nRF2401無線收發(fā)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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1、nRF2401無線收發(fā)系統(tǒng)設(shè)計(jì)一實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐囵B(yǎng)基本實(shí)驗(yàn)?zāi)芰凸こ虒?shí)踐能力，通過實(shí)驗(yàn)鍛煉基本實(shí)驗(yàn)技能，使同學(xué)們掌握單片機(jī)的基本工作原理和單片機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)計(jì)的技能，掌握單片機(jī)的簡單編程方法以及調(diào)試方法，并能應(yīng)用于電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，提高同學(xué)們對(duì)綜合電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能力，加深對(duì)無線通信系統(tǒng)理論知識(shí)的理解，增強(qiáng)工程實(shí)踐能力，培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)，提高分析問題和解決問題的能力。二實(shí)驗(yàn)基本要求（1）正確使用電子儀器；（2）根據(jù)項(xiàng)目設(shè)計(jì)要求能夠進(jìn)行單片機(jī)系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)和軟件編程；（3）學(xué)會(huì)查閱接口電路手冊(cè)和相關(guān)技術(shù)資料；（4）具有初步的單片機(jī)電路硬件和軟件分析、尋找和排除常見故障的能力；（5）正確地記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和寫

2、實(shí)驗(yàn)報(bào)告。三實(shí)驗(yàn)器材萬能板、單片機(jī)、nRF2401無線收發(fā)模塊、液晶屏、晶振、按鍵、發(fā)光二級(jí)管、開關(guān)、電容、電阻、5V電源適配器、導(dǎo)線、萬用表、電烙鐵、焊錫。四GFSK調(diào)制解調(diào)原理4.1調(diào)制頻移鍵控方式，幅度恒定不變的載波信號(hào)頻率隨著調(diào)制信號(hào)的信息狀態(tài)而切換，通常采用的是二進(jìn)制頻移鍵控，即載波信號(hào)頻率隨著數(shù)據(jù)信息碼的“0”、“1”變化進(jìn)行切換。根據(jù)頻率變化影響發(fā)射波形的方式，F(xiàn)SK信號(hào)在相鄰的比特之間，呈現(xiàn)連續(xù)的相位或不連續(xù)的相位。一種常見的二進(jìn)制FSK信號(hào)產(chǎn)生方法是根據(jù)數(shù)據(jù)比特碼是“0”還是“1”，在兩個(gè)振蕩頻率分別為和的振蕩器間切換，這種FSK信號(hào)的表達(dá)式為：（二進(jìn)制1）（二進(jìn)制0）

3、和分別代表載波信號(hào)頻率和恒定頻率偏移，而和分別表示單比特能量和比特周期。這種方法產(chǎn)生的波形在比特碼“0”，“1”切換時(shí)刻是不連續(xù)的，這種不連續(xù)的相位會(huì)造成諸如頻譜擴(kuò)展和傳輸差錯(cuò)等問題，信號(hào)的功率譜密度函數(shù)按照頻率偏移的負(fù)二次冪衰落，在無線系統(tǒng)中一般不采用這種FSK信號(hào)，而是使用信號(hào)波形對(duì)單一載波振蕩器進(jìn)行調(diào)制，這樣FSK信號(hào)可以表示如下：上式中，是頻率調(diào)制系數(shù)，定義為，為比特率，盡管調(diào)制波形在“0”和“1”比特間轉(zhuǎn)換時(shí)不連續(xù)，但是相位函數(shù)是與的積分成比例，所以是連續(xù)的，大部分信號(hào)能量集中在以載波頻率為中心的主瓣范圍，功率譜密度函數(shù)按照頻率偏移的負(fù)四次冪衰減。為了進(jìn)一步減小信號(hào)的頻譜旁瓣，

4、可以在前加入一級(jí)高斯濾波器，高斯濾波器的傳遞函數(shù)為：，其中：通過高斯濾波，平緩了輸入信號(hào)的相位變化，大大壓縮了信號(hào)頻譜的旁瓣。圖1典型的GFSK調(diào)制輸入信號(hào)是隨機(jī)二進(jìn)制信號(hào)形成的雙極性方波，方波經(jīng)高斯濾波器后是：式中﹡號(hào)表示線性卷積運(yùn)算，矩形脈沖定義為：通過數(shù)學(xué)推導(dǎo)，得到的表達(dá)式可表示為：式中Q定義為：連續(xù)相位通過頻率調(diào)制產(chǎn)生為：式中h是調(diào)制指數(shù)；是對(duì)離散時(shí)間采樣。4.2解調(diào)盡管高斯濾波器減小了發(fā)送GFSK信號(hào)對(duì)帶寬的需求，但是以接收端得到符號(hào)間干擾為代價(jià)的。GFSK是頻率調(diào)制信號(hào)，所以采用鑒相和鑒頻的方法來解調(diào)。令：是引入碼間干擾的，基帶同相和正交成分分別表示為：基帶信號(hào)的相位可以通過

5、：計(jì)算。在輸出端可以通過：獲得數(shù)字信號(hào)。圖2典型的GFSK解調(diào)五主要器件介紹5.151單片機(jī)引腳功能：MCS-51是標(biāo)準(zhǔn)的40引腳雙列直插式集成電路芯片，引腳分布請(qǐng)參照——單片機(jī)引腳圖：P0.0~P0.7P0口8位雙向口線（在引腳的39~32號(hào)端子）。P1.0~P1.7P1口8位雙向口線（在引腳的1~8號(hào)端子）。P2.0~P2.7P2口8位雙向口線（在引腳的21~28號(hào)端子）。P3.0~P3.7P3口8位雙向口線（在引腳的10~17號(hào)端子）。P0口有三個(gè)功能：1、外部擴(kuò)展存儲(chǔ)器時(shí)，當(dāng)作數(shù)據(jù)總線（如圖1中的D0~D7為數(shù)據(jù)總線接口）2、外部擴(kuò)展存儲(chǔ)器時(shí)，當(dāng)作地址總線（如圖1中的A0~A7為

6、地址總線接口）3、不擴(kuò)展時(shí)，可做一般的I/O使用，但內(nèi)部無上拉電阻，作為輸入或輸出時(shí)應(yīng)在外部接上拉電阻。P1口只做I/O口使用，其內(nèi)部有上拉電阻。P2口有兩個(gè)功能：1、擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器時(shí)，當(dāng)作地址總線使用2、做一般I/O口使用，其內(nèi)部有上拉電阻；P3口有兩個(gè)功能：除了作為I/O使用外（其內(nèi)部有上拉電阻），還有一些特殊功能，由特殊寄存器來設(shè)置。有內(nèi)部EPROM的單片機(jī)芯片（例如8751），為寫入程序需提供專門的編程脈沖和編程電源，這些信號(hào)也是由信號(hào)引腳的形式提供的。即：編程脈沖：30腳（ALE/PROG）編程電壓（25V）：31腳（EA/Vpp）ALE/PROG地址鎖存控制信號(hào)：在系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)

7、，ALE用于控制把P0口的輸出低8位地址送鎖存器鎖存起來，以實(shí)現(xiàn)低位地址和數(shù)據(jù)的隔離。當(dāng)CPU對(duì)外部進(jìn)行存取時(shí)，用以鎖住地址的低位地址，即P0口輸出。ALE有可能是高電平也有可能是低電平，當(dāng)ALE是高電平時(shí)，允許地址鎖存信號(hào)，當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，ALE信號(hào)負(fù)跳變（即由正變負(fù)）將P0口上低8位地址信號(hào)送入鎖存器。當(dāng)ALE是低電平時(shí)，P0口上的內(nèi)容和鎖存器輸出一致。關(guān)于鎖存器的內(nèi)容，我們稍后也會(huì)介紹。在8051單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)4KB或8