数字通信系统课程设计论文题目：无线抢答器系统设计指导老师：专业：电子信息工程班级：D0842姓名：学号：摘要进入二十一世纪，无线数据通讯技术在我国蓬勃发展，也得到了信息产业部以及各行各业的高度重视，因为任何有线数据传输网络只能是网状覆盖，而无线数据传输网可达到真正的面覆盖。

目前主要的短距离无线数据传输技术主要有蓝牙、Zigbee、IEEE802.11x、微功率短距离无线通讯技术[，与已具备相当规模的无线长距离通讯网络（比如蜂窝移动通讯网、卫星数据通讯）相比，短距离无线通讯系统在基本结构、服务范围、应用层次以及通讯业务（数据、话音）上，均有很大不同。

下面分别介绍这几种无线传输技术。

蓝牙技术（Bluetooth）主要面对网络中的各种数据和语言设备，通过无线方式将它们连接起来，从而方便快速的实现数据传输，它使用2.4GHZ的ISM频段，最大传输率1Mbit/s；IEEE802.11x的技术标准是无线局域网的国际标准，也是用2.4GHZ的ISM频段，协议主要在OSI的物理层和数据链路层，虽然传输速度快，但此类设备比较昂贵，技术复杂；Zigbee是一种新型的短距离、低速度、低功耗无线网络技术，是一种介于无线标记技术和蓝牙之间的技术，基于IEEE 无线个人区域网标准，数据传输速率通常为10kb/s到250kb/s，有效覆盖范围10到75米，由于其协议简单、成本低、网络容量大等优点，使其在无线传感网络中得到广泛的应用。

在未来，短距离无线数据传输将向着更高传输速率、更高传输精确度的方向发展，而且传输设备的成本也会进一步降低，传输协议也会进一步简单，从而是短距离无线通讯走入我们的生活，给我带来更多方便。

本次设计的课题是无线抢答器的设计，用NRF24L01作为2.4G无线通信模块，采用单片机AT89C51作为主控器，并利用ZLG7289作为显示键盘驱动芯片。

来设计无线收发的抢答器电路。

本次设计只是较简单的一种，应尽量用最简洁的语言写出所需功能的程序。

关键字：通信技术、无线收发、NRF24L01目录第一章绪论 (1)1.1研究意义 (1)1.2设计思路 (1)第二章系统方案论证 (2)2.1NRF24l01无线发射模块 (2)2.2单片机AT89C2051 (3)第三章系统硬件电路设计 (5)3.1发送原理 (5)3.2接收原理 (5)3.3抢答器原理 (6)第四章总结与展望 (7)参考文献 (8)第一章绪论1.1研究意义随着科技的发展进步，互联网技术的高速发展，人们对无线通信质量的需求不断提高。

老一代无线传输技术以无法满足现今需求。

于是新一代无线传输孕育而生；2.4G无线传输技术就是其中之一。

所谓的2.4G无线传输技术，其频段处于2.405GHz-2.485GHz（科学、医药、农业）之间。

所以简称为2.4G无线技术。

这个频段里是国际规定的免费频段，是不需要向国际相关组织缴纳任何费用的。

这就为2.4G无线技术可发展性提供了必要的有利条件。

而且2.4G无线技术不同于之前的27MHz无线技术，它的工作方式是全双工模式传输，在抗干扰性能上要比27MHz有着绝对的优势。

这个优势决定了它的超强抗干扰性以及最大可达10米的传输距离。

此外2.4G无线技术还拥有理论上2M的数据传输速率，比蓝牙的1M理论传输速率提高了一倍。

这就为以后的应用层提高了可靠的保障。

综合2.4G、蓝牙以及27MHz这三种常用的无线传输技术，2.4G有着自己独到的优势所在。

相比蓝牙它的产品制造成本更低，提供的数据传输速率更高。

相比同样免费的27MHz无线技术它的抗干扰性、最大传输距离以及功耗都远远超出。

1.2设计思路2.4G无线传输技术的功能十分强大，在这里笔者用自己设计的应用实例对其功能进行展示，意在学习掌握此项技术的基本应用。

笔者设计了一款基于AT89C51和NRF24l01无线发射模块的无线抢答器，能够实现8路无线抢答。

并且可用2节5号电池对其进行供电，效果非常不错，有效距离可达15M以上，且抗干扰能力强。

以基本实现2.4G无线传输技术的功能应用。

图1无线传输流程示意图第二章系统方案论证2.1NRF24l01无线发射模块nRF24.L01是一款新型单片射频收发器件,工作于2.4GHz～2.5GHzISM频段。

内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器、调制器等功能模块,并融合了增强型ShockBurst技术，其中输出功率和通信频道可通过程序进行配置。

nRF2 4L01功耗低,在以-6dBm的功率发射时，工作电流也只有9mA;接收时，工作电流只有12.3mA，多种低功率工作模式(掉电模式和空闲模式)使节能设计更方便。

产品性能：1）2.4GHZ全球开放ISM频段免许可使用2）最高工作速率2Mbps,GFSK高效调制3）125个频道满足多点通讯和跳频通讯需求4）1.9-3.6V工作，低功耗，待机模式仅1uA.5）双通道数据接收，内置环行天线，体积仅17*34mm,通信距离在100m之内，软件编简单。

7）内置硬件8/16位CRC校验，收发中断标志，每次可发28字节22.4G无线通信模块2.2单片机AT89C2051AT89C2051是美国ATMEL公司生产的低电压、高性能CMOS8位单片机，片内含2kbytes的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和128bytes的随机数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，功能强大AT89 C2051单片机可为您提供许多高性价比的应用场合。

主要性能：1）和MCS-51产品兼容2）2KB可重编程FLASH存储器（1000次）3）2.7-6V电压范围4）全静态工作：0Hz-24KHz5）2级程序存储器保密锁定6）128*8位内部RAM7）15条可编程I/O线8）两个16位定时器/计数器9）6个中断源10）可编程串行通道11）高精度电压比较器（P1.0，P1.1，P3.6）12）直接驱动LED的输出端口图3单片机主控电路图4控制与显示电路第三章系统硬件电路设计3.1发送原理由源程序主函数可知，当系统执行完初始化函数init_NRF24L01()后，将自动进入发送模式，再调用nRF24L01_TxPacket(unsignedchar*tx_buf)发送函数，将以定义的无字符型字符数组TxBuf数据和地址RX_ADDRESS按照时序由SPI口写入nRF24L01缓冲区，TxBuf必须在CSN为低时连续写入，而RX_ADDRES S在发射时写入一次即可，然后CE置为高电平并保持至少10μs，延迟130μs后发射数据，若自动应答开启，那么nRF24L01在发射数据后立即进入接收模式，接收应答信号。

如果收到应答，则认为此次通信成功，TX_DS置高，同时TxBuf 从TX FIFO中清除;若未收到应答，则自动重新发射该数据(自动重发已开启)，若重发次数(ARC)达到上限，MAX_RT置高，TX FIFO中数据保留以便在次重发;M AX_RT或TX_DS置高时，使IRQ变低，产生中断，通知MCU。

最后发射成功时,若CE为低则nRF24L01进入空闲模式1;若发送堆栈中有数据且CE为高，则进入下一次发射;若发送堆栈中无数据且CE为高，则进入空闲模式2。

数据参考源程序：uchar TxBuf[2]={0x01,0x02,};发送函数参考源程序：nRF24L01_TxPacket(TxBuf);接收地址参考源程序：uint const RX_ADDRESS[RX_ADR_WIDTH]={0x34,0x43,0x10,0x10,0x01}; 3.2接收原理接收数据时,首先将nRF24L01配置为接收模式SetRX_Mode()，接着延迟130μs进入接收状态等待数据的到来。

当接收方检测到有效的地址和CRC时，就将数据包存储在RXFIFO中，利用接收函数将其读取到指定的地址，同时中断标志位RX_DR置高，IRQ变低，产生中断，通知MCU去取数据，函数将返回1。

若此时自动应答开启，接收方则同时进入发射状态回传应答信号。

最后接收成功时，若CE变低，则nRF24L01进入空闲模式1。

数据存放地参考源程序：uchar RxBuf[2];接收函数参考源程序：unsigned char nRF24L01_RxPacket(unsignedchar*rx_buf)本机地址参考源程序：uint const TX_ADDRESS[TX_ADR_WIDTH]={0x34,0x43,0x10,0x10,0x01};3.3抢答器原理发送部分利用if语句判断8个端口是否有控制信号，当某个端口有信号输入，则执行相应的语句，通过改变数组TxBuf来达到发送指定信息的目的。

同时标志位Flag置1，函数进入死循环，从而达到锁定其余端口的目的。

只有程序复位重新执行后，才能进行下一轮抢答。

接收部分才用循环接收的方法实现实时信号追踪，利用if语句判断数据是否接收成功，当成功接收后利用switch语句读取接收到的TxBuf信息，从而执行相应的语句实现数码管的显示和蜂鸣器的发声。

图5电路板封装原理图第四章总结与展望通过这次课程设计,我学到了很多书本上没有的实际的知识,熟悉了一些元器件、芯片在工程中的灵活运用。

在设计及制作过程中，遇到过一些困难。

通过上网和去图书馆查资料解决之。

并且在网上搜集到了一些元器件及电路的相关资料对以后的学习及工作是很有帮助的。

最重要的是我学会了自学的方法，这将使我今后离开学校，踏上社会是相当有帮助的。

其次是进一步熟练地掌握和运用了相关的专业软件，提高了我们自身的专业素质。

这也是我们工科学生所必须掌握的基础技能。

同时也深深的体会到，我们书本上所学的知识和实际的东西相差甚远，我们所不懂的知识还有很多，因此今后我们要更加注重实际方面的锻炼和运用。

在设计之前，参考了许多相关的资料，从网络上下载了原理图。

在设计中又参考了以前讲过的四路抢答器的原理图，有了基本的思路。

但着手设计时，又出现了许多未预料到的问题，例如元件的选择：在选择编码器时，是采用普通编码器还是优先编码器。

普通编码器中，任何时刻只允许输入一个编码信号，否则输出将发生混乱。

所以选择了优先编码器。

但是74LS系列中众多不同管脚的类型，选择哪个作编码器。

经过查找，选择了8线-8线的74LS273，因为想用数字的形式显示抢答者的编号，所以选择了数码显示管，但数码显示管不能直接和74LS273相连，数码显示管需要由TTL或CMOS集成电路驱动，所以在TTL还是CMOS集成电路上又进行了比较和选择。

最后选择了专用频道数显译码器CH233，用它将74LS273输出的二进制代码译成相对应的高、低信号，用其作为数码显示管的驱动信号，数码显示管显示出相对应的选手编号。