基于单片机的无线表决器设计-电子信息工程毕业论文.doc

1、湖州师范学院求真学院毕 业 设 计（论文）2014 届题 目 基于单片机的无线表决器设计 专 业 电子信息工程 学生姓名 学 号 10283441 指导教师 论文字数 约 1 万 1 千 完成日期 2014-02-20 湖州师范学院求真学院教务部印制湖州师范学院求真学院本科毕业论文基于单片机的无线表决器设计摘要：根据 STC89C52 单片机和无线表决系统的特点，本文介绍了一种用单片机控制液晶 LCD屏显示模拟表决结果的方法。同时从无线表决器的模块选择，电路分析，软件程序设计等方面，介绍了无线表决器的各个模块的功能，电路的功能，以及各个模块电路中元器件的作用。该设计具有用户自行投票，液晶显示投

2、票结果和投票数目的功能。该设计基本能达到会议投票表决目的，设计具有成本低、效果好等优点，无论对于科学研究还是市场价值都有一定的意义。关键词：无线表决，单片机，LCD1602 液晶显示，按键模块湖州师范学院求真学院本科毕业论文IThe Design of Wireless Voting Device based on MCUAbstract:According to the characteristics of STC89C52 single-chip microcomputer and wireless voting system, this paper presents a LCD scre

3、en display with a single chip analog control vote.In this paper, wireless voting systerm based on MCU is discussed mainly from the aspect of the module selection, circuit analysis and software design. This paper introduces the function of each module, the function of the circuits and the action of t

4、he components in the circuits. The design has the user to vote, the voting results and the number of votes for liquid crystal display function. This design can basically achieve the purpose of the conference voting, and have the advantages of low cost, good effect, and certain significance both for

5、scientific research and market value. Key words：Wireless voting, single chip, LCD1602 display, keyboard module湖州师范学院求真学院本科毕业论文II目 录第一章 绪论 .11.1 引言.11.2 无线表决器的研究现状与发展趋势.11.2.1 研究现状 .11.2.2 发展趋势 .21.3 本章小结.2第二章 系统硬件设计 .32.1 系统整体的设计方案与选型比较.32.2 系统硬件总体框图.32.3 单片机最小系统.42.3.1 单片机的选型与比较 .42.3.2 单片机 STC89C5

6、2 简介 .42.3.3 复位电路 .42.3.4 晶振电路 .52.4 无线模块的设计.52.4.1 无线模块的选型与比较 .52.4.2 无线模块电路的设计 .62.4.3 NRF24L01 工作模式 .62.4.4 寄存器配置 .72.5 显示模块的设计.72.5.1 显示模块的选型与比较 .72.5.2 显示模块电路的设计 .72.6 按键电路.82.7 电源模块的设计.92.8 辅助电源的设计.102.8.1X1117 简介 .102.8.2X1117 稳压电路的设计 .102.9 本章小结.11第三章 系统软件设计 .123.1 主机流程图.123.2 从机流程图 .12湖州师范学

7、院求真学院本科毕业论文III3.3 NRF24L01 无线模块流程图.133.3.1 无线发送模式流程图 .133.3.2 无线接收模式流程图 .143.4 1602 液晶流程图.153.5 按键扫描流程图.163.6 本章小结.17第四章 系统综合测试 .184.1 系统综合测试思路.184.2 硬件测试.184.3 软件测试.184.4 本章小结.19第五章 结论 .205.1 实物成果.205.2 设计总结.20参 考 文 献 .22致 谢 .24附录 1：主机电路图 .25附录 2：从机电路图 .26湖州师范学院求真学院本科毕业论文0第一章 绪论1.1 引言随着社会的不断发展，各种各样

8、的电子科技技术不断产生，越来越多的新产品被不断的需求。这个时候，表决器就以它瘦小的身姿挤进了社会这个大舞台。目前，表决器在学校、企业、政府的各种会议上和电视娱乐等节目上被广泛的应用。表决器不仅节省了人力物力财力，使计算错误的概率大大降低。而且保证了投票结果的隐私性，保密性，可靠性，科学性，并在一定程度上减少统计时间的浪费，提高工作效率，更加真实准确的做出决议。目前，市场上的表决器主要分为两种类型：有线表决器和无线表决器，一般是由有线网络构成。不过有线表决器布线比较复杂，节点较多，使用起来故障比较多而且不容易排除，使用者也很不方便。无线表决器具有一些有线表决器没有的优点，例如低成本，比较少的接口

9、故障，应用范围广泛，灵活性能比较好，系统测试很简单，节省了布线繁琐的过程。近年来，近距离无线传输技术和无线局域网的快速发展使得无线表决系统可以通过无线技术来实现。采用无线表决的方式，可以快速处理大量的信息，在短时间里面就可以完成表决的过程。实时的显示表决的信息，民主公正，简洁明了，直观方便。更加可以体现出表决的实际意义。既提高了工作效率，又起到了应有的目的。所以，综上所述，无效表决器系统的研究，具有一定的市场价值和研究意义。1.2 无线表决器的研究现状与发展趋势1.2.1 研究现状基于 ZigBee 技术的无线表决系统的设计，具有构造简单，功耗低，容易扩展，时延短，成本低，安全等特点。但是，Z

10、igBee 技术最大的特点是短距离，低速率，一般用于数量较少，范围较小的场合 12。基于 MSP430 单片机的无线表决系统设计,是一种基于 MSP430F123 和 nRF905 的无线表决系统的硬件和软件设计和实现。该系统具有低功耗、功能强、可靠性高和使用方便的优点 3。基于 Dolphin 芯片组的大型无线表决系统设计，该系统具有良好的保密性、传输距离长、容易发展和强大的可扩展性的特点.该方案采用跳频技术，该技术在跳频无线领域的性能表现都不错,但也限制了其在其他领域的应用 4。基于 CC1100 的新型无线投票表决器设计与实现实现了非接触式射频卡储存个人信息 , 节省了时间人力和物力，并

11、具有可靠性高和容易扩展的特点 5。基于 RFID 和 RS485 总线的无线表决系统，一种基于射频识别和 RS485 技术的无线表决系统，该系统具有低功耗、可靠性高、稳定性好、成本低，安装方便等特点，它的整体功能和各项指标都具有非常高的实用性 6。基于 AT89C 系列单片机的表决系统的设计，功能强大，性能优越，性价比较高，可以实现大湖州师范学院求真学院本科毕业论文1规模、中距离，高传输速率、成本低的主从通信，一主多从、主从呼叫相应的串行通信 7。1.2.2 发展趋势由于有线表决器系统布线具有繁琐的布线过程，结构复杂，困难的安装、调试和维护，故障率高，占地面积广，使用不便。所以，设计出了无线表

12、决器。一开始出现的无线表决器构造简单，功耗低，容易扩展，时延短，成本低，安全等特点 8-9。但是，距离比较短，速率比较低，只能用于数量较少，范围较小的场合 12，显然这不满意的无线表决系统，于是又慢慢设计出了传输距离远的基于 Dolphin 芯片组的大型无线表决系统，然而该系统采用跳频技术，该技术在跳频无线领域的性能表现都不错,但也限制了其在其他领域的应用 4。后来，出现的一款表决器采用了非接触式射频卡储存个人信息, 省了时间人力和物力，并具有可靠性高和容易扩展的特点 5。一直到现在的单片机，可以实现大规模、中距离，高传输速率、成本低的主从通信，一主多从、主从呼叫相应的串行通信 7。我相信，以

13、后的表决器的设计会越来越贴合人们的需要。1.3 本章小结因为无线通信的产生，因为表决的发展，因为民主的需求，因为效率的要求，使得无线表决器的产生成了个必然的结果。无线表决器出现的地方也越来越广，使人们的生活也越来越便利，所以无线表决器的出现非常有意义与价值。而我要做的无线表决器主要有一个计算机，一个主控制器，若干个分支控制器和若干个表决器组成。主控制器、分支控制器和表决器部分用单片机和总线技术来实现。主控制器与分支控制器、分支控制器与表决器构成一个符合通信规范，又可以彼此串行连接的多单片机网络。最后使主控制器到分支控制器，再到表决器实现通信方式。使系统可以直接进行无线投票、采集数据、快速的统计

14、数据进行汇总、准确的显示投票的结果。当然，无线表决器出来的数据要准确，可靠，快捷，操作尽量简便，性能稳定，还要方便维护，总的来说要性价比高。湖州师范学院求真学院本科毕业论文2第二章 系统硬件设计2.1 系统整体的设计方案与选型比较方案一：基于 ZigBee 技术的无线表决系统的设计，具有构造简单，功耗低，容易扩展，时延短，成本低，安全等特点。但是，ZigBee 技术最大的特点是短距离，低速率，一般用于数量较少，范围较小的场合 12。方案二：基于单片机的表决系统的设计，功能强大，性能优越，性价比较高，可以实现大规模、中距离，高传输速率、成本低的主从通信，一主多从、主从呼叫相应的串行通信 7。综上

15、所述，方案二性价比高，且控制效果好，电路也较为简单，可以使用所学的知识进行设计，所以综上所述，故选择方案二。2.2 系统硬件总体框图图 2-1 主机硬件总体方案和框图图 2-2 从机硬件总体方案和框图系统的硬件总体方案如 2-1 所示，本设计使用 STC89C52 单片机为主控芯片，整个系统由两部分组成,图 2-1 的主机的硬件框图和图 2-2 的从机的硬件框图。其中，主机由单片机、5V1A 电源电路、12MHZ 时钟电路、复位电路、无线模块 NRF24L01、液晶 LCD1602 等组成。从机由无线模块、按键电路、12MHZ 时钟电路、和复位电路组成。因为输入的是 5V 直流电源，而无线模块

16、 NRF24L01 的工作电压是 1.93.6V，所以电路中添加了一个稳压电路。电源电压通过 X1117 的稳压芯片，然后湖州师范学院求真学院本科毕业论文3再经过两个并联的电容，给无线模块 NRF24L01 供电。2.3 单片机最小系统2.3.1 单片机的选型与比较方案一：采用 8051 单片机。8051 单片机作为初代的单片机，其内存为 4KB。其片内程序存储器 ROM 为掩膜型，在制造芯片时，已将应用程序固化进去，使它具有了某种专用功能。方案二：采用 STC89C52 单片机 8。STC89C52 是一个低电压，高性能 CMOS 8 位单片机，片内含 8k bytes 的可反复擦写的 Fl

17、ash 只读程序存储器和 256 bytes 的随机存取数据存储器（RAM） ，器件采用 STC 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， STC89C52 单片机在电子行业中有着广泛的应用。就两种方案而言，无论是从运行速度、内存，还是性价比等方面，STC89C52 单片机都明显优越于 8051 单片机，故这里选择 STC89C52 单片机。2.3.2 单片机 STC89C52 简介STC89C52 单片机是美国 Intel 公司生产的低功耗，高性能的 8 位单片机，片内含 8 位中央处理器，4KB 程序存储器，

18、128B 数据存储器，中断系统，2 个 16 位定时器/计数器,4 个 8 位可编程并行I/O 口,内置一个全双工串行通信口，21 个特殊功能寄存器，,功能强大，可灵活应用于各种控制领域。图 2-3 STC89C52 单片机2.3.3 复位电路为了确保系统电路可靠稳定的运行，复位电路是必不可少的一部分 9。该电路的作用相当于计算机上的清零按钮，将电路清零恢复到起始状态。只需给 STC89C52 单片机的复位引脚 RST 加上大于 2 个机器周期的高电平就可使 STC89C52 复位。湖州师范学院求真学院本科毕业论文4复位电路分为上电自动复位和按钮复位两种，它们都能使单片机实现复位工作，而我采用

19、的是按键复位。如图 2-4 所示，向 RST 引脚施加一定的高电平，当单片机检测到 9 号引脚有高电平时，单片机进行复位，即将 RST 引脚拉高并维持至少 24 个时钟周期后，单片机会进入复位状态每次上电后由于电容两端电压不能突变，电容两端电压都为 5V，此时持续的高电平就可以用于单片机的上电复位，然后电容逐渐充电，几毫秒后，R2 上电流慢慢降为 0，RST 端电压也慢慢降为低电平，电容充电完毕，单片机进入工作状态。即到达上电复位目的。在程序运行中按下 S2 键电容开始放电，电容负级 RST 端随着电容的放电电压逐渐升高，在达到高电平后就可用于单片机的复位，而松开按键后，电容又进入充电状态，几

20、毫秒后，R2 上电流慢慢降为 0，RST 端电压也慢慢降为低电平，电容充电完毕，单片机进入工作状态。图 2-4 复位电路2.3.4 晶振电路晶振有有源晶振和无源晶振之分，作用都是发出时钟信号。如图 2-5 所示，该晶振电路是由两个大小为 33pf 的电容 C7、C8 和一个 12Mhz 晶振组成。晶振具有固定的频率，它是单片机的时钟，是一个标准量。数字电路都是按节拍来进行处理的，而晶振就是来提供这个节拍的，如果没有了晶振，也就没有了节拍，也就无法处理任何数据。时钟频率与时钟电路的质量都会对单片机生产影响 10。图 2-5 晶振电路2.4 无线模块的设计2.4.1 无线模块的选型与比较方案一：采用蓝牙模块。蓝牙的工作频段主要是 24002483.5MHz，其中跳频信道有 79 个，每个为 1MHz。蓝牙是近距离无线通信技术的标杆，最高数据传输速率可达 1Mbps，基本能保持