基于RF2.4 GHz的超低功耗無線數(shù)傳系統(tǒng)設計

作者：時間：2013-05-20 來源：網(wǎng)絡

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　　引言

　　目前，無線通信技術已經(jīng)成為一大熱點，而系統(tǒng)設計的微型化、低功耗成為發(fā)展的必然趨勢。在保證系統(tǒng)工作可靠性的前提下，如何實現(xiàn)系統(tǒng)低功耗是無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)亟待解決的一個主要問題。本文利用MSP430超低功耗單片機和2．4 GHz ISM頻段的射頻芯片EMl98810設計了一種低功耗的無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。該系統(tǒng)使用干電池供電，可廣泛應用于電池供電的自動化數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、無線遙控、無線鼠標、無線鍵盤、無線電子標簽、遙控玩具，以及水、氣、熱、電等居民計量表具無線遠傳自動抄表。

　　1 系統(tǒng)概述

　　目前在2．4 GHz頻段的集成射頻芯片有多種，性能各有差異，表1列出了幾種常用芯片的性能特點。

　　本系統(tǒng)采用MSP430F247單片機和EMC公司的EMl98810芯片進行設計。MSP430系列單片機是一個16位精簡指令集(RISC)微處理器。它具有豐富的尋址方式(7種源操作數(shù)尋址，4種目的操作數(shù)尋址)，簡潔的27條內(nèi)核指令以及大量的模擬指令；大量的寄存器以及片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器都可參加多種運算；具有高效的查表處理指令；有較高的處理速度，在8 MHz晶振驅動下指令周期為125 ns；中斷源較多，并且可以任意嵌套；當系統(tǒng)處于省電的備用狀態(tài)時，用中斷請求喚醒只用6μs。MSP430系列單片機的電源電壓采用1．8～3．6 V，其在1 MHz的時鐘條件下運行時，芯片的電流為200～400μA左右，時鐘關斷模式最低只有O．1 μA。

　　EMl98810芯片內(nèi)建2．4 GHz GFSK射頻收發(fā)器，帶有8位數(shù)據(jù)幀無線收發(fā)功能，前導區(qū)可以設置為1～8字節(jié)，支持1～4個字地址(最多可達64位)，最大數(shù)據(jù)傳輸速率為1 Mbps，允許長數(shù)據(jù)包傳送；頻率范圍為2 400～2 482 MHz(81信道)，傳輸距離100 m(PCB天線)，RF輸出功率2 dBm，接收靈敏度在-85 dBm以上，采用SPI數(shù)字編程接口，接口電壓為2．5～3．7 V。該芯片發(fā)射功率可數(shù)字編程調節(jié)，通過寄存器的設置很容易實現(xiàn)低功耗模式；內(nèi)建多種糾檢錯功能，采用各種有效載荷數(shù)據(jù)格式來消除直流漂移量；支持FEC的1／3、2／3糾檢錯功能和CRC16檢錯功能。內(nèi)部具有FIFO和DIRECT兩種工作模式：FIFO模式簡單易用，對MCU要求不高，發(fā)射和接收各有64字節(jié)的緩沖區(qū)，一次發(fā)送、接收可以最多處理64字節(jié)數(shù)據(jù)；DIRECT模式對MCU要求較高，需要MCU處理各種糾檢錯功能。

　　2 系統(tǒng)設計

　　2．1 系統(tǒng)硬件設計

　　圖1是MSP430F247單片機和EMl98810的連接示意圖，通過SPI總線與RF芯片相連。實際電路連接如圖2所示。