nRF401的PC机无线收发模块的设计

nRF401的PC机无线收发模块的设计

集成电路应用

基于!"#$%&的’(机无线收发模块的设计

上海交通大学!%;;;=;"张铭刘银峰黄河

要!介绍了基于,"-.;2无线收发芯片的&’机串口通信模块和&’机+#1插槽通信模块的

设计思路和实现方法!通过该两种模块可以方便地实现&’机数字信号的载频传播"使计算机之间的

摘

无线数据传输成为可能!

关键词!无线收发

,"-.;2串口+#11IOMbF\

模块接口的电路采用四脚端口连接!其中"8\9(为发送使能Z接低&’S板上的跳线!当接高电平时表明发送模式"反之为接收模式%’#为频率选择"也接&’S跳线"由高低电平选择所使用的频率%&](^4&为节电模式选择"采用同样处理方式%1(82?1(8%为天线接口!这样"高频头仅以*)48$*+($_(*和[’’与通信模块构成接口"使系统调试非常方便!

很多&’机应用系统需要增加无线数据传输功能!本文基于挪威()"*+’公司最新推出的单片无线收发一体芯片,"-./0"设计出两种无线通信模块#具有标准

"#%$%’接口的串口模块和具有标准&’机+#1总线插槽的通信模块!系统由基于,"-./2的高频头34-56和连

接&’机的接收适配器71*1&89":两部分组成!

!高频头设计

!"!主芯片#$%&’!简介

,"-.;2是工作于+#<频段3.==<5>:的单片无线收发一体芯片!它是目前集成度最高的无线数传产品"%;

脚双列直插封装!,"-.;2内部结构如图2所示"其中包含高频接收?发射$&@@合成$-#A调制?解调和双频切换等单元!

(通信适配器的设计

考虑到&’机应用的具体情况"本文提出了基于标准"#%=%’端口和基于+#1总线的两种设计思路!为防止高频电路对通信适配模块的干扰"两种情况下"通信适配器均单独设计&’S电路板!

("!$)(*(方案

(+!"!硬件实现

"#%=%方案如图%所示"采用C2系列芯片

1(82‘;C%作为主控芯片"外加一片4#1"8‘%C2扩展1(8%‘;C%的串行口"使之与&’机和高频头两端都具

*)488\9(’#*+(&]"^4&

*9<+(1

有通信的能力!其中"‘%C2的"\"*a和8\"*a

)#’

&@@

[’)

&1

可以用一片或门相连接至‘;C%的+(8;端口7中断方式:或浮空7查询方式:!

图2,"-.;2内部结构

该芯片有如下特点#-#ABCD频移键控7-EFGHF,IJK

#LMNOAFJM,P:调制方式"直接数据输入输出"抗干扰能力强"特别适合工业场合%采用*##Q&@@频率合成

技术"频率稳定性极好%灵敏度高"达到K2/CRST%无需曼彻斯特编码%工作速率最高可达!;UVMO?W%最大发射功率达Q2;RST"开阔地的使用距离最远可达

2;;;T%工作在+#<频率.==<5>和双信道频率.==XY!<5>?.=.X==<5>Z使用不需要申请许可证!!"(接口设计

考虑到相互干扰"在本系统中"高频头单独做成一块&’S板!

压控振荡器3[’):外接!!T5高品质因素电感%锁相环3&@@:外接典型单端二阶滤波器%振荡源输入接.<5>晶振%天线设计采用环形差分天线!和通信

图!"#!$%方案

!"

nRF401的PC机无线收发模块的设计

集成电路应用

系统时钟采用-.’/,0123的石英晶振!由0,4,的

查询方式通信适配器流程图如图<所示$

&)5""组合产生8.,,90123的脉冲信号!该信号

作为0,48的:);时钟信号!同时利用一片可编程定时*计数器9,4’进行%<分频以产生9,48的收发时钟#

在接收板端!高频头接收来自发送高频头的=#;调制电磁波!经过接口送到适配器的9>4,引脚+?7$运行于查询方式时!系统程序把数据从9>4,的(?7端向@:机传送!完成一次数据传输%在中断方式时!9,48接收到数据后会激活系统中断服务例程并完成同样的操作$发送板端与此类似!只不过经由9>4,的+?7&9,48的

!"!$%&方案

在应用系统设计中!"#&总线由于其技术成熟性而被广泛应用$下面简单介绍本系统的"#&方案$

在该方案中!微型计算机作为系统中央处理设备!扩展一块F&+(0,48使之具有串口通信的能力%

/<)#8’0用于不完全地址译码!译码逻辑电路如图4所

示%为避免对"#&总线操作造成影响!加了两片三态门电路/<)#,<4进行总线隔离%在本系统中!去除了0>4,!仅使用一片F#&+(0,48和一片可编程定时*计数器

(?7直接从高频头发送出去$

在电路图中!9>4,的@,-用来产生9,48的片选信号!@,%接9,4’的6+以产生写入数据或命令字的片选信号$本系统编址如下’9,48的命令状态端口:A

0,4’!如图4和图%所示$

-===2!数据端口7A-==52%9,4’的工作方式控制字口

为B==’2!通道8地址为B==>2$

串行端口+?7*(?7与@:机串口连接时!选用一片

1$?"1,’,芯片作(()*+#,’,逻辑电平转换!如图’所示$

图

!"#$方案译码逻辑电路

图’(()*+#,’,电平转换电路

!"#"!软件及设置

为平衡@:机端和9,48端通讯的波特率!统一采用

8,>>CDE!设置如下’

可编程定时*计数器0,4’工作于方式’!即方波发生器方式$工作方式控制字写入’%2!采用二进制计数%为达到%<分频的目的!在通道8写入<>2$

通用同步*异步接收*发送器F#&+(0,48工作于异步方式!波特率8,>>CDEG字符长度0位!一个停止位$考虑到系统的低波特率应该能满足传输的可靠性!故不设校验位$方式控制字为

<52!命令指令为842$

在0>48自身串口设置中!采用方式8即0位

图%"#&方

案总线隔离与时钟设置

F&+(!以(8作为收发时

钟$为满足8,>>CDE的传输波特率!经计算得’(8编程为方式,定时状态!即可重载方式!计数常数为

L

K

/<)#8’0的输出脚H>同时选通0,48的:#片选引

脚和总线隔离芯片/<)#,<4的脚%由于/<)#,<4固有的选通逻辑!使用"#&总线的"J+选通该三态门的7"+端%-<)#8’0的H-脚同时选通0,4’的6+和另一片

-<)#,<4的端%0,48的命令数据脚:*7接"#&总线

图<查询方式适配器流程图

=>2$

的&>!0,4’的&>&&8脚接"#&总线的&>&&8$0,4’的

!!

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集成电路应用

输出通道!和通道"设定#$%"的收发时钟&’()*’(和系统时钟(+,!

!"#端通信软件设计

!$%用&’&(汇编语言或)语言编制

传统方式的-(端涉及的通信软件一般采用#!#.汇编语言或(语言提供的端口读写语句来实现"在本系统设计中"也可以这样做!

-(机读写串口其实就是对机内/0*&#$%"的操作!在本系统中"为达到"$!!123的通信波特率"可对相关寄

存器作如下设置#首先在线控制寄存器设置通信波特率"低位端口45#6设置为.!6"高位端口4576设置为!!6$然后采用查询方式编制软件"先在线状态寄存器查询相关位"再作端口操作!

对890总线的访问也是通过端口来操作的"例如在上述译码方案中"端口分配如下##$%"命令状态端口为

44"6"数据端口为44!6$#$%4的通道!为44(6"通道"

为44:6"命令口为4456!只需使用8;或</&指令进

行操作!

*+,在可视化环境下操作

微软的可视化平台=>%=(可以很方便地完成上述

操作!下面简述在=(中使用0?@ABC’控件开发-(串行通信程序!

!"

在实际应用中"主要使用D9(EFFGDAH?E3EI@(EFFJKAL

?M@AEK(EK@HENO控件"它提供了事件驱动和查询两种方法!

在事件驱动法中"每当有新字符到达端口"D9(EFF控件将触发<K(EFF事件!这样"应用程序可以通过检查

D9(EFF控件的(EFFPBCK@属性采取相应的操作"它类

似于汇编语言中的中断方式$较小的应用程序可以采用查询法"也就是应用程序不断检查D9(EFF的(EFL

FPBCK@属性并采取相应操作"它类似于汇编中的查询法!

本文介绍了基于K*5Q!"芯片的-(机无线收发模块的研制"提出了两套具体的应用方案和相应的软件编制方法!对本系统的适当扩展"可以广泛应用于遥控%遥测%无线抄表%门禁系统%工业数据采集%身份辨识和非接触式*5智能卡系统等R4S"具有一定的实践意义!参考文献

";*5Q!"-HETJ?@92C?AIA?M@AEKU;EHTA?=+98090"$!!!V%$黄海荣"田作华U在=(中用0?@ABC’控件开发串行通信程序U电子技术应用"$!!!$$.&.’

4单片*5收发芯片K*5Q!"介绍及其应用U哈工大讯通科技"$!!"&W’UXXXUIHCYJCK?ZAKMU?EFU

Q何立民U单片机应用系统设计U北京#北京航空航天大学出版社""77![47"\477

%曹志刚"钱亚生U现代通信原理U北京#清华大学出版社"

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/8wb1.html