【正文】 LSB 0 三態(tài) 圖 36 MAX6675 SO 端輸出數(shù)據(jù)的格式 C S \S C KSOD 1 5 D0D1D2D3 圖 37 MAX6675 SPI 接口時序 無線收發(fā)模塊 根據(jù)本設(shè)計的要求，為實(shí)現(xiàn)單片機(jī)和 PC 機(jī)之間的無線數(shù)據(jù)傳輸， 首先需要選擇合適的無線收發(fā)的器件或者是模塊，其次需要了解該器件或者是模塊如何與單片機(jī)以及 PC 機(jī)連接。 無線收發(fā)芯片的選擇 由于無線收發(fā)芯片的種類和數(shù)量比較多 ，如何在設(shè)計中選擇所需要的 芯片非常關(guān)鍵。正確的選擇可以使開發(fā)工作少走彎路，以下幾點(diǎn)是在選擇芯片或者模塊時所需要注意的問題： 1) 收發(fā)芯片數(shù)據(jù)傳輸?shù)木幋a方式 第三章 單元電路的設(shè)計 27 采用曼徹斯特編碼的芯片，在編程上會需要較高的技巧和經(jīng)驗(yàn)，需要更多的內(nèi)存和程序容量，并且曼徹斯特編碼大大降低數(shù)據(jù)的傳輸效率，一般僅能達(dá)到標(biāo)稱速率的 1/3。而采用串口傳輸?shù)男酒?，?nRF401 系列的芯片，應(yīng)用及編程非常簡單，傳送的效率很高，標(biāo)稱速率就是實(shí)際速率，因?yàn)榇诘木幊滔鄬唵?，編程開發(fā)工作也很方便。 2) 外圍元件數(shù)量 芯片外圍元件的數(shù)量決定了模塊的體積和重量 ，以及整個系統(tǒng)的復(fù)雜性，因此應(yīng)該選擇外圍元件少的收發(fā)芯片。這方面 nRF401 是一個較為理想的選擇。外圍元件僅 10 個左右，無需聲波濾波器、變?nèi)莨艿劝嘿F的元件，只需要便宜且易于獲得的 4MHz 晶體收發(fā)天線合一。 3) 功耗 由于無線收發(fā)芯片是應(yīng)用在測控系統(tǒng)上，因此功耗非常重要，應(yīng)該根據(jù)需要選擇綜合功耗較小的模塊。 4) 發(fā)射功率 在同等條件下，為了保證有效和可靠的通信，應(yīng)該選用發(fā)射功率較高的產(chǎn)品。 5) 收發(fā)芯片的封裝和管腳數(shù) 較少的引腳以及較小的封裝，有利于減少 PCB 面積。 nRF401 僅 20 腳，是管腳和體積最小的。 表 33 芯片的比較和選擇 Brand nRF401 Nordic nRF905 Nordic RF2915 RFMD XC1201 Xemics CC400 ChipCon 工作電壓 ~ ~ ~ ~ ~ 數(shù)據(jù)可否直接接單片機(jī)串口使用 可直接接單片機(jī)串口使用，數(shù)據(jù)無需可直接接單片機(jī)串口使用，數(shù)據(jù)無需不能直接接單片機(jī)串口，數(shù)據(jù)需要進(jìn)不能直接接單片機(jī)串口，數(shù)據(jù)需要進(jìn)不能直接接單片機(jī)串口，數(shù)據(jù)需要進(jìn)第三章 單元電路的設(shè)計 28 曼徹斯特編碼，效率高 曼徹斯特編碼，效率高 行曼徹斯特編碼，效率低 行曼徹斯特編碼 ，效率低 行曼徹斯特編碼，效率低 最大輸出功率 +10dBm +10dBm +5dBm 5dBm +14dBm 速率 20kbit/s 50kbit/s 需要外接天線的數(shù)量 1 1 1 2* 1 外圍元件數(shù)量 約 10 個 約 10 個 約 50 個 兩根天線約20 個，一根天線約 35 個 25 個 從表 33 中芯片的對比可以看出，目前較為流行的無線收發(fā)芯片中，無論是從使用的方便性、傳輸速度還是輸出功率等各個方面， nRF401 以及 nRF905 都是較為理想的無線數(shù)傳芯片 ，而 PTR2022 是一款基于 nRF401 芯片的無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊， PTR8000 是一款基于 nRF905 的無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊。 [7] PTR8000 無線數(shù)據(jù)傳輸模塊 PTR8000 芯片專為點(diǎn)對多點(diǎn)無線通信設(shè)計，內(nèi)置數(shù)據(jù)協(xié)議和 CRC 檢錯，無亂碼輸出，載波監(jiān)測輸出，點(diǎn)對多點(diǎn)通信硬件控制，全面升級替代 PTR2022 系列無線模塊。 1. PTR8000 芯片的產(chǎn)品特性 PTR8000 芯片的產(chǎn)品特性如下所示： 1) 430/868/915Mhz 高性能嵌入式無線模塊，多頻道多頻 段， ～ 低電壓工作，待機(jī)功耗 2μA ； 2) 超小體積，內(nèi)置環(huán)形天線，性能穩(wěn)定且不受外界影響，對電源不敏感，距離更遠(yuǎn)； 第三章 單元電路的設(shè)計 29 3) 最大發(fā)射功率 +10dBm，高抗干擾 GFSK 調(diào)制，可跳頻，數(shù)據(jù)速率 50Kbps，獨(dú)特的載波監(jiān)測輸出，地址匹配輸出，數(shù)據(jù)就緒輸出 4) 內(nèi)置完整的通信協(xié)議和 CRC，只需通過 SPI 即 可 完成所有的無線收發(fā)傳輸，無線通信如同 SPI 通信一樣方便； PTR8000 的應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)椋哼b控、遙測、無線抄表、門禁系統(tǒng)、小區(qū)傳呼、工業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、無線標(biāo)簽、身份識別、非接 觸 RF 智能卡、小型無線數(shù)據(jù)終端、安全防火系統(tǒng)、無線遙控系統(tǒng)、生物信號采集、水文氣象監(jiān)控、機(jī)器人控制、信息家電、無線 23無線 422/485 數(shù)據(jù)通信等。 2. PTR8000 基本電氣特性 PTR8000 的基本電氣特性如表 34 所示。 表 34 PTR8000 基本電氣特性 參 數(shù) 數(shù) 值 單 位 工作電壓 ～ V 最大發(fā)射功率 10 dBm 最大數(shù)據(jù)傳輸率（曼徹斯特編碼） 100 Kbps 輸出功率為 10dBm 時工作電流 11 mA 接收模式時工作電流 mA 溫度范圍 40 to +85 ℃ 典型靈敏度 100 dBm 掉電模式時工作電流 μA 3. PTR8000 的硬件接口及管腳功能 第三章 單元電路的設(shè)計 30 如圖 38所示，為 PTR8000的用戶接口，表 35 為 PTR8000 的引腳說明，用戶 接口由10 個數(shù)字輸入 /輸出 /I/O 組成，按照工作可分三組： 1) 模式控制 該接口由 TRX_CE， TX_EN， PWR 組成，控制 PTR8000 的四種工作模式：掉電和 SPI編程模式；待機(jī)和 SPI 編程模式；發(fā)射模式；接收模式；各種模式的控制模式見表 36 所示。 圖 38 PTR8000 引腳圖 表 35 PTR8000 的引腳說明 管腳 功能 方向 Pin1 VCC 正電源 ～ 輸入 I Pin2 TXEN TX_EN=“ 1”發(fā)射模式， TX_EN=“ 0”接收模式 I Pin3 TRX_CE 使能發(fā)射 /接收模式（區(qū)別于配置模式） I Pin4 PWR Power down 模式 I Pin5 uCLK 時鐘分頻輸出 O Pin6 CD 載波檢測輸出 O Pin7 AM 地址匹配輸出 O Pin8 DR 數(shù)據(jù)就緒輸出 O Pin9 MISO SPI 輸出 O 第三章 單元電路的設(shè)計 31 Pin10 MOSI SPI 輸入 I Pin11 SCK SPI 時鐘 I Pin12 CSN SPI 使能，低有效 I Pin13 GND 電源地 Pin14 GND 電源地 表 36 四種控制模式 PWR TRX_CE TX_EN 工作模式 0 X X 掉電和 SPI 編程模式 1 0 X 待機(jī)和 SPI 編程模式 1 1 0 接收 1 1 1 發(fā)射 說明： ① 待機(jī)模式下功耗約為 40μA ， 此時發(fā)射 /接收電路均關(guān)閉，只有 SPI 接口工作； ② 掉電模式下功耗約為 ， 此時所有電路關(guān)閉，進(jìn)入最省電狀態(tài) ； ③ 在待機(jī)和掉電模式下 PTR8000 均不能接收、發(fā)射數(shù)據(jù)，可以進(jìn)行配置 。 2) SPI 接口 SPI 接口 SCK、 MISO、 MOSI 以及 CSN 組成： ①在配置模式下，單片機(jī)通過 SPI 接口配置 PTR8000 的工作參數(shù)； ②在發(fā)射 /接收模式下，單片機(jī) SPI 接口發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。 3) 狀態(tài)輸出接口 第三章 單元電路的設(shè)計 32 提供載波檢測輸出 CD，地址匹配輸出 AM，數(shù)據(jù)就緒輸出 DR。 PTR8000 的工作過程 上電后 CPU 首先對 PTR8000 模塊進(jìn)行配置。先將 PWR、 TX_EN、 TRX_CE設(shè)為配置模式，通過 SPI 把配置字寫入相應(yīng)的寄存器。在掉電和待機(jī)模式下，配置內(nèi)容仍然有效，只有當(dāng)電源撤除了之后 PTR8000 中的數(shù)據(jù)才會丟失。 當(dāng) CPU 有數(shù)據(jù)要發(fā)射時，首先把 PWR、 TX_EN 置高，然后把接收節(jié)點(diǎn)地址和有效數(shù)據(jù)通過 SPI 先寫入 PTR8000，再通過 TRX_CE 的一個上升沿來啟動傳輸。之后 PTR8000 內(nèi)部要進(jìn)行無線系統(tǒng)加電、數(shù)據(jù)打包和編碼發(fā)射等處理。當(dāng) TRX_CE 為低時， PTR8000 結(jié)束數(shù)據(jù)傳輸并自動進(jìn)入待機(jī)模式。 接收數(shù)據(jù)時，首先要通過把 TRX_CE 置高、 TX_EN 置低來使 PTR8000 進(jìn)入接收模式。模塊等待 650us 后檢測空中的信息。如果發(fā)現(xiàn)與接收頻率一致的載波時，載波檢測 (CD)輸出高電平。如果接收到地址于本機(jī)地址一致時，地址匹配(AM)輸出高電平。如果接收到的數(shù)據(jù)包校驗(yàn)正確，是有效數(shù)據(jù)包時， PTR8000會去掉前導(dǎo)碼、地址和 CRC 校驗(yàn)位，然后把數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒 (DR)置為高電平。 CPU可以通過 SPI 接口讀出數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)讀出后， AM 和 DR 自動變?yōu)榈碗娖?。 單片機(jī)與 PC 機(jī)接口數(shù)據(jù)傳輸電路 RS232 是 1970 年 美國電子工業(yè)協(xié)會 EIA（ Electronic Industry Association）聯(lián)合貝爾系統(tǒng)、調(diào)制解調(diào)器廠家及計算機(jī)終端生產(chǎn)廠家共同 制定的一種 用于 串行 通信的 接口標(biāo)準(zhǔn)。采用 150pF/m 的通信電纜時，最大通信距離為 15m；若每米電纜的電容量減小，通信距離可以增加。傳輸距離短的另一原因是 RS232 屬單端信號傳送，存在共地噪 聲和不能抑制共模干擾等問題，因此一般用于 20m以內(nèi)的通信。 RS232 規(guī)定了自己的電氣標(biāo)準(zhǔn)，由于它是在 TTL 電路之前研制的，所以它的電平不是 +5 V 和地，而是采用負(fù)邏輯，即邏輯 “ 0”： +5 V～ +15 V；邏輯 “ 1”：5 V～ 15 V（ TTL 電平：邏輯 “ 0”： ；邏輯 “ 1”： +3 V～ +5 V ）。 因此，RS232C 不能和 TTL 電平直接相連，使用時必須進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，否則將使 TTL電路燒壞 。 第三章 單元電路的設(shè)計 33 MAX3232 是由德州儀器公司（ TI）推出的一款兼容 RS232 標(biāo)準(zhǔn)的芯片，其引腳圖如圖 39 所示 ，其 內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本可分三個部分： 第一部分是電荷泵電路。由 6 腳和 4 只電容構(gòu)成。功能是產(chǎn)生 +12v 和 12v 兩個電源，提供給 RS232 串口電平的需要。 第二部分是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道。由 1 1 1 14 腳構(gòu)成兩個數(shù)據(jù)通道。其中 13 腳（ R1IN）、 12 腳（ R1OUT）、 11 腳（ T1IN）、14 腳（ T1OUT）為第一數(shù)據(jù)通道 。 8 腳（ R2IN）、 9 腳（ R2OUT）、 10腳（ T2IN）、 7 腳（ T2OUT）為第二數(shù)據(jù)通道。 TTL/CMOS 數(shù)據(jù)從T1IN、 T2IN 輸入轉(zhuǎn)換成RS232 數(shù)據(jù)從 T1OUT、T2OUT 送到電腦 DB9 插頭；DB9 插頭的 RS232 數(shù)據(jù)從R1IN、 R2IN 輸入轉(zhuǎn)換成TTL/CMOS 數(shù)據(jù)后從R1OUT、 R2OUT 輸出。 圖 39 MAX3232 引腳圖 第三部分是供電。 15 腳 GND、 16 腳 VCC（ +）。 MAX3232 是 雙列 16 腳封裝，實(shí)現(xiàn) TTL—— RS232之間的雙向 電平轉(zhuǎn)換，MAX3232 內(nèi)部有兩組收發(fā)電路，通常我們只需用其中的一組，當(dāng)然也可以使用兩組以提高工作效率， MAX3232 的工作電壓為 +～ ，當(dāng) VCC 為 ～， RL為 3K， CL 為 1000PF，傳輸速率是 1Mbps。 該芯片常被使用在電池供電設(shè)備、手持式裝備、高速調(diào)制解調(diào)器、筆記本電腦、亞筆記本電腦與掌上電腦、外設(shè)以及打印機(jī)等設(shè)備中。 在本次設(shè)計中，選用 MAX3232 芯片主要是該芯片是低電壓供電，可使用 供電電壓，與其他芯片相同，更便于設(shè)計的進(jìn)行。 VR 1 I N13R 2 I N8T 1 I N11T 2 I N10R 1 O U T12R 2 O U T9T 1 O U T14T 2 O U T7C 1+1C 1 3C 2+4C 2 5VCC16GND15V6V+2U3M A X 323 2( 16 P )R X DT X DC 20 uFC 21 uFC 11 uFC9 uFR R X DT T X D第三章 單元電路的設(shè)計 34 單片機(jī)