基于CC1101的無中心數(shù)字對講機設計

射頻模塊布線是整個系統(tǒng)PCB板設計的中核心。外圍器件最好選用體積小的貼片元件，濾波電容盡可能接近器件引腳布置，這樣濾波效果會更好。盡可能將數(shù)字電路遠離射頻電路，因為數(shù)字電路存在陡峭的上升下降沿，所以DSP和MCU都是射頻電路的巨大噪聲源。也可以考慮使用金屬屏蔽罩，雖然該辦法存在很多缺點，但仍然非常有效，而且在很多時候是隔離關鍵電路的唯一辦法。雖然CC1101的使用手冊給出了外圍器件的詳細參數(shù)，但實際應用中，很多時候阻抗匹配仍然需要重新測量計算，也要調(diào)整相應器件的參數(shù)。比如接地電容，由于PCB板存在分布電容，實際使用的電容要比推薦的略小一些。整個PCB板最好采用統(tǒng)一接地方式。雖然數(shù)字地會干擾射頻地和模擬地，但是若分開成3部分，最終總是有些高速信號線要穿過這些分開的接地點。
為了提高系統(tǒng)穩(wěn)定高質(zhì)量的能源和準確的脈沖信號。CC1101單獨使用了27 MHz的無源晶體振蕩器，MCU則采用8 MHz，DSP與AIC23B共同使用一個12 MHz晶體振蕩器，DSP再用軟件設置為144 MHz。此時，DSP需要的內(nèi)核電壓為1.35 V，外圍電壓為2．7～3．6 V，AIC23B需要1．5 V，其他器件工作在3.3 V。所以系統(tǒng)電源將采用5 V供電，然后用LDO穩(wěn)壓器，分別降成各個器件所需的電壓。

4 系統(tǒng)軟件設計
系統(tǒng)軟件設計包括MCU和DSP兩部分。MCU部分包括各硬件驅(qū)動程序和各硬件間的協(xié)調(diào)調(diào)度，以及通信協(xié)議程序；DSP的主體是語音處理算法的設計。這里主要討論MCU程序設計。
CC1101擁有卓越的數(shù)據(jù)包處理能力。發(fā)送時，只需簡單設置寄存器，當用戶往CC1101內(nèi)的TXFIFO寫入數(shù)據(jù)后，器件自動在數(shù)據(jù)包內(nèi)增加前導字節(jié)(長度可控)，同步信息，CRC16校驗，并根據(jù)寄存器設置將FIFO內(nèi)寫入的頭兩個字節(jié)數(shù)據(jù)標志為長度信息(此功能可選)和地址信息(可選)。接收狀態(tài)下，器件自動偵測前導碼，同步碼，地址信息和計算并比較CRC16。此外，CC1101還支持變長數(shù)據(jù)包格式和交織功能。這些原本需要復雜算法和巨大運算量和存儲空間的功能由硬件支持，MCU的編程難度大大降低，其負荷也大為減輕。
程序采用中斷程序+循環(huán)主程序的方式。將最緊急需要立即處理的事件，設置為高優(yōu)先級中斷，以便在多個中斷同時申請中斷時能夠優(yōu)先得到響應。中斷2～6分別是MCU與DSP和CC1101的數(shù)據(jù)收發(fā)及鍵盤信號監(jiān)測。由于MSP430的速度很快，其他事件的處理都放在主程序中，循環(huán)執(zhí)行。為了節(jié)省能量，若無外部信號要處理，主程序循環(huán)一段時間后，系統(tǒng)轉(zhuǎn)入低功耗模式中。MCU程序的開發(fā)環(huán)境為IAR Systems，采用匯編語言編寫。圖4為系統(tǒng)軟件設計流程。

5 CC1101編程要點
CC1101的寄存器眾多，包括狀態(tài)寄存器將近80個，若手動配置容易出錯，因此Chipcon公司提供了SmartRF Studio射頻仿真軟件。該軟件可根據(jù)程序員的需求(包括頻率，速率，調(diào)制方式，等)自動給出一組最佳的寄存器配置參數(shù)，若與TI公司的相關評估板聯(lián)用，還可以對射頻器件的PLL回路的晶體振蕩器選擇，頻道間隔，分頻，調(diào)制，數(shù)據(jù)格式，數(shù)據(jù)比率，RF射頻功率輸出進行仿真。用以評價RF PCB的層設計是否符合射頻設計規(guī)范。使無線電系統(tǒng)設計人員在沒計早期階段就能準確輕松評估RFIC，加快電子系統(tǒng)開發(fā)。但需要注意的是：CC1101器件處于idle狀態(tài)時才能對寄存器進行配置。CC1101的數(shù)據(jù)接口與控制接口復用。傳輸數(shù)據(jù)或命令主要依靠訪問不同寄存器進行區(qū)別，地址與命令／數(shù)據(jù)則是依靠時序區(qū)別。
CC1101有2個64字節(jié)FIFO，一個接收數(shù)據(jù)(RX FI-FO)，另一個發(fā)送數(shù)據(jù)(TX FIFO)。FIFO控制器能偵測RXFIFO是否上溢和TX FIFO是否下溢。但是寫FIFO時，MCU必須控制TX FIFO是否產(chǎn)生溢出；讀RX FIFO時，MCU也必須避免讀空值，這些錯誤CC1101都無法偵測到。

6 結(jié)束語
針對傳統(tǒng)模擬對講機僅單工通信和頻譜利用率不高的缺限，提出一種基于CC1101的無中心數(shù)字對講機設計方案，該設計方案可應用于搶險、救災、野外作業(yè)等缺乏基礎通信設施的環(huán)境。射頻模塊電路設計是方案中的重點，無論是儀器測得的參數(shù)還是反復實地測試都表明射頻部分的電源、接地和阻抗匹配不僅極大影響通信距離也密切關系通信質(zhì)量。由于未使用功率放大器和所用天線增益較低(2 dB)，該系統(tǒng)的實際通信距離與當今主流模擬對講機相比尚有差距，但該設計方案仍對對講機的數(shù)字化研究工作有一定參考價值。