【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 道干擾小； （ 3）高效率的解調(diào)，以降低移動(dòng)臺(tái)功 耗，進(jìn)一步縮小體積和成本； （ 4）能提供較高的傳輸速率； （ 5）易于集成。 2 無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊 無線收發(fā)模塊 nRF905 簡(jiǎn)介 nRF905 是挪威 Nordic VLSI 公司推出的單片射頻收發(fā)器，工作電壓為 ～ V， 32 引腳 QFN 封裝 (5 5 mm)，工作于 433／ 868／ 915 MHz 三個(gè) ISM(工業(yè)、第 7 頁（共 23 頁） 科學(xué)和醫(yī)學(xué) )頻道，頻道之間的轉(zhuǎn)換時(shí)間小于 650μ s。 nRF905 由頻率合成器、接收解調(diào)器、功率放大器、晶體振蕩器和調(diào)制器組成，不需外加聲表濾波器，ShockBurstTM 工作模式，自動(dòng) 處理字頭和 CRC(循環(huán)冗余碼校驗(yàn) )，使用 SPI 接口與微控制器通信，配置非常方便。此外，其功耗非常低，以 10 dBm 的輸出功率發(fā)射時(shí)電流只有 11 mA，工作于接收模式時(shí)的電流為 mA，內(nèi)建空閑模式與關(guān)機(jī)模式，易于實(shí)現(xiàn)節(jié)能。 nRF905 適用于無線數(shù)據(jù)通信、無線報(bào)警及安全系統(tǒng)、無線探測(cè)、無線監(jiān)測(cè)、家庭自動(dòng)化和玩具等諸多領(lǐng)域。 nRF905 無線模塊特點(diǎn) (1) 433Mhz 開放 ISM 頻段免許可證使用 (2) 最高工作速率 50kbps，高效 GFSK 調(diào)制，抗干擾能力強(qiáng)，特別適合工業(yè)控制 場(chǎng)合 (3) 125 頻道，滿足多點(diǎn)通信和跳頻通信需要 (4) 內(nèi)置硬件 CRC 檢錯(cuò)和點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)通信地址控制 (5) 低功耗 工作，待機(jī)模式下狀態(tài)僅為 (6) 收發(fā)模式切換時(shí)間 650us (7) 模塊可軟件設(shè)地址，只有收到本機(jī)地址時(shí)才會(huì)輸出數(shù)據(jù)（提供中斷指 示 )，可直接接各種單片機(jī)使用，軟件編程非常方便 (8) TX Mode: 在 +10dBm 情況下，電流為 30mA。 RX Mode: (9) 標(biāo)準(zhǔn) DIP 間距接口，便于嵌入式應(yīng)用 (10) RFModuleQuickDEV 快速開發(fā)系統(tǒng)，含開發(fā)板 工作模式及芯片結(jié)構(gòu) nRF905 有兩種工作模式和兩種節(jié)能模式。兩種工作模式分別是ShockBurstTM 接收模式和 ShockBurstTM 發(fā)送模式，兩種節(jié)能模式分別是關(guān)機(jī)模式和空閑模式。 [7]nRF905 的工作模式由 TRX_CE、 TX_EN 和 PWR_UP 三個(gè)引腳決定，如表 1 所示： 表 1 nRF905 的工作模式與引腳關(guān)系 PWR_UP TRX_CE TX_EN 工作模式 0 X X 掉電和 SPI 編程 1 0 X Standby 和 SPI 編程 1 1 0 ShockBurst RX 1 1 1 ShockBurst TX 與射頻數(shù)據(jù)包有關(guān)的高速信號(hào)處理都在 nRF905 片內(nèi)進(jìn)行，數(shù)據(jù)速率由微控制器配置的 SPI 接口決定，數(shù)據(jù)在微控制器中低速處理，但在 nRF905 中高速發(fā)第 8 頁（共 23 頁） 送因此中間有很長(zhǎng)時(shí)間的空閑，這很有利于節(jié)能。 [8]由于 nRF905 工作于ShockBurstTM 模式，因此使用低速的微控制器也能得到很高的射頻數(shù)據(jù)發(fā)射速率。在 ShockBurstTM 接收模式下，當(dāng)一個(gè)包含正確地址和數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)包被接收到后，地址匹配 (AM)和數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好 (DR)兩引腳通知微控制器。在 ShockBurstTM發(fā)送模式， nRF905 自動(dòng)產(chǎn)生字頭和 CRC 校驗(yàn)碼，當(dāng)發(fā)送過程完成后，數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好引腳通知微處理器數(shù)據(jù)發(fā)射完畢。由以上分析可知， nRF905 的 ShockBurstTM收發(fā)模式有利于節(jié)約存儲(chǔ)器和微控制器資源，同時(shí)也減小了編寫程序的時(shí)間。下面具體詳細(xì)分析 nRF905 的發(fā)送流程和接收流程。 nRF905 片內(nèi)集成了電源管理、晶體振蕩器、低噪聲放大器、頻率合成器、功率放大器等模塊，曼徹斯特編碼／解碼由片內(nèi)硬件完成，無需用戶對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行曼徹斯特編碼，使用非常方便。 3 系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì) 硬件設(shè)計(jì) 概述 無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)一般由無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌l(fā)射系統(tǒng)、無線數(shù)據(jù)傳輸接收系統(tǒng)、處理系統(tǒng)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)構(gòu)成。其發(fā)射系統(tǒng)由可編程的集成芯片及外圍電路構(gòu)成 。接收系統(tǒng)由檢波放大整形電路及無線數(shù)據(jù)傳輸接收芯片構(gòu)成 。處理系統(tǒng)由單片微處理機(jī)芯片及外圍電路構(gòu)成。 [9]主要芯片均系無線數(shù)據(jù)傳輸專用集成芯片。由無線數(shù)據(jù)傳輸發(fā)射系統(tǒng)輸出的信號(hào)是經(jīng)高頻調(diào)制后的二進(jìn)制高頻編碼脈沖串 ,它由起始碼及信息碼構(gòu)成。這種發(fā)送方式具有下述優(yōu)點(diǎn) : 無線數(shù)據(jù)傳輸脈沖寬度穩(wěn)定且不會(huì)由于數(shù)據(jù)的內(nèi)容而改變功率消耗 。采用高頻調(diào)制的無線數(shù)據(jù)傳輸信號(hào)抗干擾 能力強(qiáng) ,使無線數(shù)據(jù)傳輸信號(hào)易于分離和區(qū)別 。已調(diào)脈沖列可用一個(gè)窄帶接收器進(jìn)行接收 ,可提高無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的抗干擾能力 。在高頻下間隔進(jìn)行開關(guān) ,可減小消耗功率，單片機(jī)與模塊連接設(shè)計(jì)如圖 6 所示。 第 9 頁（共 23 頁） 圖 6 單片機(jī)與模塊連接設(shè)計(jì) 電路原理 nRF905 在使用中，根據(jù)不同需要，其電路圖不盡相同，圖 7 所示為典型的應(yīng)用原理圖，該電路天線部分使用的是 50Ω單端天線。 [10]在 nRF905 的電路板設(shè)計(jì)中，也可以使用環(huán)形天線，把天線布在 PCB 板上，這可減小系統(tǒng)的體積。 圖 7 nRF905 典型應(yīng)用電路圖 SPI 接口配置 所有配置字都是通過 SPI 接口送給 nRF905。 [11]SPI 接口的工作方式可通過第 10 頁（共 23 頁） SPI 指令進(jìn)行設(shè)置。當(dāng) nRF905 處于空閑模式或關(guān)機(jī)模式時(shí)， SPI 接口可以保持在工作狀態(tài)。 SPI 讀操作如圖 8，寫操作如圖 9 圖 8 SPI 讀操作 圖 9 SPI 寫操作 SPI 接口由狀態(tài)寄存器、射頻配置寄存器、發(fā)送地址寄存器、發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器和接收數(shù)據(jù)寄存器 5 個(gè)寄存器組成。狀態(tài)寄存器包含數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好引腳狀態(tài)信息和地址匹配引腳狀態(tài)信息；射頻配置寄存器包含收發(fā)器配置信息，如頻率和輸出功能等； [12]發(fā)送地址寄存器包含接收機(jī)的地址和數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)；發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器包含待發(fā)送的數(shù)據(jù)包的信息，如字節(jié)數(shù)等；接收數(shù)據(jù)寄存器包含要接收的數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)等信息，串行接口指令如表 2。 表 2 串行接口指令 SPI 串行接口指令 指令名稱 指令格式 操作 W_CONFIG (WC) 0000AAAA 寫配置寄存器。 AAAA 指出寫操作的開始字節(jié)，字節(jié)數(shù)量取決于 AAAA 指出的開始地址。 R_CONFIG (RC) 0001AAAA 讀配置寄存器。 AAAA 指出讀操作的開始字節(jié)，字節(jié)數(shù)量取決于 AAAA 指出的開始地址 W_TX_PLAYLOAD (WTP) 00100000 寫 TX 有效數(shù)據(jù)： 132 字節(jié)。寫操作全部從字節(jié) 0開始。 第 11 頁（共 23 頁） R_TX_PLAYLOAD (RTP) 00100001 讀 TX 有效數(shù)據(jù)： 132 字節(jié)。讀操作全部從字節(jié) 0開始。 W_TX_ADDRESS (WTA) 00100010 寫 TX 地址： 14 字節(jié)。寫操作全部從字節(jié) 0 開始。 R_TX_ADDRESS (RTA) 00100011 讀 TX 地址： 14 字節(jié)。讀操作全部從字節(jié) 0 開始。 R_RX_PLAYLOAD (RRP) 00100100 讀 RX 有效數(shù)據(jù)： 132 字節(jié)。讀操作全部從字節(jié) 0開始 CHANNEL_CONFIG (CC) 1000pphccccccccc 快速設(shè)計(jì)配置寄存器中 CH_NO,HFREQ_PLL和 PA_PWR 的專用命令。 CH_NO=ccccccccc。HFREQ_PLL=h。PA_PWR=pp 射頻配置寄存器和內(nèi)容如表 3 表 3 射頻配置寄存器和內(nèi)容 參數(shù) 位寬 說明 CH_NO 9 同 HFREQ_PLL 一起設(shè)置中心頻率默認(rèn)值 =001101100b=180d FRF= + CH_NOd/10 *(1+ HFREQ_PLLd)MHZ HFREQ_ PLL 1 設(shè)置 PLL 在 433或 868/915MHZ 模式 默認(rèn)值 =0。 0 ‐器件工作在 433MHZ 頻段 1 ‐器件工作在 868/915MHZ 頻段 PA_PWR 2 輸出功率 默認(rèn)值 =00 00 ‐ 10dBm 01 ‐ 2dBm 10 +6dBm 11 +10dBm RX_RED_PWR 1 降低接收模式電流消耗至 靈敏度降低 默認(rèn)值 =0。 0 ‐正常模式； 1 ‐低功耗模式 AUTO_RETRAN 1 重發(fā)數(shù)據(jù) 如果 TX 寄存 器的 TRX_CE和 TX_EN被設(shè)置為高 默認(rèn)值=0。 0‐不重發(fā)數(shù)據(jù)； 1 ‐重發(fā)數(shù)據(jù)包 RX_AWF 3 RX 地址寬度 默認(rèn)值 =100 001‐ 1字節(jié) RX 地址寬度； 100‐ 4字節(jié) RX 地址寬度 TX_AWF 3 TX 地址寬度 默認(rèn)值 =100 001‐ 1字節(jié) TX 地址寬度； 100‐ 4字節(jié) TX 地址寬度 RX_PW 6 RX 接收有效數(shù)據(jù)寬度 默認(rèn)值 =100000 000001 ‐ 1字節(jié) RX 有效數(shù)據(jù)寬度 000010 ‐ 2字節(jié) RX 有效數(shù)據(jù)寬度 100000 ‐ 32字節(jié) RX 有效 數(shù)據(jù)寬度 TX_PW 6 TX 有效數(shù)據(jù)寬度 默認(rèn)值 =100000 000001 ‐ 1字節(jié) TX 有效數(shù)據(jù)寬度 000010 ‐ 2字節(jié) TX 有效數(shù)據(jù)寬度 100000 ‐ 32字節(jié) TX 有效數(shù)據(jù)寬度 第 12 頁（共 23 頁） 軟件設(shè)計(jì) 概述 硬件解碼電路較復(fù)雜 ,外圍器件過多 ,且當(dāng)發(fā)