2．4 GHz無(wú)線鼠標(biāo)鍵盤(pán)接收器的設(shè)計(jì)
加入技術(shù)交流群
1．2 MCU部分
MCU的復(fù)位電路采用由R108和C105組成的RC積分電路實(shí)現(xiàn)上電復(fù)位功能。上電瞬間，由于電容電壓不能突變，所以復(fù)位引腳為低電平，然后電容開(kāi)始緩 慢充電，復(fù)位引腳電位開(kāi)始升高，最后變?yōu)楦唠娖剑瓿尚酒纳想姀?fù)位。HT82K95E微控制器內(nèi)部還包含一個(gè)低電壓復(fù)位電路
(LVR)，用于監(jiān)視設(shè)備的供電電壓。如果設(shè)備的供電電壓下降到0．9 V～VLVR的范圍內(nèi)并且超過(guò)1 ms的時(shí)間，那么LVR就會(huì)自動(dòng)復(fù)位設(shè)備。
應(yīng)當(dāng)注意的是對(duì)于該設(shè)備的復(fù)位電路，還應(yīng)加1個(gè)二極管1N4148，接法如圖2中的VD100。如果不加此二極管，設(shè)備在第一次使用時(shí)能夠正常復(fù)位，但在以后的使用卻無(wú)法正常復(fù)位，原因是電容中的電荷無(wú)法釋放掉，而該二極管可以通過(guò)整個(gè)電路快速釋放掉電容中的電荷。
由于nRF24L01的數(shù)據(jù)包處理模式支持與單片機(jī)低速通信而無(wú)線部分高速通信，并且nRF24L01內(nèi)部有3個(gè)不同的RX FIFO寄存器和3個(gè)不同的TX FIFO寄存器，在掉電模式下、待機(jī)模式下和數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^(guò)程中MCU可以隨時(shí)訪問(wèn)FIFO寄存器。這就允許SPI接口低速傳送數(shù)據(jù)，并且可以應(yīng)用于MCU 硬件上沒(méi)有SPI接口的情況下。因此在設(shè)計(jì)中使用HT82K95E的PA口模擬SPI總線與nRF42L01的SPI接口通信。
1．3 無(wú)線接收部分
無(wú)線接收部分電路圖如圖3所示。由于nRF24L01是工作于2．4 GHz的高頻元件，因此，系統(tǒng)的PCB設(shè)計(jì)的好壞，直接影響系統(tǒng)的性能。在設(shè)計(jì)時(shí)，必須考慮到各種電磁干擾，注意調(diào)整電阻、電容和電感的位置，特別要注意 電容的位置。nRF24L01模塊的PCB為雙面板，底層不放置任何元件，在地層，頂層的空余地方(除天線襯底之外)都覆上銅，并通過(guò)過(guò)孔與底層的地相 連。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/187697.htm
2 協(xié)議分析
2．1 nRF24L01無(wú)線通信協(xié)議
2．4 GHz無(wú)線通信協(xié)議分為3層：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層。物理層包括GFSK調(diào)制和解調(diào)器、接收和發(fā)送濾波器、射頻合成器、SH接口和電源管理，主要完 成數(shù)據(jù)的調(diào)制解調(diào)、編碼解碼、FHSS跳頻擴(kuò)頻和SPI通信。數(shù)據(jù)鏈路層主要完成解包和封包過(guò)程。該協(xié)議有2種基本的封包：數(shù)據(jù)包和應(yīng)答包。數(shù)據(jù)包格式如 表1所示。
前導(dǎo)碼用來(lái)檢測(cè)0和1，nRF24L01在接收模式下去除前導(dǎo)碼，在發(fā)送模式下加入前導(dǎo)碼。地址內(nèi)容為接收機(jī)地址，地址寬度是3、4或5字節(jié)，可以對(duì)接收通道和發(fā)送通道分別進(jìn)行配置，接收端從接收到的數(shù)據(jù)包中自動(dòng)去除地址。
封包控制域的格式如表2所示。數(shù)據(jù)長(zhǎng)度標(biāo)志位只有在動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)長(zhǎng)度選項(xiàng)使能時(shí)才有效，6位可以表示傳輸?shù)臄?shù)據(jù)域字節(jié)數(shù)從0～32字節(jié)。標(biāo)志位用來(lái)檢測(cè)接收到 的數(shù)據(jù)包是新的還是重發(fā)的。自動(dòng)應(yīng)答標(biāo)志位表示這個(gè)封包是否需要自動(dòng)應(yīng)答。封包可以采用1或2字節(jié)的CRC校驗(yàn)。對(duì)于應(yīng)答包來(lái)說(shuō)，數(shù)據(jù)域是一個(gè)可選項(xiàng)，但 是如果使用該選項(xiàng)的話應(yīng)該使能動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)長(zhǎng)度特性。應(yīng)用層按照設(shè)計(jì)需要可以是鍵盤(pán)和鼠標(biāo)等HID類設(shè)備。
這兩種封包在應(yīng)用層協(xié)議中的用途不同。數(shù)據(jù)包主要用于傳送發(fā)射端和接收端之間的數(shù)據(jù)信息，應(yīng)答包則是在自動(dòng)應(yīng)答功能選項(xiàng)被使能之后才會(huì)出現(xiàn)的，以便于發(fā)送 端檢測(cè)有無(wú)數(shù)據(jù)丟失。一旦數(shù)據(jù)丟失，則通過(guò)自動(dòng)重發(fā)功能將丟失的數(shù)據(jù)恢復(fù)。增強(qiáng)型的ShockBurst模式可以同時(shí)控制應(yīng)答和重發(fā)功能而無(wú)需增加MCU 工作量。
在SCK時(shí)鐘控制下，數(shù)據(jù)在主從設(shè)備間傳輸，而且嚴(yán)格地遵守SPI通信的時(shí)序。作為接收端(PRX)，nRF24L01通過(guò)2．4 GHz無(wú)線通信技術(shù)與發(fā)射端(PTX)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。收發(fā)器接收到數(shù)據(jù)后，通過(guò)中斷nIRQ通知MCU已接收到數(shù)據(jù)，可以進(jìn)行讀入操作，然后MCU通過(guò) MISO數(shù)據(jù)傳輸線讀入數(shù)據(jù)。nRF24L01在接收到數(shù)據(jù)之后，會(huì)自動(dòng)切換到發(fā)送模式發(fā)送應(yīng)答信號(hào)給發(fā)射端(PIX)，這樣就完成了一次數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程。
評(píng)論