基于nRF24E1无线耳机的设计报告

基于nRF24E1无线耳机的设计通信三班谷天春200900121041何磊200900121052郭鹏2009081200052020/3/2目录•一、研究意义•二、蓝牙与nFR的比较•三、研究目标•四、系统的工作原理•五、单元电路的设计与分析•六、软件设计流程•七、预期达到的性能指标•八、致谢2020/3/2一、研究意义•短距离无线通信的方式有两种：红外IrDA(InfraRedDataAssociation)和无线射频技术(RadioFrequency)•红外方向性强、距离短，且不能有遮挡物，很难推广应用•射频技术具有功耗低和无方向性等优点•目前世界上流行的蓝牙技术（Bluetooth）是一种开放性短距离无线通信技术标准，它就是一种无线射频技术•蓝牙技术复杂度高，蓝牙硬件设计、软件及其协议编程不但复杂而且昂贵•无线射频芯片价格低廉，因此普通无线射频可实用、经济地实现无线通信2020/3/2二、蓝牙与nFR的比较方案硬件设计接口方式编程通信速率通信距离蓝牙方案（bluetooth)多个芯片组成，由发射接收、基带处理等多芯片组成，硬件较复杂复杂，时序要求严格通信协议和软件堆栈复杂，需要较长时间熟悉300-400Kbps10米nFR芯片方案高频电感和滤波器等已全部内置，所需外围元件较少简便，只需和单片机I/O口或SPI口相连编程比较方便1Mbps室内约30~50米，室外约80~200米nFR芯片的优点nRF方案集成内部RF和基带处理，真正单片化，设计调试容易，成本低nRF较方便nRF方案开发周期短nRF速率较高，更适合多频道的语音传输nRF距离更远，更适合无线通信系统2020/3/2三、研究目标•通过2.4G工作频段的无线耳机完成音频的无线传输，这是本课题所要实现的最基本目的•本课题所做的无线耳机可以应用在许多方面•比如手机上用无线耳机接听手机电话，省却耳机线，同时免除手机辐射问题•用于智能系统中的无线通信，比如足球机器人比赛中主机与机器人之间的通信联络•无线耳机具有很宽广的市场前景2020/3/2四、系统的工作原理系统的总体设计原理图2020/3/2整个运行过程为：用户从麦克风传播模拟音频信号，经过滤波和放大再由A/D转换器将模拟信号转化为数字信号。由8051控制RF收发器发出信号从天线发出，由另一个无线耳机的天线接收，同样由该耳机的8051微控制器控制RF前端接收，再通过D/A转换器转换为模拟信号再由扬声器（耳机）播出。四、系统的工作原理2020/3/2五、单元电路的设计与分析nRF2401是我们选择的无线收发芯片，它是半双工收发芯片（一）、nRF2401功能模块2020/3/2无线耳机nRF24E1核心电路仿真图2020/3/2nRF24E1芯片引脚功能及简介2020/3/2nRF24E1芯片引脚功能及简介•nRF24E1有11个数字I/O脚，由P0口（DIO2～DIO9）和P1口（DIO0、DIO1、DIN0）组成，除DIN0只能用于输入外，其余都是双向引脚，且大部分数字I/O有复用功能•此外，P0口还有两个控制寄存器P0_ALT和P0_DIR。其中P0_ALT的控制优先级高于P0_DIR。设计时可以通过设定P0_ALT来决定哪些引脚使用复用功能，没有选用复用功能的引脚则为通用接口，可用P0_DIR来设置这些P0口是输入还是输出。2020/3/2nRF24E1芯片引脚功能及简介•nRF24E1带有9个模拟输入引脚，AIN0～AIN7为ADC的8路模拟输入，AREF为ADC参考电压。此外，还有2个天线接口引脚ANT1和ANT2，两个晶振引脚XC1和XC2•nRF24E1必须用高精度的晶振，为了支持1Mbit/s的传输速率，设计时还必须采用16MHz以上的晶振•nRF24E1的其它引脚还有12个。其中IREF用于连接外部偏置参考电阻，AREF用来连接外部参考电压。其余为电源和接地脚2020/3/2P0口各个引脚的复用功能引脚P0.7(DIO9)P0.6P0.5P0.4复用功能PWMT1T0INT1引脚P0.3P0.2P0.1P0.0（DIO2)复用功能INT0TXDRXDGPIO2020/3/2nRF24E1芯片引脚功能及简介•P1口有3个引脚，可设为SPI接口或GPIO（通用接口），nRF24E1使用SPI时，只能作为主机。SPI接口的引脚功能如下：•P1．2（DIN0）：串行数据输入脚•P1．1（DIN1）：串行数据输出脚•P1．0（DIO0）：串行时钟引脚2020/3/2（二）、麦克风输入电路2020/3/2（三）、扬声器输出电路2020/3/2(四）、天线的设计及其与nRF24E1的接口电路六、软件设计流程（一）、主程序设计YN设置接收模式并接收一个包设置发送模式并发送一个包等待直到时间片数slotn=14等待直到时间片数目slotn=0开始结束有足够的采样信号有效2020/3/2（二）、接收子程序模块YNTRX_CE=1发射器进入STBY模式YYNNDR和AM=LOWDR=1数据准备好接收数据AM=1接收器探测发来的数据，如果有载波CD=1启动接收器空闲CRC相符地址相符TRX_CE=1MCU把数据输出NAM=LOW2020/3/2（三）、发送子程序模块YNYN空闲微控制器送来数据和地址TRX_CE=1TRX_CE=1AUTO_RETRAN=1DR=LOW产生CRC和前缀，发送数据，完成后DR=HI启动发射器YN2020/3/2（四）、中断子程序模块结束从接收缓冲区中读一个信号，并将它写入PWM开始下一个A/D转换写入发送缓冲区读一个来自AD转换后输出的采样信号更新时间片计数器2020/3/2所设计的无线耳机体积和功耗尽量小，能够在20米的范围内高保真的传输音频信号。七、预期达到的性能指标2020/3/2