基于nRF401的通用智能無線收發(fā)裝置設計

目前,在各種儀器儀表數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),遙控測控系統(tǒng)中都需要嵌入無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)?a class="contentlabel" href="http://m.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/裝置">裝置,本文介紹了一種通過單片機w77e58對無線收發(fā)芯片nrf401進行智能控制的通用無線收發(fā)裝置的設計方法,硬件電路的設計分為兩部分：無線射頻模塊的設計和控制模塊的設計。該裝置可以通過跳線的裝置選擇串口為rs232標準或ttl電平標準,通過w77e58控制可以實現(xiàn)雙信道的切換,并可實現(xiàn)數(shù)據(jù)流控。

1 無線射頻模塊的設計

在本設計中,無線射頻模塊采用挪威nordic公司推出的nrf401無線收發(fā)芯片。該芯片使用433mhz ism頻段,是真正的單片uhf無線收發(fā)一體芯片,他在一個20腳的芯片中包括了高頻發(fā)射、高頻接收、pll合成、fsk調制、fsk解調、多頻道切換等,是目前集成度最高的無線數(shù)傳產(chǎn)品[1]。無線射頻模塊采用在板差分環(huán)形天線,天線端口的負載阻抗為380ω,其電路原理見圖1,圖中列出了各外圍元件的參數(shù),其中j1口為無線射頻模塊與控制模塊的接口。

硬件電路的設計要點如下：

（1）射頻電路對于電源噪聲相當敏感,必須采用星形布線的方法使數(shù)字部分和rf部分有各自的電源線路,并且應在靠近集成電路電源引腳處分別去耦[2]。

（2）外接vco電感應選用高頻電感,q＞45,精度為2％,本設計采用深圳順百科技有限公司的lqw18an22ng00,電感的精度對無線通信的距離有較大的影響,也可使用精度為5％的,但通信距離會大大減小。vco電感連線應與其他控制線保持一定的距離,應避免數(shù)字控制線從電感引腳之間經(jīng)過,并且應該使vco電感元件的中心距離nrf401的vco1,vco2引腳焊盤的中心5.4mm左右,電感元件的選擇與布局很重要,是設計成敗的關鍵點。

（3）在電路板的正反兩面均使用大面積鋪銅作為接地面,使所有的器件容易去耦,兩面的鋪銅應使用多個過孔相連,所有對地線層的連接必須盡量短,接地過孔應放置在非?？拷暮副P處[2]。

（4）天線的設計使用pcb板的環(huán)形天線,尺寸為35mm×20mm,天線增益為－11db,天線阻抗為380ω,天線應位于pcb板的頂部,天線部分不要鋪銅,有關環(huán)形天線的設計可參考nordic公司的技術文檔nan440－03和nan400－05。

（5）如果pcb板的vco電感設計合理,當模塊處于接收狀態(tài)時,nrf401的第4管腳電壓為1.1±0.2v。

2 控制模塊的設計

控制模塊負責對無線射頻模塊狀態(tài)切換及信道切換的控制,選用華邦單片機w77e58,控制模塊的設計分為硬件電路的設計和軟件的設計兩部分。

2.1 硬件電路的設計

w77e58速度高,工作頻率可擴展到40mhz,使用與8051/52同樣的晶振運行時間比8052快2.5倍[3],且其片內自帶兩個uart串口,串口0用于與外部的串口設備通信,串口1用于與無線收發(fā)模塊通信,其中j6口為控制模塊與無線射頻模塊的接口,j2口為控制模塊與外部串口設備通信的接口,可以采用簡單的三線通信方式,也可以加上流控信號cts,通過ttl電平對reset管腳的控制可以實現(xiàn)對智能無線數(shù)傳模塊的復位。j2口與外部串口設備可以以rs232或ttl電平的形式進行通信,通信形式的選擇通過對接口j3、j4、j5的跳線設置,max232及外圍的電容元件均可采用貼片器件,以縮小pcb板空間。通過p2.5,p2.6,p2.7分別對無線射頻模塊的待機狀態(tài)與工作狀態(tài)的切換,收發(fā)狀態(tài)的切換、信道的切換進行控制。

2.2 軟件的設計

w77e58片內自帶有兩個串口,其中串口0可以使用定時器t1或定時器t2作為波特率發(fā)生器;串口1只能使用定時器t1作為其波特率發(fā)生器[4]。本設計中采用t2做為串口0的波特率發(fā)生器,采用t1做為串口1的波特率發(fā)生器,兩個串口均工作在串口模式1,波特率為9600b/s,串口0占用了第4號中斷,使用scon,sbuf做為其串口控制寄存器和串口數(shù)據(jù)緩沖器;串口1則占用了第7號中斷,scon1,sbuf1做為其串口控制寄存器和串口數(shù)據(jù)緩沖器。對串口的初始化函數(shù)為init_serialport(),函數(shù)定義如下：