基于at89s51單片機無線傳輸系統設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 道干擾小； （ 3）高效率的解調，以降低移動臺功 耗，進一步縮小體積和成本； （ 4）能提供較高的傳輸速率； （ 5）易于集成。 2 無線數據收發模塊 無線收發模塊 nRF905 簡介 nRF905 是挪威 Nordic VLSI 公司推出的單片射頻收發器，工作電壓為 ～ V， 32 引腳 QFN 封裝 (5 5 mm)，工作于 433／ 868／ 915 MHz 三個 ISM(工業、第 7 頁（共 23 頁） 科學和醫學 )頻道，頻道之間的轉換時間小于 650μ s。 nRF905 由頻率合成器、接收解調器、功率放大器、晶體振蕩器和調制器組成，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 的輸出功率發射時電流只有 11 mA，工作于接收模式時的電流為 mA，內建空閑模式與關機模式，易于實現節能。 nRF905 適用于無線數據通信、無線報警及安全系統、無線探測、無線監測、家庭自動化和玩具等諸多領域。 nRF905 無線模塊特點 (1) 433Mhz 開放 ISM 頻段免許可證使用 (2) 最高工作速率 50kbps，高效 GFSK 調制，抗干擾能力強，特別適合工業控制 場合 (3) 125 頻道，滿足多點通信和跳頻通信需要 (4) 內置硬件 CRC 檢錯和點對多點通信地址控制 (5) 低功耗 工作，待機模式下狀態僅為 (6) 收發模式切換時間 650us (7) 模塊可軟件設地址，只有收到本機地址時才會輸出數據（提供中斷指 示 )，可直接接各種單片機使用，軟件編程非常方便 (8) TX Mode: 在 +10dBm 情況下，電流為 30mA。 RX Mode: (9) 標準 DIP 間距接口，便于嵌入式應用 (10) RFModuleQuickDEV 快速開發系統，含開發板 工作模式及芯片結構 nRF905 有兩種工作模式和兩種節能模式。兩種工作模式分別是ShockBurstTM 接收模式和 ShockBurstTM 發送模式，兩種節能模式分別是關機模式和空閑模式。 [7]nRF905 的工作模式由 TRX_CE、 TX_EN 和 PWR_UP 三個引腳決定，如表 1 所示： 表 1 nRF905 的工作模式與引腳關系 PWR_UP TRX_CE TX_EN 工作模式 0 X X 掉電和 SPI 編程 1 0 X Standby 和 SPI 編程 1 1 0 ShockBurst RX 1 1 1 ShockBurst TX 與射頻數據包有關的高速信號處理都在 nRF905 片內進行，數據速率由微控制器配置的 SPI 接口決定，數據在微控制器中低速處理，但在 nRF905 中高速發第 8 頁（共 23 頁） 送因此中間有很長時間的空閑，這很有利于節能。 [8]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據發射速率。在 ShockBurstTM 接收模式下，當一個包含正確地址和數據的數據包被接收到后，地址匹配 (AM)和數據準備好 (DR)兩引腳通知微控制器。在 ShockBurstTM發送模式， nRF905 自動產生字頭和 CRC 校驗碼，當發送過程完成后，數據準備好引腳通知微處理器數據發射完畢。由以上分析可知， nRF905 的 ShockBurstTM收發模式有利于節約存儲器和微控制器資源，同時也減小了編寫程序的時間。下面具體詳細分析 nRF905 的發送流程和接收流程。 nRF905 片內集成了電源管理、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／解碼由片內硬件完成，無需用戶對數據進行曼徹斯特編碼，使用非常方便。 3 系統軟硬件設計 硬件設計 概述 無線數據傳輸系統一般由無線數據傳輸的發射系統、無線數據傳輸接收系統、處理系統、執行機構構成。其發射系統由可編程的集成芯片及外圍電路構成 。接收系統由檢波放大整形電路及無線數據傳輸接收芯片構成 。處理系統由單片微處理機芯片及外圍電路構成。 [9]主要芯片均系無線數據傳輸專用集成芯片。由無線數據傳輸發射系統輸出的信號是經高頻調制后的二進制高頻編碼脈沖串 ,它由起始碼及信息碼構成。這種發送方式具有下述優點 : 無線數據傳輸脈沖寬度穩定且不會由于數據的內容而改變功率消耗 。采用高頻調制的無線數據傳輸信號抗干擾 能力強 ,使無線數據傳輸信號易于分離和區別 。已調脈沖列可用一個窄帶接收器進行接收 ,可提高無線數據傳輸系統的抗干擾能力 。在高頻下間隔進行開關 ,可減小消耗功率，單片機與模塊連接設計如圖 6 所示。 第 9 頁（共 23 頁） 圖 6 單片機與模塊連接設計 電路原理 nRF905 在使用中，根據不同需要，其電路圖不盡相同，圖 7 所示為典型的應用原理圖，該電路天線部分使用的是 50Ω單端天線。 [10]在 nRF905 的電路板設計中，也可以使用環形天線，把天線布在 PCB 板上，這可減小系統的體積。 圖 7 nRF905 典型應用電路圖 SPI 接口配置 所有配置字都是通過 SPI 接口送給 nRF905。 [11]SPI 接口的工作方式可通過第 10 頁（共 23 頁） SPI 指令進行設置。當 nRF905 處于空閑模式或關機模式時， SPI 接口可以保持在工作狀態。 SPI 讀操作如圖 8，寫操作如圖 9 圖 8 SPI 讀操作 圖 9 SPI 寫操作 SPI 接口由狀態寄存器、射頻配置寄存器、發送地址寄存器、發送數據寄存器和接收數據寄存器 5 個寄存器組成。狀態寄存器包含數據準備好引腳狀態信息和地址匹配引腳狀態信息；射頻配置寄存器包含收發器配置信息，如頻率和輸出功能等； [12]發送地址寄存器包含接收機的地址和數據的字節數；發送數據寄存器包含待發送的數據包的信息，如字節數等；接收數據寄存器包含要接收的數據的字節數等信息，串行接口指令如表 2。 表 2 串行接口指令 SPI 串行接口指令 指令名稱 指令格式 操作 W_CONFIG (WC) 0000AAAA 寫配置寄存器。 AAAA 指出寫操作的開始字節，字節數量取決于 AAAA 指出的開始地址。 R_CONFIG (RC) 0001AAAA 讀配置寄存器。 AAAA 指出讀操作的開始字節，字節數量取決于 AAAA 指出的開始地址 W_TX_PLAYLOAD (WTP) 00100000 寫 TX 有效數據： 132 字節。寫操作全部從字節 0開始。 第 11 頁（共 23 頁） R_TX_PLAYLOAD (RTP) 00100001 讀 TX 有效數據： 132 字節。讀操作全部從字節 0開始。 W_TX_ADDRESS (WTA) 00100010 寫 TX 地址： 14 字節。寫操作全部從字節 0 開始。 R_TX_ADDRESS (RTA) 00100011 讀 TX 地址： 14 字節。讀操作全部從字節 0 開始。 R_RX_PLAYLOAD (RRP) 00100100 讀 RX 有效數據： 132 字節。讀操作全部從字節 0開始 CHANNEL_CONFIG (CC) 1000pphccccccccc 快速設計配置寄存器中 CH_NO,HFREQ_PLL和 PA_PWR 的專用命令。 CH_NO=ccccccccc。HFREQ_PLL=h。PA_PWR=pp 射頻配置寄存器和內容如表 3 表 3 射頻配置寄存器和內容 參數 位寬 說明 CH_NO 9 同 HFREQ_PLL 一起設置中心頻率默認值 =001101100b=180d FRF= + CH_NOd/10 *(1+ HFREQ_PLLd)MHZ HFREQ_ PLL 1 設置 PLL 在 433或 868/915MHZ 模式 默認值 =0。 0 ‐器件工作在 433MHZ 頻段 1 ‐器件工作在 868/915MHZ 頻段 PA_PWR 2 輸出功率 默認值 =00 00 ‐ 10dBm 01 ‐ 2dBm 10 +6dBm 11 +10dBm RX_RED_PWR 1 降低接收模式電流消耗至 靈敏度降低 默認值 =0。 0 ‐正常模式； 1 ‐低功耗模式 AUTO_RETRAN 1 重發數據 如果 TX 寄存 器的 TRX_CE和 TX_EN被設置為高 默認值=0。 0‐不重發數據； 1 ‐重發數據包 RX_AWF 3 RX 地址寬度 默認值 =100 001‐ 1字節 RX 地址寬度； 100‐ 4字節 RX 地址寬度 TX_AWF 3 TX 地址寬度 默認值 =100 001‐ 1字節 TX 地址寬度； 100‐ 4字節 TX 地址寬度 RX_PW 6 RX 接收有效數據寬度 默認值 =100000 000001 ‐ 1字節 RX 有效數據寬度 000010 ‐ 2字節 RX 有效數據寬度 100000 ‐ 32字節 RX 有效 數據寬度 TX_PW 6 TX 有效數據寬度 默認值 =100000 000001 ‐ 1字節 TX 有效數據寬度 000010 ‐ 2字節 TX 有效數據寬度 100000 ‐ 32字節 TX 有效數據寬度 第 12 頁（共 23 頁） 軟件設計 概述 硬件解碼電路較復雜 ,外圍器件過多 ,且當發