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基于AT89C51与nRF401的实用型80米无线数据传送系统设计
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更新于2024-06-24
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本文档是一份关于"简单实用型无线数据传送系统研究与设计"的毕业设计,针对电子信息工程专业的学生进行。该系统主要目标是设计一个能够实现80米以上无线数据传输距离的系统,工作频率定位在430MHz。系统采用单片机AT89C51和无线收发芯片nRF401,构建了主机-从机通信架构,支持数据双向传输,特别是支持多从机并发数据接收。 设计过程中,首先概述了课题的研究背景,指出无线数据传送的重要性以及当前的发展趋势。接下来,深入讨论了无线通信的基本理论,包括数字通信系统的组成,调制解调、编码解码以及PLL锁相环的工作原理。章节三详述了系统硬件设计,涉及整体架构的选择、nRF401无线模块的具体介绍,如其内部结构、引脚功能,应用电路设计中的注意事项,以及天线设计。此外,还着重讲解了AT89C51单片机的选择和其内部构造,以及键盘和显示器接口技术的实现。 在软件设计方面,文档涵盖了主程序和从机点菜程序的设计,前者负责系统的控制和管理,后者则实现了从机数据的交互。系统利用C语言编程,并使用Proteus软件进行单片机控制部分的仿真,确保数据的正确接收和显示。 整个设计过程按照明确的时间表进行,包括课题理解、实习、文献综述、技术学习、电路设计、程序编写和仿真,最后撰写毕业论文并进行答辩。这篇文档是对无线数据传送系统实践应用的一个全面剖析,展示了设计者对无线通信技术的理解和实际操作能力。
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简单实用型无线数据传送系统研究与设计
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器,频率稳定性高于 LC 振荡器;三、采用锁相环技术,稳定性很高但价格较贵。在国
内,这些高集成度芯片广泛应用到国民经济的各个领域中:如无线数据采集传输系统,
车辆监控,小型无线网络,无线抄表,工业数据采集系统,水文气象监控,机器人制造
等等。这些应用使我们的现代办公和生活更加方便安全。
随着国民经济和社会发展的信息化,人们要通信息化开创新的工作方式、管理方式、
商贸方式、金融方式、思想交流方式、文化教育方式、医疗保健方式以及消费与生活方
式。总之,无线通信技术未来的发展趋势表现为:各种无线技术互补发展,各尽所长,
向接入多元化、网络一体化、应用综合化的宽带无线网络发展,并逐步实现和宽带固定
网络的有机融合。
1.3 本课题研究的主要内容和主要工作
本课题研究的主要内容是基于一种简单的无线数据传送系统,主要应用 AT89C51
单片机控制 Nordic 公司的无线数字收发芯片 nRF401,通过无线方式进行双向传输,采
用半双工方式通信,在手持机站点和主控站点之间传输数据,主控器与主站 PC 之间通
过串口进行通信。
本人在前人的基础上,通过翻阅大量的图书资料以及检索很多网络信息,论述了基
于 51 单片机以及单片无线收发芯片的无线点菜系统的设计原理和总体方案,重点阐述
了系统的硬件设计和软件设计,综合全文,所做的主要工作如下:
(1)根据课题的研究背景,了解当前无线数据传输技术的发展现状,通过对比选择适
合无线点菜系统的无线通信技术。
(2)分析了无线数据传输的基本原理及各模块的功能和主要的性能指标。
(3)针对任务书给出的数据要求,确定了无线数据传送系统的总体设计方案。
(4)通过分析 nRF401 的应用电路以及所给出的频率要求最终确定外围电路以及其各
部分元器件参数。
(5)确定无线数据传送单片机部分的硬件设计,主要包括键盘输入、LED 显示、单片
机串口发送。
(6)分析了单片机仿真时出现的各种问题,并及时解决问题。
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第 2 章 无线通信系统基本理论
2.1 数字通信系统基本组成
通信既是人类社会的重要组成部分,又是社会发展和进步的重要因素。广义的讲,
通信就是从一地向另一地传递和交换信息。实现信息传递所需的一切技术、设备和传输
煤质的总和称为通信系统。其基本的组成框图如图 2.1 所示。
图 2.1 通信系统基本组成
信源是消息的来源,它的作用是把各种消息转换成原始电信号即基带信号。
图中编码、调制、功放,实际上还有滤波、发射等都是作为发送端的发送设备模块。
其作用是将信息源产生的消息信号变换成适合在信道传输的信号,使信息源与信道匹配
起来。由发信源发出的基带信号的特点是频谱从零频附近开始延伸到几兆赫的有限值。
基带信号可以直接在信道中传输,大多数通信系统需要通过调制将基带信号变换为更适
合在信道中传输的形式。
信道是指传输信号的物理煤质,在无线信道中,信道可以是大气。
作为接受设备的基本功能是完成发送设备的反变换。它主要包括低噪声放大、解调、
解码等模块。主要任务是对带有干扰的接收信号进行一系列处理,以便正确恢复出相应
的原始基带信号来。
信宿是传输信息的归宿点,其作用是将复原的原始信号转换成相应的消息。
2.2 无线数据传输原理
2.2.1 调制与解调
无线数据传输是以电信号的形式进行的,最基本的的无线通信系统由发射机、接收
机和通常作为无线连接的信道组成。信道就是电磁波传播的途径。一般来说,信号源的
信息(也称为信源)含有直流分量和频率较低的频率分量,称为基带信号。由于无线电不
能直接使用如人类语音那样的低频所以基带信号往往不能作为传输信号,因此必须把基
带信号转变为一个相对基带频率而言频率非常高的信号以适合于信道传输,这个信号叫
做已调信号,而基带信号叫做调制信号,这个过程叫做调制。调制的逆过程叫做解调,
它是在接收机中进行的。
信源
调制
编码
功放
解码
解调
低噪声放大
信宿
信道
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调制是通过改变高频载波的幅度、相位或者频率,使其随着基带信号幅度的变化而
变化来实现的,调制的类型根据调制信号的形式可分为模拟调制和数字调制;根据载波
的不同可分为以正弦波作为载波的连续载波调制和以脉冲串作为载波的脉冲调制;根据
调制器频谱搬移特性的不同可分为线性调制和非线性调制。线性调制是指输出已调信号
的频谱和调制信号的频谱之间呈线性搬移关系。线性调制的已调信号种类有幅度调制
(AM)、抑制载波双边带调幅(DSB)、单边带调幅(SSB)和残留边带调幅(VSB)等。
非线性调制又称角度调制。其已调信号的频谱和调制信号的频谱结构有很大的不同,除
了频谱搬移外,还增加了许多新的频率成分。非线性调制包括调频(FM)和调相
(PM)两大类。本文详细介绍线性调制中的幅度调制、非线性调制中的调频和调相。
线性调制主要有幅度调制(AM),是指用调制信号去控制高频载波的幅度,使其
随调制信号呈线性变化的过程。
(1)AM 信号的时域和频域表达式
0
( ) [ ( )]cos
AM c
S t A m t t
w
= +
( 2-1 )
)]()([
2
1
)]()([)(
0 ccccAM
MMAS
������������
��������
( 2-2)
图 2.2 AM 的波形和相应的频谱图
(2)AM 信号的带宽
HAM
fB 2�
(2-3)
式中,
H
f
为调制信号的最高频率。
(3)AM 信号的功率
AM
P
与调制效率
AM
�
mc
AM
PP
tmA
P
��
��
2
)(
2
22
0
(2-4)
式中,
2
2
0
A
P
c
�
为不携带信息的载波功率;
2
( )
2
m t
P =
边
为携带信息的边带功率。
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