基于nRF2401的工程機械儀表顯示無線通信平臺的設(shè)計與實現(xiàn)

　　2401具備4種工作模式，由PWR_UP、CE和CS 3個引腳信號決定，表1給出了工作模式與引腳信號的對應(yīng)關(guān)系。

　　2401上電工作時，首先置為配置模式，由初始化程序?qū)懭肱渲米?，配置字的最?位指定2401收發(fā)狀態(tài)；然后由控制器輸出信號將CE引腳置為高電平，2401進入收發(fā)模式工作，通過指定通道收發(fā)數(shù)據(jù)，收發(fā)雙方交互時一方可進入空閑模式，待全部數(shù)據(jù)傳送完畢時進入關(guān)機模式。

　　2.2 通信系統(tǒng)硬件邏輯電路

　　圖2為系統(tǒng)的控制芯片MSP430F149與無線模塊nRF2401的硬件邏輯電路。由于MSP430F149只有P1和P2口具有中斷控制功能，故將F149的P2口P2.0～P2.7分別接2401的CE、DR2、CLK2、DOUT2、CS、DR1、CLK1和DATA引腳，P5.7接PWR_UP。

　　2401的工作電壓為3 V，由圖2可知2401應(yīng)用電路只需少量的外圍元件。在設(shè)計過程中，天線可以選用PCB內(nèi)置，也可以使用單鞭天線和環(huán)形天線。本系統(tǒng)使用外置天線，SMA接頭。傳輸距離在100 m左右，可滿足大型工程機械儀表通信距離要求。

　　系統(tǒng)外圍電路部分設(shè)計較簡單，MSP430F149的P6口為指定A/D口，現(xiàn)場采集的儀表傳感器信號經(jīng)整形放大輸入F149的P6端口進行A/D轉(zhuǎn)換；P3、P4、P5口為普通I/O口，因此要合理利用I/O口；F149的P4和P5端口接液晶顯示器YJD12864，控制LCD實時顯示；P1端口接鍵盤，2401的收發(fā)狀態(tài)由按鍵中斷設(shè)定。

　　3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

　　系統(tǒng)軟件是在IAR Embedded Workbench平臺上開發(fā)的C代碼程序，采用模塊化結(jié)構(gòu)。發(fā)射機程序包括數(shù)據(jù)采集、無線數(shù)據(jù)發(fā)送、實時顯示以及與PC機通信等模塊；接收機程序包括無線數(shù)據(jù)接收、地址和CRC校驗、儀表參數(shù)實時顯示以及與PC機通信等模塊。此外，發(fā)射機和接收機軟件留有收發(fā)命令接口，以備系統(tǒng)擴展工程操作遙控功能。本文主要討論無線數(shù)據(jù)傳輸模塊。

　　無線通信模塊主要完成nRF2401初始化和無線數(shù)據(jù)收發(fā)功能。

　　2401初始化主要是寫入配置字，由CS片選引腳控制, CLK1引腳提供串行時鐘，通過DATA數(shù)據(jù)位引腳串行寫入配置字。2401工作在ShockBurstTM方式下，配置字包括數(shù)據(jù)寬度、地址寬度、地址、CRC校驗碼和解碼四部分。

　　2401數(shù)據(jù)包通信協(xié)議格式由PRE-AMBLE＋ADDRESS＋PAYLOAD＋CRC項組成。其中：PRE-AMBLE為8 bit前導(dǎo)碼，由硬件自動加入；ADDRESS為32 bit發(fā)送地址碼；PAYLOAD為208 bit的發(fā)送數(shù)據(jù)；CRC是由內(nèi)置糾檢錯硬件電路自動加上的校驗和，可設(shè)為0、8或16 bit。除去前導(dǎo)碼，本系統(tǒng)設(shè)置數(shù)據(jù)包長度為256 bit(32 B)，其中：數(shù)據(jù)寬度208 bit、地址寬度32 bit、CRC碼16 bit。