位机显示。文中主要介绍的是51单片机软件模拟spi和无线数据收发这两个部分。图1是该系统的总体结构框图。
2 spi总线
spi(serial peripheral interface串行外设接口)总线系统是一种同步串行外设接口，它可以使mcu与各种外围设备以串行方式进行通信以交换信息。该接口一般使用4条线：串行时钟线(sck)、主机输入从机输出数据线miso、主机输出／从机输入数据线mosi和低电平有效的从机选择线ss。可见spi总线只需要少数的几根线，就可以实现与具有spi总线硬件接口功能的各种器件进行通信，并且用spi总线接口简化电路设计，节省许多i／o口线供其它功能使用，提高了设计的可靠性。而对于一些不具有spi硬件接口的器件，可以用i／o口线来模拟spi。由于nrf905射频收发模块是通过spi接口由mcu控制的，而采用不具有spi接口的单片机，只能通过单片机的i／o口来模拟spi总线接口，实现无线通信系统的设计。这样当传输速度要求不是太高时，使用i／o口模拟spi总线，既可以增加应用系统接口器件的种类，同时还提高系统的性能，节约成本。
3 nrf905无线收发芯片
nrf905是挪威nordic vlsi公司推出的单片射频收发器，工作电压1．9～3．6 v，工作于433／868／915mhz这3个ism频段，频道转换时间<650μs，最大数据速率为100kbit／s。nrf905由频率合成器、接收解调器、功率放大器、晶体振荡器和gfsk调制器组成。自动产生前导码和cr校验码，可以很容易通过spi接口进行编程配置。外围器件连接简单，无需外部saw滤波器。nrf905有两种工作模式和两种节能模式。两种工作模式分别是shockburst tm发送模式和shockburst rm接收模式，两种节能模式分别是掉电和spi编程模式，standby和spi编程模式。nrf905的工作模式由trx_ce，tx_en，pwr_up这3个引脚的设置来决定。
4 nrf905和stc89c52rc的硬件连接电路
nrf905具有标准的spi硬件接口，对于不带spi串行总线接口的stc89c52rc单片机来说，可以使用软件来模拟spi的操作。单片机和nrf905的对应接法是：p1．6接miso，p1．5口接mosi，pl.7口接sciock，p1.3接csn。选用单片机的p1.5模拟数据输出端mosi；pl.6模拟数据输入端miso p1.7模拟sck的输出端；p1.3模拟从机选择端csn，由程序清零此i／o口，使得与它通信的nrf905做从机。采用spi的进行数据传送时，在sck的每个下降沿将89c52配置nrf905的命令和数据通过mosi引脚移入，在sck的每个上升沿将欲传给89c52的数据从miso引脚移出。所以，这里将串行时钟输出口p1.7的初始状态设置为低电平，选通从机，即p1.3=0低电平后，再置p1.1为高电平。这样，89c52在输出1位sck时钟的同时，将使nrf905中数据串行左移，从而输出1位数据至89c52的p1.6口，此后再置p1.7为0，使89c52从p1.5输出1位数据至nrf905，至此结束了模拟1位数据的传输。按上述步骤循环8次，即完成通过spi总线传输1 bit的操作。nrf905有5个内部寄存器，分别是状态寄存器、rf配置寄存器、发送地址寄存器、发送数据寄存器和接收数据寄存器，这5个寄存器都是通过89c52软件模拟的spi接口来配置的。除了对寄存器进行配置外，89c52还要对nrf905的工作模式进行切换控制。
5 电源电路设计
本系统使用两个电源，单片机stc89c52rc使用5 v电源，nrf905采用3．3 v电源进行供电，然后把stc89c52rc和nrf905共地，否则会出现无法传输数据。其中转换芯片分别使用amslll7-5．0转5 v芯片和amsl117-3．3转3．3 v芯片电路图，如图3所示。电源电路使用220 v的交流电适配器输出的9 v直流，经c1滤波进入amslll7-5．0，然后在输出端接一个100μf的电容进行滤波去耦，从而得到5 v直流电压供单片机使用；然后5 v电压接入下一级amslll7-3．3电源转换芯片，输出3．3 v供nrf905使用。
6 软件设计的c语言实现
对于发送端，首先进行i／o口和spi接口初始化，然后对nrf905的寄存器进行配置并且初始化各个接口，经过初始化，处理完采集好的数据，设置nrf905为发送模式，调用发送代码，延时一段时间，等待数据发送完毕；同理在接收端也执行相同的初始化，不同的只是初始化完毕后，把nrf905模块设置成接收模式，然后调用接收程序。最后通过串口在上位机进行显示。
7 实验分析
文中对其软硬件进行了设计和调试，构建了基于spi无线通信系统平台。实验证明，通过该系统无线测试板壳应力，在nrf905发射模块端，敲打板壳使之发生形变，再用应变仪传感器测得其形变的电压值，在数据发射之前对此模拟信号进行ad采集，并通过无线发射模块把采集到的数据发射出去；同时先在离发射模块相距50 m的位置放置一个接收模块，接收发射数据并显示。然后间距每进行一次实验后增加50 m。以此判断它们在保证信号传输稳定情况下的最远传输距离。测得最佳结果在相距350 m以内的楼宇之间，数据传输稳定。超过350 m时，数据显示出现时显时无的现象。表1是在300 m左右实际测得的几组应变值。
8 结束语
文中介绍了用spi总线接口进行数据传输的实现方法，采用nrf905射频收发芯片和stc89c52rc单片机设计了无线数据传输系统，完成硬件电路和系统软件调试后，进行了无线数据收发实验。实验过程是通过应变仪传感器测板壳形变得到的模拟信号，经ad采集后产生要发送的数据，然后对其进行发射、接收和显示。实验结果表明，在相距350 m的楼宇之间通信，该无线传输系统工作稳定，接收和发射的数据完全相同，这表明该系统能实现数据的有效传输，具有高速、抗干扰能力强等优点。
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基于SPI总线的无线数据传输系统设计
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人工神经网络（梯度下降算法）介绍
PIC单片机的各种汇编语言指令的用法解析
电容器与串联电抗器选型注意事项
照度计使用要求_照度计的使用步骤及注意事项
SERCON816型SERCOS总线控制器及其应用
几种典型电流产生的磁感应强度分享
iphone8什么时候上市?iphone8最新消息:库克扬言iPhone8将改变世界!网友吐槽:致敬功能机
音响设计的特点及对演出节奏的影响分析
大陆厂商发力智能手机市场 欲抢占普及先机
5G通讯的相关应用和架构体及微波毫米波半导体技术
让人兴奋不已的 DOCSIS 4.0 上行频谱
前级DC隔离电源与逆变电源电路
u-blox发布新款定位模块NEO-F10N
摘要: 通过基于spi总线的无线数据通信设备，利用无线数据收发芯片nrf905和51单片机stc89c52rc进行设计，给出了无线数据传输系统框图和软硬件设计。介绍了spi总线结构、nrf905无线射频芯片及一种基于单片机模拟spi接口的方法，使没有spi接口的单片机扩展为带有spi接口的外围芯片成为现实。对如何通过spi实现对nrf905的配置，并利用c语言实现该功能做了探讨。最后对待发送数据进行发送，接收端对数据进行接收显示，从而实现了该无线数据传输系统，实验表明该设备具有准确有效的数据传输功能。
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1 系统总体结构
文中利用51单片机和无线数据收发芯片nrf905构成无线数据传输系统，给出了硬件和软件设计方案。其数据传输过程是：从传感器输入的模拟信号经ad采集后，将数据输入单片机，然后单片机将该发送数据，通过spi接口发送给nrf905，nrf905将数据自动加上前导码和crc码后将数据包发送。当接收端的nrf905接收到有效数据后，dr置高；单片机检测到dr为高电平后，复位trx_ce引脚，使nrf905进入空闲模式，通过spi接口从nrf905中读出接收数据，然后通过串口在上位机显示。文中主要介绍的是51单片机软件模拟spi和无线数据收发这两个部分。图1是该系统的总体结构框图。
2 spi总线
spi(serial peripheral interface串行外设接口)总线系统是一种同步串行外设接口，它可以使mcu与各种外围设备以串行方式进行通信以交换信息。该接口一般使用4条线：串行时钟线(sck)、主机输入从机输出数据线miso、主机输出／从机输入数据线mosi和低电平有效的从机选择线ss。可见spi总线只需要少数的几根线，就可以实现与具有spi总线硬件接口功能的各种器件进行通信，并且用spi总线接口简化电路设计，节省许多i／o口线供其它功能使用，提高了设计的可靠性。而对于一些不具有spi硬件接口的器件，可以用i／o口线来模拟spi。由于nrf905射频收发模块是通过spi接口由mcu控制的，而采用不具有spi接口的单片机，只能通过单片机的i／o口来模拟spi总线接口，实现无线通信系统的设计。这样当传输速度要求不是太高时，使用i／o口模拟spi总线，既可以增加应用系统接口器件的种类，同时还提高系统的性能，节约成本。
3 nrf905无线收发芯片
nrf905是挪威nordic vlsi公司推出的单片射频收发器，工作电压1．9～3．6 v，工作于433／868／915mhz这3个ism频段，频道转换时间<650μs，最大数据速率为100kbit／s。nrf905由频率合成器、接收解调器、功率放大器、晶体振荡器和gfsk调制器组成。自动产生前导码和cr校验码，可以很容易通过spi接口进行编程配置。外围器件连接简单，无需外部saw滤波器。nrf905有两种工作模式和两种节能模式。两种工作模式分别是shockburst tm发送模式和shockburst rm接收模式，两种节能模式分别是掉电和spi编程模式，standby和spi编程模式。nrf905的工作模式由trx_ce，tx_en，pwr_up这3个引脚的设置来决定。
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