【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(shè)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(yīng)的單片機控制下才能完成無線收發(fā)任務(wù)，本課題設(shè)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(shè)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(jié)構(gòu)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(fù)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(fù)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(shè)具有完全的控制，可以關(guān)斷任何一個或所有外設(shè)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(yīng)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(shè)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(fù)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(yīng)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(luò)，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(guān)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(luò)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(shè)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(gòu)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)用電路CC1020結(jié)構(gòu)配置：CC1020在不同的應(yīng)用中可以被設(shè)置到最佳性能，以下關(guān)鍵參數(shù)可通過可編程結(jié)構(gòu)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(guān)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(zhǔn)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)配置數(shù)據(jù)。這些結(jié)構(gòu)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(dāng)結(jié)構(gòu)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(dāng)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(shè)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(jié)構(gòu)配置寄存器。每一個寄存器的地址是7位，1位作為讀/寫標(biāo)志位，用來初始化讀或?qū)懙牟僮鳌Ｍ瓿蒀C1020的一個完整的設(shè)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(jié)構(gòu)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(shè)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(dāng)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(shè)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(shè)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(shè)定為高電平。結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)配置寄存器寫時序圖 CC1020結(jié)構(gòu)配置寄存器讀時序圖另外，CC1020能被設(shè)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(shè)計選擇了這種模式。 無線通信距離分析及天線設(shè)計無線電波在介質(zhì)或介質(zhì)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(shè)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(guān)電源、電焊機、高頻電子設(shè)備、電腦等設(shè)備會對無線通信設(shè)備的信號造成干擾，影響設(shè)備的通信距離。（3）氣侯條件：當(dāng)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(shè)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(shè)備的性能也是在實際應(yīng)用中影響無線通信距離的重要因素。無線數(shù)傳設(shè)備的主要性能指標(biāo)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(shè)備的發(fā)射功率，我國也規(guī)定了設(shè)備的發(fā)射功率不能影響其他主要的無線業(yè)務(wù)。（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(yīng)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(shè)計是否合理、PCB板布局和退耦及屏蔽措施是否得當(dāng)有關(guān)。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(dāng)系統(tǒng)成本允許時應(yīng)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