基于STM8及UHF RF收發(fā)器SX1231的無線射頻收發(fā)系統(tǒng)設計

SX123節(jié)省功耗方面有一些很重要的特性：

（1）工作電壓范圍寬：從1.8V~3.6V都可以正常工作，且任何特性都保持不變。特別是對于發(fā)射，工作電壓低至1.8V時仍然保持相同的輸出功率，即電壓從1.8V~3.6V，輸出功率都能到達17dBm或20dBm，不隨電壓而變。但是其他類似的芯片，輸出功率則隨著電壓的下降而降低。這樣一種特性，使得該系統(tǒng)能夠使電池的利用最大化，延長電池的使用壽命，這對低功耗的應用來說具有非常重大的意義。

（2）可以在sleep/standby模式下讀寫寄存器：該特性節(jié)約了寫FIFO時的功耗。在sleep模式下的電流為0.1μA，而在接收模式下的電流為16mA，節(jié)約了160000倍的功耗。

表1 DIO PIN 與信號的映射關系表

系統(tǒng)軟件設計

系統(tǒng)中各主要功能模塊均編成獨立的函數(shù)由主程序調用。功能模塊包括：初始化程序（包括初始化STM8L151K2、SX1231）、無線發(fā)送程序、無線接收程序等。無線發(fā)送程序負責寫入數(shù)據(jù)載荷到SX1231，并根據(jù)通信協(xié)議來配置芯片的前導碼、同步字及CRC校驗碼，最后SX1231把其組裝成數(shù)據(jù)包將其發(fā)送出去；無線接收程序負責接收并處理數(shù)據(jù)。首先，SX1231接收到一個完整的數(shù)據(jù)包，之后逐步的把前導碼、同步字以及CRC碼去除，最后MCU從其FIFO中取出有效數(shù)據(jù)。

無線收發(fā)模塊之間的通信是以數(shù)據(jù)包的形式發(fā)送的，本系統(tǒng)定義的數(shù)據(jù)包格式如表2所示。

表2 本文系統(tǒng)定義的數(shù)據(jù)包格式

其中，Preamble(前導碼)是一連串的10101010（0XAA）或01010101（0X55），其數(shù)量為0~655635字節(jié)，具體幾個字節(jié)可以根據(jù)應用的需要來設定。前導碼主要用來進行幀同步，接收機主要依靠前導碼來進行有用信號識別，完成頻率控制，以及自動增益控制、信號強度判斷等動作以確保用最佳的狀態(tài)接收正確的數(shù)據(jù)。SyncWord(同步字)在前導碼之后，通過設定好的同步字來作為同步模式的標志碼，也可以作為一個網(wǎng)絡的ID，相同網(wǎng)絡的設備用相同的同步碼。而接下來的地址碼（Address）可以作為網(wǎng)絡內每個設備的ID，如果數(shù)據(jù)包中的地址于本設備的地址相同，則接收數(shù)據(jù)，否則不予處理。有效載荷（Message）是真正需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。最后是CRC校驗碼，由芯片自動完成。

初始化程序

初始化程序包括STM8L151K2的初始化以及SX1231的收發(fā)頻率、工作模式、調制方式、數(shù)據(jù)速率以及數(shù)據(jù)包處理等寄存器的初始化配置。

系統(tǒng)上電后，STM8L151K2處于默認狀態(tài)，根據(jù)系統(tǒng)功能需求重新進行初始化配置。SX1231也處于默認狀態(tài)，需要進行配置才能工作。SX1231的初始化是一個重要的部分，正確的配置對系統(tǒng)最終的通信性能有很大的影響。

數(shù)據(jù)發(fā)送程序

無線發(fā)送程序流程如圖3所示。完成STM8L151K2、SX1231的初始化后，配置寄存器寫入相應的初始化RF控制字；然后通過SPI連續(xù)寫寄存器向TX FIFO內寫入需要發(fā)送的數(shù)據(jù)；再切換到發(fā)射模式。當數(shù)據(jù)發(fā)送完后，PacketSent寄存器置1，同時映射的DIO PIN會變成高電平通知MCU數(shù)據(jù)包發(fā)送完成。然后寫數(shù)據(jù)到FIFO，發(fā)送，如此循環(huán)。直到所有數(shù)據(jù)發(fā)送完成，進入Sleep模式。

圖3 數(shù)據(jù)收發(fā)流程圖

數(shù)據(jù)接收程序

程序完成STM8L151K2、SX1231的初始化后，配置寄存器寫入相應的初始化RF控制字，把SX1231配置為接收狀態(tài)。檢測PayloadReady為高電平時，表明已經(jīng)收到數(shù)據(jù)，然后MCU從FIFO中讀取數(shù)據(jù)，并進行處理。如此循環(huán)直至完成接收。

系統(tǒng)測試結果

系統(tǒng)測試條件及設置

該部分為本系統(tǒng)測試時的設置，根據(jù)不同的應用需求，部分設置可用作相應的變動。

電源電壓：3.3V

頻率：868.3MHz

數(shù)據(jù)速率：4.8kbps

頻偏：5.0kHz

接收機帶寬：10kHz

數(shù)據(jù)類型：PN15

功率設定：4dBm

測試結果

發(fā)射功率

從圖4中可以看到，發(fā)射功率為6.86dBm。低于5mW（7dBm）的規(guī)范要求。