【文章內(nèi)容簡介】 020參數(shù)參數(shù)最小典型最大單位條件RF頻率范圍402470MHz可300Hz步進的編程804940MHz可600Hz步進的編程溫度范圍4085℃工作電壓3V發(fā)射數(shù)據(jù)速率KBaud曼徹斯特碼或NRZ碼輸出功率20010dBm434 MHz射頻輸出阻抗35+j59Ω434 MHz所占帶寬（GMSK）7KHz434 MHz接收靈敏度115118dBm25KHz信道間隔鏡像頻率抑制無I/Q及相位校驗36dB有I/Q及相位校驗59dB輸入阻抗58j10Ω匹配輸入阻抗39j14Ω接通時間11128Baud中頻（IF）KHz中頻帶寬KHz可編程設置AFC150HzRSSI動態(tài)范圍63dB晶振頻率MHz晶振精度177。ppm晶振開始時間ms MHz時接收模式電流消耗mA發(fā)射模式電流消耗mA低功率模式30μA振蕩器核接通電流消耗μA振蕩器核斷開 CC1020封裝（頂視 CC1020引腳功能引腳引腳符號引腳功能引腳引腳符號引腳功能1PCLK編程時鐘17R_BIAS外接偏置電阻2PDI編程數(shù)據(jù)輸入18AVDD+3V模擬回路電源3PDO編程數(shù)據(jù)輸出19RF_IN射頻接收信號輸入4DGND數(shù)字地20AVDD+3V模擬回路電源5DVDD數(shù)字回路電源21RF_OUT射頻發(fā)射信號輸出6DGND數(shù)字地22AVDD+3V模擬回路電源7DCLK數(shù)據(jù)時鐘23AVDD+3V模擬回路電源8DIO數(shù)據(jù)輸入/輸出24VC壓控振蕩器輸入9LOCKPLL鎖定信號輸出25AGND模擬地10XOSC_Q1外接晶振26AD_REFADC3V參考輸入11XOSC_Q2外接晶振27AVDD+3V模擬回路電源12AVDD+3V模擬回路電源28CHP_OUT充電泵電流輸出13AVDD+3V模擬回路電源29AVDD+3V模擬回路電源14LNA_EN低噪聲放大器使能30DGND數(shù)字地15PA_EN功率放大器使能31DVDD數(shù)字回路電壓16AVDD+3V模擬回路電源32PSEL芯片編程選擇 單片機的選擇對于CC1020無線收發(fā)芯片來說，要在相應的單片機控制下才能完成無線收發(fā)任務，本課題設計選用Cygnal公司生產(chǎn)的C8051F330，該處理器具有與8051完全兼容的CIP51內(nèi)核，是一款完全集成的混合信號ISP型MCU芯片，帶有模擬多路器的10位200ksps的16通道單端/差分ADC，10位電流輸出DAC，硬件實現(xiàn)的I2C、增強型UART、SMBUS及增強型SPI接口，F(xiàn)lash存儲器具有在系統(tǒng)重編程能力，可用于非易失性數(shù)據(jù)存儲。該型號單片機體積小、性能高，能夠快速存取數(shù)據(jù)，也易于系統(tǒng)開發(fā)以及擴展，很適合本設計的需要。 C8051F330器件是完全集成的混合信號片上系統(tǒng)型MCU芯片。 下面列出了一些主要特性：l 高速、流水線結構的8051兼容的CIP51內(nèi)核（可達 25MIPS） l 全速、非侵入式的在系統(tǒng)調(diào)試接口（片內(nèi)）l 帶模擬多路器、真正10位200 ksps16通道單端/差分ADCl 10位電流輸出DACl 高精度可編程的25MHz內(nèi)部振蕩器 l 8KB可在系統(tǒng)編程的FLASH存儲器 l 768字節(jié)片內(nèi)數(shù)據(jù)RAM（128+512） l 硬件實現(xiàn)的SMBus/ I2C、增強型UART和增強型SPI串行接口 l 4個通用的16位定時器 l 具有3個捕捉/比較模塊和看門狗定時器功能的可編程計數(shù)器/定時器陣列（PCA） l 片內(nèi)上電復位、VDD監(jiān)視器和溫度傳感器 l 片內(nèi)電壓比較器 l 17個端口I/O（容許5V輸入）具有片內(nèi)上電復位、VDD監(jiān)視器、看門狗定時器和時鐘振蕩器的C8051F310是真正能獨立工作的片上系統(tǒng)。FLASH存儲器還具有在系統(tǒng)重新編程能力，可用于非易失性數(shù)據(jù)存儲，并允許現(xiàn)場更新8051固件。用戶軟件對所有外設具有完全的控制，可以關斷任何一個或所有外設以節(jié)省功耗。 片內(nèi)Silicon Labs二線（C2）開發(fā)接口允許使用安裝在最終應用系統(tǒng)上的產(chǎn)品MCU進行非侵入式（不占用片內(nèi)資源）、全速、在系統(tǒng)調(diào)試。調(diào)試邏輯支持觀察和修改存儲器和寄存器，支持斷點、單步、運行和停機命令。在使用 C2進行調(diào)試時，所有的模擬和數(shù)字外設都可全功能運行。兩個C2 接口引腳可以與用戶功能共享，使在系統(tǒng)調(diào)試功能不占用封裝引腳。 該器件可在工業(yè)溫度范圍（45℃到+85℃）內(nèi)用 。端口 I/O、/RST和 JTAG引腳都容許5V的輸入信號電壓。C8051F330采用20腳MLP封裝。VDD為電源，GND為地，/RST/C2CK為芯片的復位引腳或C2開發(fā)接口的時鐘信號引腳，，，其它引腳均為相應的端口引腳。 C8051F330（QFN32封裝）引腳頂視圖C8051F330在本系統(tǒng)中實現(xiàn)了以下功能：控制無線模塊完成數(shù)據(jù)收發(fā)；實現(xiàn)低功耗的電源管理；通過JTAG接口進行在線編程。，電路僅需要很少的外部元器件，其中電源去耦電路沒有給出。輸入/輸出匹配：L1和C1組成接收器的輸入匹配網(wǎng)絡，L1同時是直流偏置扼流圈。C60、L2和C3用于將發(fā)射器匹配到50Ω。內(nèi)部的收/發(fā)開關電路可以在收/發(fā)兩種模式下將輸入/輸出連接在一起，而且都可以匹配到50Ω。匹配網(wǎng)絡的元器件數(shù)值可以利用軟件SmartRF Studio計算。偏置電阻R1：用于設置精確的偏置電流。晶振：一個外部晶振加上2個負載電容C4和C5與內(nèi)部電路構成晶體振蕩器。鎖相環(huán)環(huán)路濾波器：環(huán)路濾波器由2個電阻R2和R3和3個電容CC7和C8組成。C7和C8在高環(huán)路帶寬的應用中可以略去。附加濾波器：可使用外部附加的器件（如射頻LC或SAW濾波器）來提高特定應用的性能。電源去耦和濾波：必須使用電源去耦和濾波。在窄帶應用中，為了獲得高性能去耦和電源濾波，電容的安放位置和大小起著重要作用。 CC1020典型應用電路CC1020結構配置：CC1020在不同的應用中可以被設置到最佳性能，以下關鍵參數(shù)可通過可編程結構配置寄存器來編程：接收/發(fā)射模式；射頻輸出功率；頻率合成器關鍵參數(shù)：射頻輸出功率、頻移鍵控（FSK）頻偏和晶體振蕩器基準頻率；合成器鎖定指示模式；Powerdown/Powerdown模式；晶振Powerdown/Powerdown模式；數(shù)據(jù)傳輸速率和數(shù)據(jù)格式（NRZ\Manchester編碼或UART串口）；數(shù)字RSSI（接收信號強度指示器）和載波偵聽檢測；FSK/GFSK/OOK調(diào)制。結構配置軟件：Chipcon公司為CC1020的用戶提供了一個軟件程序SmartRF Studio。SmartRF Studio根據(jù)用戶對不同參數(shù)的選擇可以產(chǎn)生所有CC1020需要的結構配置數(shù)據(jù)。這些結構配置數(shù)據(jù)采用十六進制，這些十六進制數(shù)字將輸入到微控制器，由微控制器來配置CC1020。此外，該程序還為用戶提供輸入/輸出匹配電路所需的元器件值。 SmartRF Studio 用戶界面。微控制器使用4個端口與CC1020的4線串行接口（PDI、PDO、PCLK、PSEL）相連，PDO與微控制器的一個輸入端連接，PDI、PCLK和PSEL連接到微控制器的輸出端。如果把PDI和PDO連接在一起與微控制器的一個雙向引腳端相連，則可節(jié)省微控制器的一個I/O端口。微控制器的兩個端口（也可以只用其中一個雙向口）與CC1020的DIO端相連，用來進行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。當結構配置接口不使用時，連接到PSEL、PCLK、PDI和PDO引腳端的微控制器引腳可作他用。當PSEL引腳端無效(保持高電平)時(PSEL引腳端低電平有效)，PCLK、PDI和PDO是高阻抗輸入狀態(tài)。PSEL有一個內(nèi)部上拉電阻，在低功耗模式時必須斷開，或者設為高電平，以阻止電流流入上拉電阻。 CC1020與C8051F310的接口配置CC1020內(nèi)部有52個寄存器，其中工作模式配置寄存器占33個。它通過簡單的四線串行SPI接口進行編程，有8位的結構配置寄存器。每一個寄存器的地址是7位，1位作為讀/寫標志位，用來初始化讀或寫的操作。完成CC1020的一個完整的設置需要發(fā)送33個16位一幀的數(shù)據(jù)。每一幀數(shù)據(jù)包括Address（地址）7位，R/W（讀/寫）1位，Data（數(shù)據(jù)）8位。一次完整的結構配置所需要的時間取決于PCLK的頻率，若PCLK頻率為10MHz,則完成一次完整配置的時間為53μs。將CC1020設為低功耗模式，只需發(fā)送一幀數(shù)據(jù)，因此所需的時間不到2μs。在每一個寫周期，每幀16位數(shù)據(jù)是被發(fā)送到PDI線上，第一個字節(jié)是地址和讀/寫控制（06是地址位，一個讀/寫位），第二個字節(jié)是數(shù)據(jù)。在地址和數(shù)據(jù)發(fā)送期間，PSEL要保持低電平。當最后一位數(shù)據(jù)被裝入到CC1020芯片內(nèi)的控制器，由CC1020片內(nèi)的控制器完成CC1020工作狀態(tài)的設置。配置寄存器能夠通過同樣的參數(shù)配置接口被微控制讀取。七位地址首先被發(fā)送，然后讀/寫位置低電平，CC1020這時從地址所指定的寄存器里讀取數(shù)據(jù)，通過PDO將數(shù)據(jù)傳輸?shù)轿⒖刂破骼?。PDO在PCLK負沿時被設置，在正沿時讀出數(shù)據(jù)。PSEL在每次讀寫操作之間必須被設定為高電平。結構配置數(shù)據(jù)在低功耗模式期間將被保留，但在切斷電源時不會被保留。 CC1020結構配置寄存器寫時序圖 CC1020結構配置寄存器讀時序圖另外，CC1020能被設置成三種不同的數(shù)據(jù)傳輸形式：同步NRZ模式、同步曼徹斯特碼模式和異步傳輸UART模式。這三種模式各有其特點，同步曼徹斯特碼抗干擾能力最好，但是波特率要低一倍，異步傳輸UART實現(xiàn)起來最簡單，但是抗干擾能力最差，而同步NRZ抗干擾能力比UART要好，但稍差于同步曼徹斯特碼，實現(xiàn)難度也介于兩者之間?？紤]到微處理器基本都支持UART串行通訊，所以本設計選擇了這種模式。 無線通信距離分析及天線設計無線電波在介質或介質分界面的影響下，會有折射、反射、散射、繞射和吸收等現(xiàn)象。接收點的無線電信號，也會有衰減和干擾出現(xiàn)。所以相同的無線數(shù)傳設備在不同的工作環(huán)境里能夠達到的傳輸距離是不相同的。影響無線通信距離的工作環(huán)境因素主要有以下幾點：（1）地理環(huán)境：數(shù)傳系統(tǒng)工作時所處的地理環(huán)境會影響通信的距離，通信距離對于無障礙的平直開闊地來說會較遠，其他的郊區(qū)農(nóng)村、丘陵、河床等有一定障礙的地區(qū)會近一些，通信距離最近的是城市樓群中或群山中，密集的障礙物和金屬物體對無線通信距離的影響較大。（2）電磁環(huán)境：工作環(huán)境周圍如果存在直流電機、高壓電網(wǎng)、開關電源、電焊機、高頻電子設備、電腦等設備會對無線通信設備的信號造成干擾，影響設備的通信距離。（3）氣侯條件：當工作環(huán)境處于空氣干燥的時候通信距離會較遠，空氣潮濕或者是雨、雪天氣的時候通信距離較近。工作環(huán)境的溫度也會影響設備的通信距離，溫度升高會引起發(fā)射功率減小及接收靈敏度降低而減小通信距離。同樣，無線數(shù)傳設備的性能也是在實際應用中影響無線通信距離的重要因素。無線數(shù)傳設備的主要性能指標有四個：（1）發(fā)射機的射頻輸出功率：發(fā)射機的射頻輸出功率越大，通信距離越大；從理論上說發(fā)射功率可以無限制地增加，但實際上由于受成本、法規(guī)和工作人員身體承受的限制，發(fā)射機的輸出功率也是有限的。比如北美的FCC、歐洲的EC規(guī)范就限制了設備的發(fā)射功率，我國也規(guī)定了設備的發(fā)射功率不能影響其他主要的無線業(yè)務。（2）接收機的接收靈敏度：接收靈敏度反映了接收機捕捉微弱信號的能力，接收靈敏度越高，通信距離也越遠。但由于受自然界電磁噪聲、工業(yè)污染及電子元器件固有噪聲的影響，123dBm（）通常被認為是現(xiàn)代無線電通信中純硬件實現(xiàn)的接收靈敏度的極限值，很難突破，即使加上軟件糾錯也只能再改善15dBm。具有軟件糾錯的系統(tǒng)，其通信距離也比無軟件糾錯的系統(tǒng)遠，但會產(chǎn)生一定的延時，在實時性要求很高的系統(tǒng)中也要考慮這一因素的影響。（3）系統(tǒng)的抗干擾能力：實際的通信環(huán)境中存在著各種各樣的干擾源，在同樣的發(fā)射功率和同樣的接收靈敏度的前提下，系統(tǒng)的抗干擾能力越強，實際通信距離也越遠。在實際應用中即使接收機的接收靈敏度很高，但如果系統(tǒng)沒有足夠的抗干擾能力，微弱的有用信號會被大量的各種干擾信號淹沒掉，高的接收靈敏度就變得毫無意義。影響無線通信系統(tǒng)抗干擾能力的因素很多，主要與調(diào)制/解調(diào)方式，工作帶寬，有無軟件糾錯、電路設計是否合理、PCB板布局和退耦及屏蔽措施是否得當有關。一般而言，調(diào)幅（AM或ASK）、調(diào)頻（FM或FSK）、調(diào)相（PM或PSK）三種基本調(diào)制方式中，以調(diào)幅制式的抗干擾能力最差，當系統(tǒng)成本允許時應優(yōu)先采用調(diào)頻或調(diào)相方式。而在同一發(fā)射功率和接收靈敏度條件下，系統(tǒng)的信道帶寬越窄，各種