郑州工业应用技术学院本科生毕业论文 智能无线防丢器设计
该端口的引脚依次命名为P2.0、P2.1,、P2.2、P2.3、P2.4、P2.5、P2.6、P2.7。
P3口（Pin10～Pin17）：P3端口同样也是一个内部含有上拉电阻的8位双向输入、输出端口。该端口同样可对四个负载进行驱动，当输入1时为高点平，当该端口作为输入口时，被拉低的引脚可输出一个电流。该端口的引脚依次命名为P3.0、P3.1,、P3.2、P3.3、P3.4、P3.5、P3.6、P3.7。
3.2单片机最小系统
单片机最小系统指的就是运用较少的元器件，组成一个能够正常运行的系统，一般情况下，我们把最小系统看作是应用系统的核心[19]。该系统包括STC89C51单片机，时钟电路，复位电路。该系统原理框图如下图3-2所示：
复位电路 时钟电路 I/O Stc89c51单片
图3-2 单片机最小系统原理框图
3.2.1时钟电路
晶振是STC89C51单片机系统中不可或缺的元件，就晶振供给的时钟频率角度而言，时钟频率越低，单片机系统的运行速度就越慢，时钟频率越高，单片机系统的运行速度就越快。晶振的存在主要是为单片机系统提供时钟信号的[20]。而对于STC89C51单片机的时钟信号而言，它包括内部时钟和外部时钟两种模式，如下图3-3所示是STC89C51单片机内部时钟结构框图。在单片机系统本身存在的振荡电路基础上，用晶振与单片机的18、19引脚相连接，然后再并联接入两个电容就构成了自激振荡器，此时便可产生单片机所需的时钟信号。两个电容的主要功能是稳频和加快振荡速度。电容数值的大小介于5pF和30pF之间，最常用的电容值是30pF，振荡频率的数值介于1.2Mhz和12Mhz之间，最常用的是6Mhz和12Mhz。
8
郑州工业应用技术学院本科生毕业论文 智能无线防丢器设计
18 30pF Y 1 19 30pF 图3-3 STC89C52内部时钟电路
3.2.2复位电路
在电路电源接通的前提下，如果STC89C51单片机的RESET引脚能够满足以下两个条件：1、从电源正极植入高电平；
2、高电平脉冲持续两个周期的时间。
那么单片机就会执行复位操作。另外，如果该引脚一直处于高电平植入状态，那么单片机内部将不断执行复位操作。对于复位电路而言，它分为自动复位电路和手动复位电路两种模式，而本设计采用的是自动复位电路，自动复位操作主要是通过电容的充放电功能来完成的，当电压的上升时间小于1ms时，单片机就可以完成自动复位[21]。本设计的自动复位框图如下3-4所示：
GND +5 R4 10K C3 10uf + 9
图3-4 STC89C51复位电路
RESET 3.2.3 STC89C51中断技术概述
9
郑州工业应用技术学院本科生毕业论文 智能无线防丢器设计
中断技术是由单片机内部的中断系统来实现的，它的主要作用是对主程序进行管理和监控，并且当中断系统发出中断指令时，单片机应及时作出响应并执行中断操作
[22，23]
。中断技术的具体操作步骤如下：首先由中断系统发出中断指令，然后对这一
指令进行判断，若中断指令被允许，那么单片机就停止执行现有的程序，接着执行并处理中断系统发出的中断指令，待到中断指令执行完成后，单片机再转到程序中断的地方，继续执行主程序。如下图3-5所示是程序中断的处理过程。
图3-5 中断过程
对于单片机系统而言，中断技术在其运行过程中发挥着重要的作用。假如单片机内部无中断系统，那么单片机在运行过程中就要对单片机系统中的服务请求进行查询，这样不仅浪费大量的时间，而且单片机的工作效率也大大降低了。故在单片机中采用中断技术是非常必要的。
3.3 nRF24L01无线模块设计
3.3.1 nRF24L01概述
本设计采用NRF24L01无线通信模块实现母机、子机之间的通信，它是由 nRF24L01芯片制作而成的，nRF24L01无线收发器芯片的工作频率在ISM频段规定的范围内，一般介于2.4GHz和2.5GHz之间，可对近距离无线信号进行单向发送和单向接收。同时，该芯片具有体积小，功率损耗低，实用性强，性能稳定，电路结构简单等优点，另外，该芯片还采用了高斯频移键控GFSK的调制方式，并在芯片内部创建了链路层，为此该芯片能够实现很多功能，比如自动应答、自动重发、地址码检测、循环冗余校验码检测等[24]。该芯片的数据传输速率为1Mbit/s或者2Mbit/s，一般采用串行外围接口SPI与微控制单元相连接的方式设置芯片参数，以便更好进行数据传输，对于串行外围接口而言，
10
郑州工业应用技术学院本科生毕业论文 智能无线防丢器设计
它的传输速率一般介于0Mbit/s到8Mbit/s之间，工作电压介于1.9V到3.6V之间，并且它还拥有125个射频传输信道供我们选择[25]。另外，针对无线通信模块而言，它主要是由频率发生器增强型SchockBurstTM模式控制器功率放大器、时钟处理器、晶体振荡器调制器、频率合成器、解调器输出功率信道的选取以及协议的配置组成。此模块进行信号收发时，消耗的电流较低，调查数据如下：当无线收发模块进行信号发送时，消耗的电流量是9.0mA，在对信号进行接收时消耗的电流量是12.3mA，特别是在空闲模式或者关机模式下该模块消耗的电流量更少。
随着时代的进步，科学技术的发展，nRF24L01芯片在无线通信领域发挥的作用越来越大，应用领域也越来越广泛。nRF24L01芯片不仅被运用到键盘、鼠标等小型设备中，而且还用到日常生活中的防盗系统、遥控系统、勘测系统等大型设备中。另外，由于人们对无线传输的要求愈来愈高，nRF24L01芯片技术也不断得到更新和完善，当前国内外无线研究技术组织对nRF24L01芯片技术进行创新，并在某些领域取得了较好的成果。故本设计采用具有2.4G技术的nRF24L01无线发送和接收模块进行短距离通信，这样更能保证传输的安全性和可靠性。 3.3.2引脚功能及描述
nRF24L01的电路图引脚如图3-6所示。
图3-6 NRF24L01引脚图
各引脚功能如下：
CE：传送数据RX或接收数据TX模式选择；
CSN，SCK，MOSI，MISO：串行外围接口，用于与nRF24L01芯片相连接；
11
郑州工业应用技术学院本科生毕业论文 智能无线防丢器设计
IRQ：中断引脚； VDD：电源输入端； VSS：电源接地端；
XC2，XC1：晶体振荡器模拟输出、输入引脚； VDD_PA：为射频的功率放大器提供+1.8 V电源； ANT1,ANT2：天线接口； IREF：参考电流输入引脚。
通过以上对nRF24L01引脚功能的研究与分析，再加以对设计模型的考虑，制作出了本设计的pcb图及其实物图，如下图3-7所示：
图3-7 NRF24L01模型图和实物图
3.3.3 nRF24L01射频芯片特性
一、射频通道
nRF24L01的工作频率可选择的范围是2.400GHz到2.483GHz，每个频道的带宽是1MHz（1Mbps速率）或2MHz（2Mbps速率），nRF24L01无线射频通道的工作频率是由六位寄存器RF_CH确定的，并且射频通道的工作频率将对射频通道运用的中心频率起到决定性作用。我们可由下列公式计算出射频通道工作频率即：F0=（2400+RF_CH）MHz。
12