系統(tǒng)級RF收發(fā)芯片nRF24E1及其在無線鍵盤中的應(yīng)用
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1nRF24E1簡介
1.1 微處理器
nRF24E1微處理器的指令系統(tǒng)與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)8051的指令系統(tǒng)兼容，但二者的指令執(zhí)行時間稍有不同。通常，nRF24E1的每條指令執(zhí)行時間為4～20個時鐘周期，而工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)8051的每條指令執(zhí)行時間為12～48個時鐘周期。nRF24E1比工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)8051增加了ADC、SPI、RF接收器1、RF接收器2和喚醒定時器5個中斷源；3個與8052一樣的定時器。nRF24E1內(nèi)含有1個與8051相同的UART，在傳統(tǒng)的異步通信方式下，可用定時器1和定時器2作為UART(串口)的波特率發(fā)生器。為了便于和外部RAM區(qū)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞，nRF24E1的CPU還集成2個數(shù)據(jù)指針，其微控制器的時鐘直接來源于晶振。nRF24E1功能模塊圖如圖1所示。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/166861.htm
微處理器中有256B的數(shù)據(jù)RAM和512B的ROM。上電復(fù)位或軟件復(fù)位后，處理器自動執(zhí)行ROM中引導(dǎo)區(qū)中的代碼。用戶程序通常是在引導(dǎo)區(qū)的引導(dǎo)下，從E2PROM加載到1個4KB的RAM中(該RAM也可作存儲數(shù)據(jù)用)。如果應(yīng)用中不用掩膜ROM（即內(nèi)含的ROM），程序代碼必須從外部非易失性存儲器中加載。比較常見的是通過SPI接口擴(kuò)展E2PROM，型號推薦為25320。
與標(biāo)準(zhǔn)8051相比，因nRF24E1的微控制器增加了一些新的功能，因此也相應(yīng)地增加了一些特殊功能寄存器來對這些新增的功能進(jìn)行控制。新增的特殊功能寄存器有RADIO(P2)、ADCCON、ADCDATAH、ADCDATAL、ADCSTATIC、PWMCON、PWMDUTY等。nRF24E1的微控制器中，P0和P1口的寄存器也和標(biāo)準(zhǔn)8051的有所不同，其他特殊功能寄存器與標(biāo)準(zhǔn)8051的相同。
1.2 PWM和SPI接口
nRF24E1有一個可編程控制的PWM輸出，使用時，通過程序可改變DIO9(即P0.7)的功能，并可編程決定PWM工作于6位、7位或8位。
SPI的3個口與GPIO(DIN0、DIO0、DIO1)和RF收發(fā)器重用。SPI硬件不產(chǎn)生任何片選信號，通常，用GPIO的位(P0口)作為外部SPI設(shè)備的片選口。
1.3 RTC喚醒定時器、WTD和RC振蕩器
nRF24E1內(nèi)有一個低功耗的RC振蕩器，當(dāng)VDD≥1.8V時，可連續(xù)工作，和應(yīng)用程序無關(guān)。RTC喚醒定時器和WTD(看門狗)為2個16位可編程定時器，它們的工作時鐘為RC振蕩器的LP_OSC。喚醒定時器和看門狗的定時時間約為300μs～80ms，默認(rèn)值為10ms。
1.4 A/D轉(zhuǎn)換器
nRF24E1內(nèi)有9通道10位ADC，線性轉(zhuǎn)換時間為每10位48個CPU指令周期。A/D轉(zhuǎn)換器的9個輸入可通過軟件進(jìn)行選擇，通道0～7可以把對應(yīng)引腳AIN0～AIN7上的電壓值轉(zhuǎn)換為數(shù)字值，通道8用于對nRF24E1工作電壓的監(jiān)控。A/D轉(zhuǎn)換器默認(rèn)工作于10位方式，可通過軟件使其工作于6位、8位或12位方式。
1.5 無線收發(fā)器
nRF24E1收發(fā)器通過內(nèi)部并行口或內(nèi)部SPI口與其他模塊進(jìn)行通信，其功能與單片射頻收發(fā)器nRF2401相同。DuoCeiver接收器輸出的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備信號，可通過程序使其成為微處理器的中斷信號或通過GPIO口傳給CPU。nRF2401工作于全球開放的2.4G～2.5GHz頻段。收發(fā)器由1個完整的頻率合成器、1個功率放大器、1個調(diào)節(jié)器和2個接收器組成。輸出功率、頻道和其他射頻參數(shù)可通過對特殊功能寄存器RADIO（0xA0）編程進(jìn)行控制。發(fā)射模式下，射頻電流消耗僅為10.5mA，接收模式下為18mA(可通過程序控制收發(fā)器的開/關(guān)來節(jié)能）。
2無線鍵盤的基本知識
無線鍵盤使用無線的方式在鍵盤與PC間進(jìn)行通信，其中的無線模塊一般用射頻技術(shù)或藍(lán)牙技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。由于藍(lán)牙技術(shù)協(xié)議復(fù)雜、成本高和開發(fā)周期長，所以，目前的許多無線鍵盤都是用射頻技術(shù)來實(shí)現(xiàn)無線連接。在射頻領(lǐng)域，挪威Nordic VLSI公司的射頻芯片的性能非常出眾，其產(chǎn)品主要有nRF401系列、nRF903系列、nRF2401系列和nRF24E1系列。本文介紹的即是采用nRF24E1來實(shí)現(xiàn)無線鍵盤的設(shè)計方法。
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