單片機的無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)設(shè)計

1 引 言

　　隨著計算機、通信和無線技術(shù)的逐步融合，在傳統(tǒng)的有線通信的基礎(chǔ)上，無線通信技術(shù)應(yīng)運而生，他具有快捷、方便、可移動和安全等優(yōu)勢，所以廣泛應(yīng)用到遙控玩具、汽車電子、環(huán)境監(jiān)測和電氣自動化等。

　　在一些特殊應(yīng)用場合中，單片機與上位機之間通信不再采用有線的數(shù)據(jù)傳輸，例如采用有線的串、并行總線、I2C和CAN總線等，而是需要無線數(shù)據(jù)傳輸，本文介紹了基于nRF905無線收發(fā)模塊的實用單片機無線傳輸系統(tǒng)的設(shè)計。

　　2 無線收發(fā)模塊nRF905

　　nRF905是挪威Nordic VLSI公司推出的單片射頻收發(fā)器，工作電壓為1.9～3.6 V，32引腳QFN封裝(5×5 mm)，工作于433／868／915 MHz三個ISM(工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)學(xué))頻道，頻道之間的轉(zhuǎn)換時間小于650μs。nRF905由頻率合成器、接收解調(diào)器、功率放大器、晶體振蕩器和調(diào)制器組成，不需外加聲表濾波器，ShockBurstTM工作模式，自動處理字頭和CRC(循環(huán)冗余碼校驗)，使用SPI接口與微控制器通信，配置非常方便。此外，其功耗非常低，以-10 dBm的輸出功率發(fā)射時電流只有11 mA，工作于接收模式時的電流為12.5 mA，內(nèi)建空閑模式與關(guān)機模式，易于實現(xiàn)節(jié)能。nRF905適用于無線數(shù)據(jù)通信、無線報警及安全系統(tǒng)、無線開鎖、無線監(jiān)測、家庭自動化和玩具等諸多領(lǐng)域。

　　3 芯片結(jié)構(gòu)及工作模式

nRF905片內(nèi)集成了電源管理、晶體振蕩器、低噪聲放大器、頻率合成器、功率放大器等模塊，曼徹斯特編碼／解碼由片內(nèi)硬件完成，無需用戶對數(shù)據(jù)進(jìn)行曼徹斯特編碼，因此使用非常方便。

　　nRF905有兩種工作模式和兩種節(jié)能模式。兩種工作模式分別是ShockBurstTM接收模式和ShockBurstTM發(fā)送模式，兩種節(jié)能模式分別是關(guān)機模式和空閑模式。nRF905的工作模式由TRX_CE，TX_EN和PWR_UP三個引腳決定，詳見表1。

： 與射頻數(shù)據(jù)包有關(guān)的高速信號處理都在nRF905片內(nèi)進(jìn)行，數(shù)據(jù)速率由微控制器配置的SPI接口決定，數(shù)據(jù)在微控制器中低速處理，但在nRF905中高速發(fā)送，因此中間有很長時間的空閑，有利于節(jié)能。由于nRF905工作于ShockBurstTM模式，因此使用低速的微控制器也能得到很高的射頻數(shù)據(jù)發(fā)射速率。在ShockBurstTM接收模式下，當(dāng)一個包含正確地址和數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)包被接收到后，地址匹配(AM)和數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好(DR)兩引腳通知微控制器。在ShockBurstTM發(fā)送模式，nRF905自動產(chǎn)生字頭和CRC校驗碼，當(dāng)發(fā)送過程完成后，數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好引腳通知微處理器數(shù)據(jù)發(fā)射完畢。由以上分析可知，nRF905的ShockBurstTM收發(fā)模式有利于節(jié)約存儲器和微控制器資源，同時也減小了編寫程序的時間。　　

　　4 器件配置

　　所有配置字都是通過SPI接口送給nRF905，SIP接口的工作方式可通過SPI指令進(jìn)行設(shè)置，當(dāng)nRF905處于空閑模式或關(guān)機模式時，SPI接口可以保持在工作狀態(tài)。

　　(1)SPI接口配置

　　SPI接口由狀態(tài)寄存器、射頻配置寄存器、發(fā)送地址寄存器、發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器和接收數(shù)據(jù)寄存器5個寄存器組成。

　　(2)射頻配置

　　設(shè)CH_NO中的值為a，HFREQ_PLL中的值為b，則nRF905的工作頻率由公式：

　　所決定。若nRF905的工作頻率取433.20 MHz，則口a=108，b=0。

　　射頻寄存器的各位的長度是固定的。然而，在Shock-BurstTM收發(fā)過程中，TX_PAYLOAD，RX_PAYLOAD，TX_ADDRESS和RX_ADDRESS 4個寄存器使用字節(jié)數(shù)由配置字決定。nRF905進(jìn)入關(guān)機模式或空閑模式時，寄存器中的內(nèi)容保持不變。

5 電路設(shè)計

　　nRF905在使用中，根據(jù)不同需要，其電路圖不盡相同，圖1所示為其應(yīng)用原理圖，該電路天線部分使用的是50 Ω單端天線。在nRF905的電路板設(shè)計中，也可以使用環(huán)形天線，把天線布在PCB板上，這可減小系統(tǒng)的體積。更詳細(xì)的設(shè)計可參考nRF905的芯片手冊。

　　nRF905通過SPI接口和微控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，通過ShockBurstTM收發(fā)模式進(jìn)行無線數(shù)據(jù)發(fā)送，收發(fā)可靠，使用方便，在工業(yè)控制、消費電子等各個領(lǐng)域都具有廣闊的應(yīng)用前景。

6 程序流程

　　系統(tǒng)采用了一種應(yīng)用最廣泛的單片機AT89S52為數(shù)據(jù)處理部分。具體的讀、發(fā)程序流程如圖2，圖3所示。

7 配置程序