单芯片无线电通信（共10篇）
单芯片无线电通信 篇1
摘要：提出了应用在无线传感器网络系统的MAC层通信芯片的ASIC设计方案,基于IEEE802.15.4竞争型MAC协议,设计了内嵌CSMA-CA算法控制器的MAC收发模块以及8位RISC CPU,MAC收发模块的协处理器可以与RISC CPU进行数据交互。基于ASIC设计流程,完成了架构设计、RTL coding、验证、综合、物理设计,并通过Encounter生成了物理版图。
关键词：无线传感器网络,MAC,ASIC,IEEE 802.15.4,CSMA-CA
0引言
无线传感 器网络是 结合了传 感器应用 、 无线局域 网 、 大数据快 速处理等 技术的新 兴无线信 息网络 , 基于某种 特定的无 线网络协 议 ,快速建立 数据传输 的无线网 络[1]。 由于无线 传感器网 络的应用 价值和芯 片设计技 术的发展 ,关于无线 传感器网 络的专属 控制芯片 设计的研 究应运而 生 。
IEEE 802 . 15 . 4是一种低 功耗低速 率的无线 局域网协 议 , 定义了物 理层 (PHY层 ) 和介质访 问控制层 (MAC层 )。 MAC层主要是 为上层访 问信道提 供服务接 口 , 并且通过SAP控制PHY层的无线 数据收发[2]。 本文基于IEEE 802 . 15 . 4 MAC协议 , 提出了无 线传感器 网络MAC层的ASIC设计方案 。
本文的芯 片设计能 基本实现MAC层协议的 功能 , 设计了内 嵌CSMA-CA算法控制 器的MAC收发部分 和8位RISC CPU 。 M收发芯片 部分可以 和RISC CPU进行数据 交互 , 其内嵌的CSMA-CA算法控制 器实现竞 争信道机 制组建无 线网络 , 单独的CPU设计可以 更好地实 现无线传 感器网络 的数据处 理功能 。
1芯片整体设计方案
芯片整体 设计框架 如图1所示 , 整个芯片 从功能上 分为五部 分 : 发送部分 、 接收部分 、 精简指令CPU、 协调器和SPI接口 。 协调器使 能控制发 送状态机 和接收状 态机 , 通过协调 器指令集 运行CSMA -CA算法 , 实现信道 竞争访问 机制 。 CPU基于哈佛 架构的RISC精简指令 集设计 ,可通过SPI总线进行 数据交互 。
数据发送 部分主要 包括发送 状态机 、 发送FIFO、发送数据 仲裁 、CRC校验计算 、发送计数 等 ,数据发送 时需要建 立符合IEEE 802.15.4协议格式 的数据帧 , 发送数据仲裁避 免发送数 据冲突[3]。
数据接收 部分主要 包括接收 状态机 、 地址比较 器 、 接收计数 器 、帧解析 、帧起始检 测 、 接收FIFO、 接收数据 通路 、CRC校验 。协调器发 送接收使 能给接收 状态机 ,地址比较 器 、接收计数 器 、帧起始检 测 、接收帧解 析等功能模块协调 作用 ,根据协议 格式顺序 存入接收FIFO[4]。
2逻辑设计与仿真
2.1RISCCPU逻辑设计
考虑芯片 设计成本 和设计周 期 ,本文的CPU采用简单 的总线架 构 ,控制器指 令和数据 通路的数 据都是从 总线获得 。 基于8位数据线 和12位地址线 独立分离 的哈佛架 构 , 数据线和 地址线独 立运行简 化了芯片 逻辑结构 。 CPU设计主要 包括ALU算术逻辑 单元 、 存储器 、 指令译码 器 、 寄存器等 子模块 , 指令集包 括九条基 本运算指 令 。 本文使用Mentor公司的Model Sim软件进行 仿真验证 ,图2为RISC CPU顶层仿真 波形 。
2.2MAC层逻辑设计
本文的MAC层设计主 要包括发 送部分 、 接收部分 和协调器 。 发送部分 的功能是 将上层提 供的数据 进行封装 之后通过PHY芯片发送 , 封装是按 照物理层 的帧格式 进行的 , 包括前导 序列码 、 起始分隔 符 、 帧长度 、 有效负载[5]。 发送模块 的核心设 计是发送 状态机 , 用来产生 发送过程 各子模块 的控制信 号 ,发送状态 机的状态 流程图如 图3所示 。
接收部分 的主要功 能是完成 接收来自PHY芯片的数 据包 , 并对数据 包进行解 包 , 包括前导 码序列和 帧起始分 隔符的检 测 、 地址解析 、CRC校验以及 将物理层 的数据负 载部分存 储在FIFO[6]。 接收部分 从逻辑上 分析是发 送部分的 逆过程 , 接收发送 状态机的 状态流程 图如图4所示 。
协调器是MAC层通信的 大脑 , 通过使能 控制MAC数据收发 , 内嵌CSMA-CA算法控制 器实现竞 争信道访 问 。 由于本芯 片单独设 计了CPU,协调器主 要包括单 独存储协 调器指令 集的指令 存储器 、MAC计时器和 产生控制 信号的CSMA-CA算法控制 器 。 协调器指 令集只实 现CSMA-CA算法 ,与CPU的指令存 储器控制CPU读写不同 。
3芯片ASIC设计流程
ASIC是专用集 成电路的 简称 , 是当今流 行的一种 根据特殊 市场需求 定制设计 的芯片设 计技术 。 ASIC设计流程 包括前端 设计和后 端设计两 个重要阶 段 ,前端设计 主要包括RTL代码的编 写 、 仿真 、 综合以及 静态时序 分析 ,后端设计 主要是把 前端综合 产生的门 级网表实 现成物理 版图 ,并验证版 图是否满 足时序收 敛和设计 规则要求 。 本芯片基 于ASIC设计流程 , 完成了架 构设计 、RTL coding 、 验证 、 综合 、 物理设计 , 并通过Encounter生成了物 理版图 。
3.1综合
综合是芯 片设计的 重要步骤 , 是连接前 端设计和 后端设计 的重要桥 梁 。 本设计采 用中芯国 际0.13 μm CMOS工艺库 , 利用综合 工具Synopsys的DC把RTL代码综合 成门级网 表 ,门级网表 是后端设 计所需要 的源文件 。 DC首先读入 工艺库lib、SDC约束脚本 等文件 ,然后进行 综合优化 生成门级 网表 。
3.2MAC层逻辑设计
综合生成 物理设计 所需要的 门级网表 后 , 使用物理 设计软件Encounter进行芯片 后端设计 。 后端物理 设计主要 包括布图 规划与布 局 、电源规划 、插入时钟 树 、布线等 。 电源规划 对于芯片 后端设计 至关重要 ,良好的电 源规划可 以为整块 芯片提供 一个均匀 的供电网 格 。 本芯片的 局部电源 网络如图5所示 ,VDD和VSS均匀地分 布在芯片 内部 。
时钟是芯 片设计的 核心 , 一个好的 时钟树决 定了芯片 时序收敛 的难易程 度和工作 性能 。 布图规划 与布局结 束后即可 进行时钟 树 (clock tree)插入 ,插入时钟 树的目的 是使芯片 所有逻辑 单元接收 到的时钟 信号时间 一致 , 时序基本 不存在偏 差 。 芯片时钟 树分布图 如图6所示 。
4结论
无线传感 器网络作 为新一代 智能无线 网络 , 已经在智 能家居 、医疗 、煤矿 、国防等领 域获得广 泛应用 。 本文提出了 基于IEEE 802.15.4协议的MAC层通信芯 片的ASIC设计方案 ,本方案低 功耗且功 能完备 ,具有科研 与应用双 重价值 。
单芯片无线电通信 篇2
摘要：介绍了异步通信芯片16C552的功能、特点、结构和内部寄存器，给出了用16C552芯片实现PC机与DSP串行通讯的方法，同时给出了它们之间的硬件接口电路和软件初始化程序。
关键词：16C552;串行通讯;异步
当实现PC机与DSP的串行通讯时，通常可直接利用DSP的串行通讯接口(SCI)模块和SCI多处理器通讯协议(即空闲线路模式和地址位模式)来在同一串行线路中实现多个处理器之间的通讯，也可以采用SCI异步通讯模式实现串行通讯。这两种方式虽然都能方便地实现串行通讯，但它们都需占用系统较多的硬件和软件资源，(本网网收集整理)因而不适用于对实时性要求比较高且系统资源紧张的应用场合。笔者在研制电力有源滤波实验系统中，由于采用了异步通讯芯片16C552，从而成功解决了这个问题。本文将从电路结构和软件编程两个方面介绍该方案的实现方法。
1 16C552简介
1.1 功能特点及结构框图
16C552是TI(TL16C552)和VLSI(VL16C552)等公司生产的异步通信芯片，具有两个增强的通用异步通讯单元通道和一个增强的双向打印机端口;支持TL16C450和FIFO两种模式，其16字节的FIFO可减少CPU中断;每个通道都具有独立的发送、接收、线路状态和设置中断功能，同时具有独立的MO-DEM控制信号、可编程的串行数据发送格式(包括数据位长度、校验方式、停止位长度)和可编程波特率发生器;另外，每个通道的数据和控制总线还具有三态TTL驱动功能。
TL16C552AM是TI公司的68脚PLCC(Plastic Leaded Chip Carrier)封装芯片，其管脚及功能框图如图1所示。从图中可以看出，它的串行口主要完成两个功能，一是把外设或调制解调器接收来的串行数据转换成并行数据;二是把CPU的并行数据转换成串行数据以便发送。在正常操作过程中，CPU可以随时读取16C552的状态信息，以报告16C552传输操作的类型和状态，包括各种错误状态，如奇偶校验、溢出、帧错误和FIFO错误等。此外，16C552还具有完整的MODEM控制功能，并有CTS、RTS、DSR、DTR、RI、DCD等信号端。
16C552具有一套完善的中断系统，可以自动设定优先级。它的串行口和并行口都可以独立地工作于中断和查询两种工作方式。
1.2 16C552的内部寄存器
16C552内部有12个单字节寄存器，这些寄存器占用了8个I/O口地址，其地址由A0～A2决定。其中有些寄存器共用一个I/O口地址，共用的I/O口可以通过读/写信号和线路控制寄存器(LCR)的D7位(DLAB)来进行区分，具体描述见表1所列，需要说明的是：只有当16C552的CS0或CS1为低电平时，串行通道才能被访问。
表1 I6C552的内部寄存器
DLABA2A1A0符 号寄 存 器LLLLRBR接收缓冲寄存器LLLHTHR发送保持寄存器LLLLIER中断允许寄存器XLHHIIR中断识别寄存器XLHLFCRFIFO控制寄存器XLHHLCR线路控制寄存器XHLLMCRMODE控制寄存器XHLHLSR线路状态寄存器XHHLMSRMODEM状态寄存器XHHHSCR高速缓存器寄存器HLLLDLL除数锁存器低位HLLHDLM除数锁存器高位
关于各寄存器内容的具体规定，限于篇幅，这里不作详述，有兴趣者可参看TI公司的相关产品资料介绍，但在串行通讯应用中，要重点搞清楚FCR、LCR、IER等几个寄存器的内容。此外，在实际应用中，有时可能会忽视MODEM控制寄存器中的D4位，该位为自测试循环回送状态控制位，利用它可以对串口的自测试进行控制，因此，在自测试进行完毕后，还应对该位进行复位，以保证系统的正常运行。
2 通讯系统硬件接口电路
本系统的硬件接口电路如图2所示。其中，地址译码电路可以根据实际需要采用不同的电路实现。为了使系统使用灵活方便，本方案中采用一片CPLD来进行系统的地址分配。复位电路可以利用专用复位芯片，也可用上拉电阻方式实现。外接晶振可以自行选择，然后根据晶振频率设置除数锁存器的高位和低位，从而获得通讯系统正确的波特率，本系统中使用的晶振是8MHz。此外，由于16C552A有两个串行通道和一个标准并行口，它们相互之间的.配合使用在硬件和软件上都要加以注意。建议将不用端口的片选接到高电平(16C552A的片选为低电平有效)，以免出现错误。
3 串行通讯软件设计
3.1 通讯协议
本设计的通讯协议包括以下几点：
(1)波特率为9600。
(2)通讯命令由2个字节构成：第一个字节是同步字节0XFF;第二个字节是命令码，主要用来指示各种控制命令。
(3)每个字节包括8位数据位和1位停止位，无校验。
(4)在通讯过程中，上位机向TMS320F243发送同步命令，TMS320F243接收到后立即应答，若应答错误则重发。
(5)通讯程序向TMS320F243发送控制命令时，TMS320F243返回接收正确应答信号;通讯程序向TMS320F243查询系统参数命令时，TMS320F243按照规定格式返回所需数据。
PC机和TMS320F243均采用异步通讯方式，PC机采用事件驱动方式来接收数据，TMS320F243采用中断方式接收数据，而用查询方式发送数据。
3.2 上下位机通讯软件设计
在PC机上编写串行通讯程序至少有三种方法，分别为汇编语言、C语言和Visual系列通讯控件(MSComm)。相比较而言，Visual系列通讯控件能够用少量的代码轻松高效地完成编程任务。实际应用中，可用以Visual Basic(简称VB)6.0中的通讯控件MSComm为基础编写PC机的串行通讯程序，而用汇编语言编写下位机(F243)软件。上、下位机的串口程序流程分别如图3和图4所示。 16C552的初始化程序如下：
;THE 16C552 INITIALIZATION PROGRAM
C552_INIT:
LDP #00h
SPLK #83h,GSR0
OUT GSR0,0E003h ;设置LCR
SPLK #34h,GSR0
OUT GSR0,0E000h ;设置DLL
SPLK #00h,GSR0
OUT GSR0,0E001h ?; 设置DLM
SPLK #03h,GSR0
OUT GSR0,0E003h ?; 设置LCR
SPLK #08h,GSR0
OUT GSR0,0E004h ?; 设置MCR
SPLK #01h,GSR0
OUT GSR0,0E002h ?; 设置FCR
SPLK #01h,GSR0
OUT GSR0,0E001h ? ;设置IER
RET
图4
4 结束语
国产芯片探路通信计算一体化 篇3
众所周知，智能移动终端市场是一个潜力巨大的市场，预计中国仅平板电脑今年出货量将超过2500万台。然而，苹果、三星等巨头把持了高端市场，也拿走了绝大部分市场的利润，进而把众多国产芯片厂商挤到了低端市场。
“目前，国产芯片厂商在移动市场还无法和苹果、三星以及高通等国际巨头直接竞争，但只要立足国内市场，做好自己的产品和服务，我们还是可以迅速做大的。”新岸线总经理俞伟博士在日前举行 的新岸线新品发布会上表示，对于新岸线而言，其市场战略是在技术上走计算和通信一体化，在应用上走行业化、定制化的道路。
新岸线是一批留美专家于2004年创建的一家致力于芯片设计和生产的高科技公司。目前其主要产品包括低功耗的双核移动计算芯片NuSmart系列、支持GSM和 WCDMA的双模通讯基带芯片Telink7619，以及无线局域网（Wi-Fi）芯片NL6621和配套的数字射频芯片NR6802/6803/6806等。
俞伟博士解释说，目前，通信芯片技术掌握在高通、德州仪器等少数几个国际巨头手中，它们走的正是计算通信一体化路线。如果国产芯片厂商还只是固守在计算芯片，将来的生存空间将受到极大的挤压。而另一个重要原因在于新岸线此前在相关技术上有多年的技术积累。
俞伟说：“新岸线目前在通用计算、通信、超高速无线局域网、数字射频四个方面都掌握了不少核心技术，并围绕这四个领域形成了我们自己的核心竞争力。”
据悉，目前新岸线的计算通信一体化的芯片已经通过合作伙伴的产品走向了市场。在发布会上，新岸线展示了多款搭载新岸线的芯片的移动终端产品，其中包括一款超薄的7英寸全功能3G平板电脑，厚度仅有8.6毫米。该平板电脑带有其新推出的3G模块MU600，这是基于新岸线通信计算一体化平台的第一款产品。
单芯片无线电通信 篇4
一、无线计算机数据传输通信系统的设计
无线通信系统是低速的通信系统, 通信速率为10kbit/s。此系统主要是用来阻止通信系统范围内所产生的同频干扰的, 此系统主要采用的是多通信信贷系统的设计。在无线计算机数据通信系统运行中, 为了防止通信范围内产生的同频对无线通信系统设备产生干扰, 在协议中针对通信的频率具有明确的规定。比如, 无线点管理机构做使用的通信频率必须使通过无线发射器的设备使用通过协议的认可, 但是管理部门针对不同的需求是具有不同的频带许可的, 频带一般包括科研、医用 (ISM) 以及工业等频带。无线计算机通信系统采用的频率范围为用27MHz, 属于国际上可以通用的医用频段, 根据我国的《微功率无线电设备的管理规定》判断, 无线计算机数据通信系统属于规定内的C类系统设备, 频率的范围一般在26.950-27.280MHz, 除此之外, 医用的频段在整个系统中的设计是比较简单的, 被广泛的应用于大多数的计算机设备系统之中。同时医用频段在设计上人存在不足之处: (1) 在医用频段设备上, 天线的设计具有一定的困难性, 如果从理论上讲的话, 天线的长度控制在占据通信载波1/4时可以获得最佳的效果, 但是无线计算机通信系统的频率范围仅为27MHz, 相当于波长11米左右, 因此, 天线的长度需要达到2.9米长才能够与之相对应, 但是天线的这种长度在常用的设计产品中是不允许被应用的, 因此, 无线通信系统数据传输的速率被限制。 (2) 无线计算机通信系统中的电波设备遇见金属的时候工作将会被阻碍, 无法进行正常的电波吸收, 并且穿透力也开始变差, 传输的信号大大的衰减, 如果将其置于金属面之上, 电波的传输工作将会迅速停止, 无法正常工作。 (3) 无线计算机通信系统数据传输的速率较低, 不适合应用于高速数据的传输。
二、无线计算机数据通信系统中芯片的设计
1. 关于USB接口层的设计。
无线计算机数据通信系统内芯片设计中, USB接口传输信号、电源主要通过的路径是一组由四条线组成的电缆, 电缆内的VBUS、GND的主要作用是为通信系统设备提供电源 (VBUS必须为+5V的电源) 。D+, D-是两根差分数据线。USBl.1主要供低速为1.5Mb/s以及全速为11Mb/s这两种数据传输速率的模式。
2. 计算机接口控制器芯片的设计。
本文中所涉及到的设计的接口控制器为USB接口控制器。主要是因为USB接口是近年来计算机系统设备内最标准的控制器, 目前所用的计算机设备中均有USB接口。从设计上看, 这种设备比较复杂。在USB以Windows操作系统出现的时候, 还未包含所有外围的设备驱动程序, 不过, 目前这问题已经得到解决, 导致越来越多的控制芯片, USB接口的设备逐渐成为外围设备的标准接口等。另外, 芯片已经应用在无线鼠标、无线键盘的系统之中, 为人们提供更加方便快捷的设备服务等。
3. 在无线计算机数据通信系统中, USB根据不同的
单芯片无线电通信 篇5
摘要：随着人类社会的发展与进步，人类对通信的依赖程度越来越高，无线通信以其不需铺设明线，使用便捷等特点，在现代通信领域占据重要地位。目前国内微机网络多为有线通信方式，有线通信的优点是数据传输可靠性较高，但需要铺设较多明线，而有些领域由于条件所限，难以铺设线路，这时就需要无线通信来解决问题。为此，本文介绍了单片无线收发一体芯片nRF401在无线传输中的应用。
关键词：频移键控FSK RKE 曼彻斯特编码
0 引言
无线通信技术满足了用户对在不同移动状态下获取网络信息的强烈需求，也符合当今社会人员流动性大、工作生活节奏紧张的发展趋势；另一方面，无线通信技术具有网络部署迅速便捷的特点，对于缺乏线缆资源的新兴运营商来说，无线通信技术是成功部署通信网络，迅速为用户提供语音和数据服务的最佳手段。选择无线收发芯片时应考虑需要以下几点因素：功耗、发射功率、接收灵敏度、收发芯片所需的外围元件数量、芯片成本、数据传输是否需要进行曼彻斯特编码等。作为新的无线标准，蓝牙(BluetoothTM)让更多用户认识了无线通信。在无需许可的频段，称作ISM频段内的通信集成电路的需求快速增加，挪威Nordic VLSI ASA公司针对这一新兴市场提供一系列收发机和发射机，满足不同无线应用的需要。
1 nRF 401的特点
nRF401是Nordic公司研制的单片UHF无线收发芯片，工作在433MHz ISM（Industrial, Scientific and Medical）频段。在接收模式中，nRF401被配置成传统的外差式接收机，所接收的射频调制的数字信号被低噪声效大器放大，经混频器变换成中频，放大、滤波后进入解调器，解调后变换成数字信号输出（DOUT端）。在发射模式中，数字信号经DIN端输入，经锁相环和压控振荡器处理后进入到发射功率放大器射频输出。由于采用了晶体振荡和PLL合成技木，频率稳定性极好；采用FSK调制和解调，抗干扰能力强。nRF401无线收发芯片所需外围元件较少，并可直接接单片机串口。nRF 401芯片主要有以下特点：①FSK调制，抗干扰能力强，特别适合工业控制场合。②采用PLL频率合成技术，频率稳定性极好。③灵敏度高，达到-105dBm（nRF401）。④功耗小，接收状态250uA，待机状态仅为8uA（nRF401）。⑤最大发射功率达+10dBm。⑥具有多个频道，可方便地切换工作频率⑦由于采用了低发射功率、高接收灵敏度的设计，使用无需申请许可证，开阔地的使用距离最远可达1000米。
2 nRF 401内部结构
nRF 401的内部结构如图1所示，nRF401芯片内包含有发射功率放大器（PA）、低噪声接收放大器（LNA）、晶体振荡器（OSC）、锁相环（PLL）、压控振荡器（VCO）、混频器（MIXFR）、解调器（DEM）等电路。
3 芯片典型应用
nRF401无线收发芯片性能领先业界，其显著特点是外围元件较少(约10个)，在设计上充分考虑了用户编程和使用的方便，例如nRF401可以直接接单片机串口发送接收数据，而无需对数据进行曼彻斯特编码，其他的单片RF收发芯片一般都需要对数据进行曼彻斯特编码后才能发送，采用曼彻斯特编码不仅增加了编程的复杂性，而且传输效率低，实际速率仅为标称的一半，不能满足实时传输的需要。而nRF401系列独特的技术可以直接传送单片机串口数据，目前还没有其他厂商能做到这一点。nRF401是目前外接元件最少的单片RF收发芯片之一，采用易于获得的4MHz晶振，通过频率合成器合成433MHz的工作频率，大大降低了成本，增加了使用的灵活性，而其他产品大多需要外接昂贵的变容二极管或表面波振子(见图一)。
以上是nRF401的典型应用原理图，可直接用于232串口异步传输。图中可以看到，外围元件很少，包括一个基准晶体及几个无源器件，没有调试部件，这给研制及生产带来了极大的方便。图中L1电感需要用高Q高精度的贴片绕线高频电感（Q>45），晶体X1需要用高稳定晶体，电容元件应选用高稳定贴片元件如NPO高稳定电容，以确保性能。
4 nRF401在无线双向防盗系统中的应用
单芯片无线电通信 篇6
单芯片XWAY WAVE100系列集成了无线局域网基带、媒体访问控制 (MAC) 、射频、低噪放大器 (LNA) 和功率放大器 (PA) 等功能。基于XWAY WAVE100系列的系统所需外围元件数量达到业界最低，并且无需外部存储器。这使得其RBOM价格相对于当前市场上现有的解决方案而言减少25%左右，同时可节省高达70%的电路板空间。
“通过推出全新的XWAYWAVE100系列，英飞凌以传统802.11b/g系统的价格，提供比传统设备速率提高四倍的WLAN 802.11n 1x1系统，从而满足客户对高速无线上网的需求。”英飞凌客户端设备事业部的全球市场总监刘昌旭说，“通过将系统级的专业知识与芯片设计专业技术有机结合，我们着重进行产品创新，降低客户的总体系统制造成本。”
单芯片无线电通信 篇7
1 无线传输的优势
通常,数据信息发送有有线传输和无线传输之分。之前的数据传输通常是采用电缆等导线的形式。这种方式有许多不足之处,并且随着人们要求的提高而变得更加明显。第一,有线连接需要特殊的电路设计和电路连接,该结构相对复杂;第二是容易引入干扰,尤其是抗恶劣电磁干扰;第三有线长距离传送,信号衰减非常明显。随着芯片技术和无线射频技术的快速发展与突破,人们对无线通信日益普及。无线通信成为最有潜力的实现不同设备之间的
2 无线通信系统总体组成
就系统总体组成而言,其硬件核心由RF射频模块和微控制器组成,微控制器负责数据处理,射频模块负责传输。在本无线通信系统中,经过分析,选用无线通信组芯片nRF905和单片机AT89S52的组合。在实践的电路里,nRF905的收发器功能实际上是由PTR8000无线通信模块实现。研究表明,硬件性能可靠,抗干扰能力强,适用广泛,上述组合是理想的通用无线通信的组合。
2.1 AT89S52单片机
AT89S52单片机是由Atmel公司研发生产,能和80C51产品指令和引脚兼容,包含8位CPU和可编程Flash,是一种高性能低功耗的微控制器,广泛用于工业、医疗等领域,能为相关系统提供高灵活、超有效的稳定的解决方案。
2.2 无线收发系统选用基于nRF905的PTR8000无线通信模块
nRF905是挪威Nordic公司出品的无线数传芯片,采用VLSI ShockBurst技术,非常适合于低功耗、低成本的工控设计。而PTR8000则是镶嵌nRF905芯片的高性能无线收发模块。该模块结构小巧,性能稳定,自带天线,抗干扰强,传输距离远。
3 无线通信系统的具体电路构成
系统信息处理单元AT89S52作为无线系统的“总管家”,负责整个系统的协调与处理,是整个体系的枢纽。
AT89S52具有以下标准功能:8k字节Flash,256字节RAM,32位I/O口线,看门狗定时器,2个数据指针,三个16位定时器/计数器,一个6向量2级中断结构,全双工串行口,片内晶振及时钟电路。另外,AT89S52可降至0Hz静态逻辑操作,支持2种软件可选择节电模式:空闲模式下,CPU停止工作,允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作;掉电保护方式下,RAM内容被保存,振荡器被冻结,单片机一切工作停止,直到下一个中断或硬件复位为止。
NRF905无线收发芯片是无线通信模块PTR8000的主内嵌芯片,PTR8000专为点对多点无线通信设计,内置数据协议和CRC检错,无乱码输出,载波检测输出,点对多点通信硬件控制,是负责无线信息收发组件的不二之选。PTR8000作为集成nRF905芯片的无线通信模块,其产品性能优良,被选作无线系统中负责无线收发之用,其管脚描述如表1。
基于nRF905的PRT8000与单片机连接应用如图1所示。
总而言之,就目前无线系统的应用而言,无线已经深入到了方方面面。许多电器产品(如一些家用电器)的操作控制也都采用了无线数据传输方式,而通过采用单片机进行无线数据的识别与编译,可以在规模可控的前提下实现诸多复杂功能,这使得以无线为载体,单片机作为中枢的各类无线传输系统变得“八面玲珑”、备受设计者追捧,其未来的使用前景不可估量。
参考文献
[1]汤文.基于无线通信的数据采集系统的设计[D].北京:北京交通大学,2009.
[2]杨志军.浅谈无线局域网的优势和标准[J].网络科技时代,2002(01).
[3]蔡子裕.基于ARM嵌入式无线点菜系统终端的研究与设计[D].长沙:中南大学,2008.
高通:芯片对无线应用的重新定义 篇8
在全球3G市场和智能终端市场快速增长的推动下, 高通作为全球最大的无线芯片供应商, 日均芯片出货量已超过百万片。2010财年, 高通芯片支持的移动终端款型达到745款。其中, 集成高处理性能、低功耗和广泛无线连接能力的旗舰平台Snapdragon获得了合作伙伴的极大认可, 目前已有125款智能终端产品采用高通Snapdragon芯片, 而更有250款基于Snapdragon的终端正在设计中, 其中包括40余款平板电脑。可以看出, 高集成度的芯片因其独特的成本以及设计优势正在受到越来越多终端企业的青睐。
围绕芯片技术和应用上的发展策略与创新想法, 高通公司高级副总裁兼大中华区总裁王翔与我们分享了高通在无线通信技术上的创新和未来应用构想。
芯片技术新走向
《通信世界周刊》:在移动微博等移动互联网应用的带动下, Android终端、iPhone等智能手机迅速普及, 平板电脑也成为3G/Wi-Fi的主要终端之一, 加上LTE的全球起步, 高通作为芯片企业, 在近两三年内对芯片产品的功能、工艺、技术创新、应用方向作出了什么样的规划?
王翔:的确, 我们认为移动互联网与智能终端及3G/LTE的发展互为依托, 相辅相成。智能终端和移动互联网的发展速度都远远超过传统终端和固定互联网, 在移动领域, 语音业务增速低于数据业务增速也是一个重要的趋势。
在高通看来, 如果要满足人们对流畅的用户体验和随时随地接入网络的需求, 终端产品必须要有高处理性能、高移动性和低功耗的芯片技术作为支撑。对此, 高通在行业中率先推出了许多革命性的芯片产品, 包括全球首款HSPA芯片、3G/LTE多模芯片、全球首款1GHz移动单核芯片Snapdragon等。我们在Snapdragon产品线上, 还推出了全球首款1.4GHz移动单核芯片、全球首款1.5GHz移动异步双核芯片, 以及基于全新微架构的全新单核、双核、四核芯片组, 单核速度最高达2.5GHz。
值得一提的是, 高通公司在今年2月发布了用于Snapdragon系列的下一代移动处理器架构Krait, 它将在行业内重新定义产品的性能——这款产品的每个内核最高运行速度可达2.5GHz;较当前基于ARM的CPU内核, 全面性能提高150%, 并将功耗降低65%。这一系列芯片组基于28nm工艺, 覆盖单核、双核及四核版本, 包括具有最高达四个3D内核的新Adreno GPU系列, 并集成多模LTE调制解调器。这其中, 基于28nm工艺的双核MSM8960芯片组将如期于今年6月出样。
从操作系统角度, 全面支持各种主流操作系统是高通的主要战略, 包括Android、黑莓、Chrome、惠普webOS、Windows Phone及Windows新一代版本等。目前Snapdragon是业界惟一支持所有层次Android终端的芯片, 同时也是WP7及其新版本的惟一选择。
在LTE方面, 高通在技术演进、芯片产品阵容和商用化进程方面依然保持业界领先地位。在近日举行的2011年LTE全球峰会上, 高通MDM9x00系列芯片获得2011年LTE技术大奖——最佳芯片组/处理器产品。这是业界首个3G/LTE多模单芯片解决方案, 同时支持Category 3 LTE中的FDD和TDD模式, 该系列芯片可以使运营商在保留对其现有3G网络后向兼容能力的同时, 无缝升级到未来的LTE服务。
在LTE商用化方面, MDM9600处理器已经用于Verizon Wireless等运营商推出的LTE/EV-DO多模数据卡和智能终端。
而最近, 工信部也正式下达文件, 高通芯片正式通过“2×2”测试, 进入TD-LTE七城市规模技术试验。
值得期待的是, 我们即将在6月份出样的MSM8960将是全球首款集成多模3G/LTE调制解调器的双核解决方案, 向后兼容所有主要3G标准。
中国已是高通最大市场
《通信世界周刊》:中国的移动终端市场已经是全球的焦点, 除了给高通等芯片巨头带来了广阔发展空间, 也同时刺激了更多芯片企业的竞争和崛起。在中国市场, 高通依然有绝对的市场影响力, 在目前的智能终端快速发展的局面下, 高通如何布局中国市场?是否有与中国企业合作的计划?
王翔:中国的移动终端市场包括智能手机市场, 确实已经成为全球的重要焦点。
这其中包含“中国市场和中国企业”两个层面, 第一, 中国拥有全球最多的移动用户, 其中3G用户也已突破6700万, 尤其值得注意的是, 三家运营商4月新增3G用户已经超过新增移动用户的一半。我们认为, 智能终端与3G的发展以及用户对于数据业务的需求相辅相成, 以中国电信为例, 据媒体报道, 今年14月中国电信天翼3G手机销量超过1800万部, 其中智能手机销量占比超过50%。而中国联通最近推出HSPA+商用服务及相应的数据卡, 也在推动3G演进方面起到了表率作用。
同时, 中国的终端制造企业日渐崛起, 成为国内外市场一股不可或缺的力量。工信部的统计显示, 今年14月份, 中国企业手机出口175亿美元, 同比增长42.4%, 高于电子行业出口平均值20多个百分点。以产品举例, 今年MWC期间华为发布了Ideos X3智能手机、Ideos S7 Slim平板电脑和Smart Pro无线上网卡, 得到了业界的一致好评, 此外华为C8500还取得了上市百天零售破百万的骄人成绩;中兴通讯推出了Light Tab平板电脑以及在全球取得良好销量的Blade V880, 日前联通也宣布将采购超百万部Blade V880;联想也正积极进军“移动互联网”, 乐Phone和平板电脑乐Pad让消费者刮目相看。上述终端均采用高通公司芯片。
我们的国内企业也加入到了移动通信这一伟大的创新浪潮之中。2010财年, 高通在中国区新增了14家合作伙伴, 总数增至65家, 中国市场已经成为高通全球最大的市场之一。企业合作方面, 我们不但与华为、中兴等大企业合作, 也加强了对中小型企业、有创造力新兴企业的支持力度。
移动技术与计算、娱乐加速融合
《通信世界周刊》:在您看来, 目前流行的智能终端, 发展到LTE时代会以什么类型终端为主?未来的移动互联终端将如何完美地支持语音、数据业务 (以及其他未来业务) ?对此, 芯片需要结合哪些新技术来支持新终端趋势?
王翔:LTE及LTE增强版作为3G技术的补充, 其大范围铺开仍需时日, 而3G及3G演进技术仍将在相当长一段时间内主导运营商网络建设。但无论怎样, 移动与计算、娱乐的融合将是未来终端发展的必然趋势。
为了满足上述发展趋势, 高通进一步提升了芯片处理性能, 从1GHz到1.2GHz、1.5GHz、2.5GHz, 从单核到双核、四核, 除此之外, Snapdragon还具有强大的图形处理性能、广泛的3G无线连接能力, 同时更重要的是具有极低的功耗。具体到设计角度, 高通芯片的特点在于高集成度、多模、跨操作系统以及高处理能力和多媒体性能并具。
仍然以3G/LTE多模双核MSM8960芯片组为例, 其包含两个异步CPU内核, 每个内核皆可独立调控以发挥最大效率, 同时还支持双通道LP DDR内存, 且具有Adreno 225图形处理器, 其性能是原有Adreno处理器的8倍。
从计算、娱乐角度, 我们发现超过60%的智能手机用户经常在移动终端上玩游戏。高通公司为此推出了Snapdragon Game Pack优化计划, 该计划初期包含100多个针对基于Snapdragon平台的移动终端进行优化和增强的移动游戏。未来Snapdragon Game Pack将涵盖的游戏产品将继续增加。借此游戏开发商可以利用Snapdragon移动处理器内嵌的Adreno GPU的先进图形处理能力为移动用户带来了更佳的游戏体验。
《通信世界周刊》:据悉高通近期推出了“扩增实境”这一全新无线技术, 这一技术将主要用于哪些行业、哪些业务上?将起到什么样的作用?
王翔:前段时间, 高通公司与NBA达拉斯小牛队合作了一个关于扩增实境的有趣的应用项目。小牛队的球迷只要将其运行《Mavs AR》应用的智能手机对准季后赛的球票, 就可以在手中畅玩虚拟的篮球比赛。这源于高通公司与Big PlayAR公司以及达拉斯小牛队的一个合作, 我们三家联合推出了基于高通公司扩增实境平台的首款商用应用《Mavs AR》。
通过这一个对Android智能手机的商用版扩增实境平台, 开发者可以创建、推广其基于高通公司AR平台的应用并进行商业分发。基于该平台的应用可运行在所有采用Android 2.1或更高版本的Android智能手机上, 而高通公司Snapdragon芯片组也将在扩增实境领域发挥极为重要的作用, Snapdragon可提供强大的处理速度, 实现高强度的计算和优化处理, 充分展现扩增实境应用的魅力和潜力。
除了游戏, 扩增实境的应用还有很多用武之地, 新媒体、营销、信息指南和社交网络等都会成为扩增实境的应用领域。调研机构ARCchart最新报告显示, 2015年手机扩增实境应用程序收入将达到22亿美元。
不同于目前常见的基于罗盘/GPS的扩增实境技术, 高通开发的基于视觉的扩增实境技术, 通过处理摄像头所抓取的数据来辨识用户所指向的物体。该系统能够追踪目标图像, 并对其进行逐帧分析, 以确定照相机的相对方位, 而这些信息则使物体得到三维渲染, 从而大大增强了用户体验。
深度布局Wi-Fi
《通信世界周刊》:电信行业目前大力发展Wi-F已是业界共识, 高通不久前以31亿美元收购了Wi-Fi芯片厂商Atheros, 此次交易更大的意义在于什么?
王翔:此次收购不仅能使高通公司扩大现有业务, 也将支持我们向一系列相关领域拓展, 包括家用、企业和运营商网络。此举也将促使高通在未来成为网络、计算和消费电子行业的主导力量, 以支持终端客户拓展超越手机和平板电脑领域的新的商业机会。
目前WLAN产品的设计及研发速度十分迅猛。而高通Atheros公司也已经于近日宣布推出了一些新产品, 包括业界首款三频Wi-Fi芯片组AR9004TB, 以及旨在与高通公司28nm Snapdragon移动处理器配合使用的高集成度解决方案的全新的WCN3660。
在“芯片助力无线创新”这一话题上, 不得不提到的一个名字就是高通。围绕芯片技术和应用上的发展策略与创新思路, 高通公司高级副总裁兼大中华区总裁王翔与我们分享了高通在无线通信技术上的创新和未来应用构想。
数字:60%
无线传感器网络收发机芯片的设计 篇9
无线传感器网络是融合多种现代化科技如传感器技术、无线通信技术、嵌入式计算技术等于一体的一项前沿科技, 目前在国际上受到广泛的关注与研究。该技术可以利用高度集成化的微型传感器之间的相互配合采集环境信息、实现对监测对象的实时监测。同时能利用嵌入式部分处理所采集的信息, 然后将处理后的信息通过自组织通信网络传输至客户端。无线传感器网络进行工作时能够长时间的处于无人看守的情况下, 随着人工智能化水平的不断提高, 该技术应用前景看好。传感器网络的目标主要是面向应用, 其建立工作涉及面宽, 是较为复杂的系统化工程。从学科角度讲, 主要包括物理和链路层、网络层及数据处理和管理层。按照应用方面的需求, 节点体积、质量应足够小以悬浮在空中完成信息采集, 这就使供给系统能量的电源形式就受到了限制。尤其是在对象所处环境较差时, 自然能源的可靠度会大大降低。收发机是无线传感器网络中产生最大功耗的节点, 而功率消耗在很大程度上限制了该技术的推广应用。显然, 在进行节点设计时应当满足低功耗的需求。
2 无线传感器网络收发机功耗研究
2.1 网络级功耗研究
无线传感器网络从标准参考模型的角度来说, 能耗主要发生在物理层及数据链路层, 其中物理层的主要任务是数据收发、信道选择及收发机的激活及休眠等, 数据链路层主要负责冲突检测、功率控制及功耗管理等。为使其生命周期达到最大化, 应当在允许的通信带宽的条件下, 使通信速率尽量提升以降低系统功率消耗同时使数据传送的内容更加丰富。此外, 需要合理的功率控制及功耗管理策略使无线传感器网络所产生的整体功耗在完成对hop的通信距离及唤醒周期间的折中后实现最优化。
2.2 无线收发机的能量效率
在香农理论的基础上, 假设加性白高斯噪声信道成立, 香农信道容量理论以单位比特信噪比和频谱利用率两者间关系为基础界定了无线通信网络的性能极限。输入信号的功率增加时, 高斯信道容量随之呈指数形式增加, 不过因为SNR及带宽间的依赖作用, 信道容量与带宽并不成线性关系。当信号功率及带宽一定时, 如果信道带宽向无穷大值趋近, 则信道容量不断向某定值趋近。与每单位比特消耗的能量结合, 就可得出理论最小比特信噪比约为-1.6d B。也就是说如果某系统的噪声、信号功率相比, 前者小于后者的1.6d B, 不产生误差的通信在理论上就能够实现。
由于无线收发机系统产生的最小能耗与发生损耗的路径有关, 因此只进行各系统所产生的能量比较并不合理。而能量效率则能较为准确的反映系统的性能, 收发机系统的能量效率为:
式中三项的取值范围均为小于1的正数。其中第一项代表系统整体能量转化到发射机能量的比值, 第二项为接收机噪声系数对链路预算的恶化程度, 第三项则代表因系统使用调制解调机制所产生的比特信噪比的非理性程度。整个系统的能量效率与调制方式、编码方式和链路裕量紧密相关, 这为低功耗无线收发机的设计提供了理论基础和思路。
3 收发机系统架构
IEEE802.15.4协议在物理层定义了868MHz、915MHz及2450MHz三个频段。其中仅有2450MHz为面向世界的通用频段, 其信道宽度及间隔分别为2MHz、5MHz。为扩大协议的共存能力, 规定其发射功率小于10d Bm, 典型功率值是0d Bm。发射机的频谱罩要求在频率超过3.5MHz时, 信号的绝对强度应不大于-30d Bm, 相对抑制不小于20d B。此外, 要求收发间的切换时间需不大于192 。接收机的频率规范可以协议中获取, 较为重要的系统指标为发射功率在-3d Bm至10d Bm之间, 接收机灵敏度为-85d Bm, 邻道隔道抑制比分别为0d B、30d B, 数据速率为250kbps。信号特征为调制信号在频率为零时对直流信号约有40d B的抑制, 信号的大部分能量均集中的主瓣内。基于IEEE802.15.4协议及实现低功耗的设计需求提出接收机的系统架构。接收机的系统架构由超外差、零中频、低中频及数字中频组成。其中超外差有较高的选择性、灵敏度好, 缺点为高功耗、高成本;零中频的特点为成本及功耗较低且支持优化的解调方式, 缺点为直流失调且受到闪烁噪声的干扰;低中频具有高集成度、成本及功耗较低且不受闪烁噪声干扰的优点, 不过需镜像抑制及高AD采样功耗;数字中频具有较强的可编程性, 不过由于采样率高、高精度AD等造成集成困难。发射机的系统架构由直接变换和直接调制组成, 前者具有结构简单、集成容易的优点, 但是需要注入牵引及锁定;而后者功耗及成本较低, 然而设计过程复杂、风险性较高。由上述分析可知, 接收机架构中的零中频及低中频结构更具有竞争力, 而在发射机架构中, 直接调制发送机在功耗上具有明显的优势。
4 结语
在对无线传感网络的发展现状进行分析的基础上, 结合香农理论给出了收发机系统的能量效率, 为收发机的设计提供理论基础。收发系统的架构为后续的电路设计提供了思路, 具有一定的参考价值。同时该架构实现了低功耗的设计需求, 拓展了无线传感器网络的进一步应用。
摘要：无线收发机是传感器网络中产生最大功耗的节点, 而功率消耗在很大程度上限制了无线传感器网络的大规模应用。为在收发机之间达到良好的功耗分配, 在对网络级功耗进行研究的基础上, 分析了影响无线收发机能效的关键因素。然后结合基于IEEE802.15.4协议及实现低功耗的设计需求, 提出了接收机的系统架构, 为以后进行电路设计提供重要的参考价值。
关键词：无线传感器网络,收发机,低功耗
参考文献
[1]李燕.浅谈自组织无线网络技术[J].甘肃科技, 2005 (10) .
单芯片无线电通信 篇10
目前,在丘陵山区农田耕作中,机耕船是普遍使用的农业机械,但其耕作过程中操作者需下田操作且劳动强度很大。因而,常有学者称 “机耕船解放了牛,累死了人”。
机耕船亦称船式拖拉机,是我国独创的一种水田动力机械,通常由柴油机、船体、耕作机具3大部分组成,它适用于平原、湖区、丘陵、山区等各种不同类型的水田和沿海地区的滩涂田机耕作业,尤其是在拖拉机无法作业的深泥脚田可以很好地进行工作。
近年来,在丘陵山区,农机推广部门引进机耕船用于水田耕作,取得了一定的宣传效果;但在实际运用中,由于常用机耕船为乘坐式,质量大,转移难,不适应于丘陵梯田、小块田的耕作需要。
随着现代农业的不断发展,人们对农业机械自动化的需求越来越强,研制一种可以替代机耕船用于丘陵地区水田耕作的机械无疑是一个重要而又紧迫的课题。
在这种背景下,笔者参与设计了一种遥控机耕船。它采用6.3kW的柴油机:后置可拆卸(田间转移方便)旋耕刀组,可装拆扶手(扶手由于田间转移操作);整机质量控制在100kg,经测试可适应于丘陵山区梯田的耕作需要。
在小型遥控机耕船的设计中,灵敏可靠的无线通信是关键技术之一。为此,本文基于PC2132单片机和nRF905芯片,设计了一种无线传输系统,并进行了测试。
1 遥控机耕船的方案及工作原理
在遥控机耕船的设计中,LPC2132是整机控制MCU,nRF905是无线传输芯片。遥控机耕船控制系统如图1所示。
安置在机耕船体上的传感器采集机耕船的位置、速度、工作状态等信号传递给MCU,MCU通过通讯模块与人实现机器控制信号的交互。
2 无线通讯系统的硬件设计
2.1 芯片介绍
nRF905单片无线收发器工作于433/868/915MHz3个ISM(工业、科学和医学)频道,频道之间的转换时间小于650μs;工作电压为1.9～3.6V,32引脚QFN封装;自动产生前导码和CRC校验码,可以很容易通过SPI接口进行编程配置;外围器件连接简单,无需外部SAW滤波器[1]。无线通信系统,由两个终端组成:终端1和终端2。nRF905有两种工作模式和两种节能模式。两种工作模式分别是ShockBurstTM发送模式和ShockBurst RM接收模式,两种节能模式分别是掉电模式和STANDBY模式。nRF905的工作模式由TRX_CE,TX_EN,PWR_UP3个引脚的设置来决定,引脚功能如表1所示。
2.2 通讯子系统方案设计
为了实现通讯数据测试的可见行,本设计及实验中采用如图2所示的无线通讯系统。它由两个终端构成,终端内部之间的数据的传输通过串口来实现。发送端通过PC机(手持仪)串口给MCU(ARM7- LPC2132单片机)发送数据,然后MCU通过nRF905 把数据发送出去;接收终端通过nRF905接收数据,然后通过MCU把接收到的数据通过串口传给接收端PC机(手持仪)。
3 无线系统的软硬件设计
3.1 系统的硬件设计
此系统主要由接收终端及发送终端组成,各部分主要由主芯片、液晶显示系统和RS232串口等各功能模块组成。射频收发器为Nordic VLSI公司的nRF905,工作电压为1.9～3.6V。nRF905由频率合成器、接收解调器、功率放大器和晶体振荡器组成,不需外加声表滤波器;高抗GFSK调制,数据速率为50kps,独特的载波监测输出、地址匹配输出和数据就绪输出ShockBurstTM的工作模式;自动处理字头和CRC,使用SPI接口微控制器通信,配置非常方便。此外,其功耗非常低。nRF905提供CD检测端,CD端可以指示载波检测,当空间有同频载波时,通知主控单片机暂时停发数据,因而避免信号的空中冲突[2]。
nRF905的硬件连接图如图3所示。
3.2 系统的软件设计
软件设计主要是由ARM7-LPC2132单片机的I/O口设置以及程序的调试为主,调试使用的软件是Ads1.2 。
LPC2132对nRF905的控制首先要对内部配置寄存器进行正确的设置。在此次程序设计中选择nRF905的工作频段为433MHz,输出功率为+10dBm,正常工作模式,不重发数据包,发送和接收地址为4个字节,发送和接收的有效数据位宽度为32个字节。nRF905的晶体振荡频率为16MHz,CRC的校验位为8位。nRF905提供SPI口的读写指令,当CSN为低时,SPI接口开始等待1条指令,任意条新指令均由CSN由高到底的转换开始[3]。下面主要介绍nRF905的发送流程和接收流程。
3.2.1 发送流程
1)当微控制器有数据要发送时,先检测CD端口,如果没有载波出现,则通过SPI接口,按时序把接收机的地址和要发送的数据送传给nRF905。如果检测到CD载波信号,转到接收流程。
2)微控制器置高TRX_CE和TX_EN,激发nRF905的ShockBurstTM发送模式。
3)nRF905的ShockBurstTM发送:射频寄存器自动开启数据打包,发送数据包。当数据发送完成,数据准备好引脚被置高。
4)当TRX_CE被置低,nRF905发送过程完成,自动进入空闲模式。发送流程如图4所示。
ShockBurstTM工作模式保证,一旦发送数据的过程开始,发送过程都会被处理完。只有在前一个数据包被发送完毕,nRF905才能接受下一个发送数据包。
3.2.2 接收流程
1)当TRX_CE为高、TX_EN为低时,nRF905进入ShockBurstTM接收模式。
2)650μs后,nRF905不断监测,等待接收数据。
3)当nRF905检测到某一频段的载波时,载波引角置高。
4)当接收到一个相匹配的地址,地址匹配引脚被置高。
5)当一个正确的数据包接收完毕,nRF905自动移去字头、地址和CRC校验位,然后把数据准备好引脚置高。
6)微控制器把TRX_CE置低,nRF905进入空闲模式。所有控制器等待数据进入,SPI准备发送。
7)微控制器通过SPI口,而后把数据转移到微控制器内。
8)当所有的数据接收完毕,nRF905把数据准备引脚和地址匹配引脚置低。
9)nRF905此时可以进入ShockBurstTM接收模式,发送模式或关机模式[4]。接收流程如图5所示。
LPC2132的串口通讯程序设计,主要是设定传输的速率为4800bps,数据传输为8位数,1个停止位,无奇偶校验。根据相应的发送端和接收端来设定发送模块和接收模块使能。在PC机软件设计中,串口通信模块负责PC机与下位机之间的数据通信。
4 实验测试分析
在发送和接收时利用示波器和万用表对nRF905的相关引脚进行测量结果如表2和表3所示。
5 结论
本设计实现了基于LPC2132和nRF905的无线通信。本系统主要用于无线机耕船的控制,采用PCB板自带天线时,无线通信的距离可达80m,通过发送端发送数据,在接收端能正确接收数据并显示在PC机上或手持仪上的液晶上。如果使用阻抗匹配良好的外置天线,视距传输距离可达300m以上。实验表明,该系统充分说明了nRF905的性能良好,实时性好,实用性强。在此基础上还可以实现无线遥控遥测,无线抄表,工业数据采集,机器人控制等[5]。
参考文献
[1]周波.nRF905无线通讯模块在无线数据采集系统中的应用[J].工业控制计算机,2005,18(7):7-8.
[2]黄智伟.无线发射与接收电路设计[M].北京:北京航空航天大学出版社,2004.
[3]啐启忠,朱客辉,耿田车.射频收发器nRF905及其应用[EB/OL].[2011-03-31].21IC中国电子,2004.
[4]荚庆,王代华,张志杰.基于nRF905的无线数据传输系统[J].国外电子元器件,2008(1):29-31.