硬件電路設計 - 基于nRF24L01的2.4GHz無線通信系統(tǒng)設計

　　硬件電路設計

　　電源、復位和晶振電路設計

　　為了縮短開發(fā)周期 ，設計中由交流 220 V 轉直流 12 V 的部分由市場上的電源模塊來代替。雖然ATmega8L 可工作在 2. 7～5. 5 V 寬電壓 ，但是由于PTR6000 工作在 1. 9～3. 6 V ，超出這個電壓范圍就有被燒壞的可能 ，因此在用三端穩(wěn)壓管 7805 將 12 V轉換為 5 V 后 ，還要用 1117 將 5 V 的直流電轉換到3.3 V ，這樣 PTR6000 和 Atmega8L 都能正常工作。此外 ，為了適應移動測試的需要 ，設計的電路上還配備了電池槽 ，以便用 2 節(jié)干電池為系統(tǒng)提供 3 V 直流電壓。

　　設計采用簡單的阻容復位電路 ，由于 ATmega8L是低電平復位 ，電源經 1 K電阻和 22μF 電解電容接地 ， 復 位 線 從 電 阻 和 電 容 之 間 引 出 ， 接 到ATmega8L 的復位引腳。

　　為了獲得較高的振蕩頻率 ，設計采用了外接8 MHz晶體振蕩器。由于 AVR 單片機獨特的熔絲位設置 ，很容易造成單片機的鎖死現象 ，因此在設置有關時鐘的相關位時要格外小心。當然 ，即便是鎖死了一般情況下還是可以通過外接有源晶振來解鎖 ，并重新燒寫正確的熔絲位。

　　鍵盤和顯示電路設計

　　設計的鍵盤采用 3 ×3 的矩陣式鍵盤 ，3 條行線接到 ATmega8L 的 PC3、PC4、PC5 ，3 條列線分別接到PC0、PC1、PC2 ，并且 3 條列線帶有上拉電阻。在每個上拉電阻的下面引出一條線 ，接到三輸入與門74HC11 的輸入口 ，然后輸出口接到單片機的外中斷1 引腳 ，這樣設置的目的是用中斷的方法來進行鍵盤的掃描讀取。這一功能的實現主要還依靠軟件的設計 ，使得在有按鍵按下時 ，能夠通過 74HC11 產生一個中斷信號 ，通知單片機現在有鍵按下。然后單片機會進入預先編寫好的鍵盤處理程序進行鍵盤掃描 ，判斷鍵值 ，并執(zhí)行相應的操作。

　　顯示電路使用 2 個 8 段數碼管 ，通過串轉并的動態(tài)顯示來實現 ，并且通過 2 個 I/ O 口控制 2 個三極管來分別進行驅動和控制。用 SPI 口進行顯示數據的串行輸出是一個比較方便的方法 ，但是考慮到PTR6000 通過單片機 SPI 口接收數據 ，有與顯示沖突的可能。因此 ，設計時利用了 PD1、PD4 兩個普通的 I/ O 口來分別作為數據線和時鐘線 ，模擬時序來實現數據的串轉并顯示。

　　軟件設計

　　主程序設計

　　設計采用的是匯編語言 ，內存不能自動分配 ，在主程序的開始 ，首先對 ATmega8L 的堆棧指針進行設置。在 I/ O 空間 ，地址為 3E （ 005E） 和 3D（ 005D）的 2 個 8 位寄存器構成了一個 16 位寬的堆棧指針寄存器 SP ，單片機上電復位后 ，堆棧寄存器的初始值為 SPH = 00、SPL = 00。AVR 的堆棧是向下生長的 ，即新數據推入堆棧時 ，堆棧指針的數值將減小。所以系統(tǒng)程序一開始就對堆棧指針寄存器進行了初始化 ， 將 SP 的 值 設 在 數 據 存 儲 器（SRAM） 空間的最高處。設置堆棧指針后的程序中 ，對各 I/ O 口的存儲器進行配置 ，包括數據寄存器PORTx、數據方向寄存器 DDRx 。

　　隨后的初始化設置中 ，對外中斷的觸發(fā)方式進行相應的設置。最初設計采用的是低電平觸發(fā)方式 ，但是由于低電平容易造成重復觸發(fā) ，造成鍵值讀取錯誤 ，因此在后續(xù)的程序設計中將其改成了下跳沿觸發(fā) ，這樣只要鍵盤消抖工作做好 ，就能解決重復觸發(fā)的問題。

　　在點對點和點對多點的短距離通信中 ，每一方隨時 都 有 發(fā) 送 數 據 的 可 能 ， 所 以 在 主 程 序 的PTR6000 初始化部分中設置為接收方式 ，并對其相關地址通道進行了開通和自動應答設置 ，并配置了其地址的的長度且按指定長度對地址進行了配置。在主程序中還設置了 PTR6000 的中斷允許標志位 ，當有數據接收中斷、發(fā)送完成中斷、最大發(fā)送次數中斷產生時 ，在 PTR6000 的 IRQ 引腳產生一個低電平 ，觸發(fā)單片機外中斷 0 ，進行相應的處理。

　　鍵盤程序設計

　　由硬件電路設計可知 ，鍵盤程序是放在中斷服務程序中的 ，而且是下降沿觸發(fā)中斷 ，這一點有關的I/ O 口設置和寄存器有關位設置在主程序中完成 ，在此不再作具體說明。在外中斷 1 服務程序的開始 ，首先對鍵盤延時消抖 ，判斷是否真的有鍵按下 ，如果判斷確實有鍵按下則向下執(zhí)行鍵值判斷程序 ，否則 ，判定為錯誤中斷 ，中斷返回。

　　該部分鍵盤判斷程序是通過線反轉法完成的 ，首先 3 行送高電平 ，3 列送低電平 ，延時一個時鐘周期后 ，讀取管腳電平（PINC） ，并且對讀取的數據進行保存 ;然后 3 列送高電平 ，3 行送低電平 ，延時一個時鐘周期后 ，讀取管腳電平（PINC） ，并且對讀取的數據進行保存。然后兩次讀到的數據只保留低 6 位 ，高位全部清零 ，因為鍵盤只用到了低 6 位。然后再把 2 個鍵進行位或 ，得到一個數值 ，通過對這個數值的判斷來判定是哪一個鍵按下了。

　　顯示程序設計

　　顯示程序設計總的思想是首先串行傳送轉換后的十位顯示數碼 ，然后選通十位 ，再進行適當延時后關閉。再串行傳送轉換后的個位顯示數碼 ，然后選通個位 ，進行適當延時后關閉。

　　具體串行顯示是這樣實現的 ：首先把要顯示碼寄存器進行帶進位移位 ，然后判斷進位標志位 C 來向串行數據輸出口送 0 或 1 ，進行適當延時后 ，向串行時鐘口送低電平 ，適當延時后送高電平 ，目的是產生一個上跳沿 ， 把串行數據口的電平狀態(tài)移入74HC164。這樣連續(xù)傳送 8 次 ，就將 8 位顯示碼送出。