【正文】 收模塊電路實現(xiàn)的一種無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的設(shè)計思想 。 第 2 頁（共 23 頁） 1 總體設(shè)計 設(shè)計技術(shù)背景 AT89S51 單片機簡介 AT89S51 是 一 個 低 功 耗 ， 高 性 能 CMOS 8 位 單 片 機 ， 片 內(nèi) 含4k Bytes ISP(Insystem programmable)的可反復擦寫 1000 次的 Flash 只讀程序存儲器 [2]，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標準 MCS51 指令系統(tǒng)及 80C51 引腳結(jié)構(gòu)，其 DIP 封裝的引腳圖如圖 1 所示，芯片內(nèi)集成了通用 8 位中央處理器和 ISP Flash 存儲單元，功能強大的微型計算機的 AT89S51 可為許多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案?？臻e模式下， CPU 暫停工作，而 RAM 定時計數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存 RAM 的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復位。 AT89S51 主要功能特點 為一般控制應用的 8 位單芯片 晶片內(nèi)部具時鐘振蕩器（傳統(tǒng)最高工作頻率可至 12MHz） 第 3 頁（共 23 頁） 內(nèi)部程式存儲器（ ROM）為 4KB 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器（ RAM）為 128B 外部程序存儲器可擴充至 64KB 外部數(shù)據(jù)存儲器可擴充至 64KB 32 條雙向輸入輸出線，且每條均可以單獨做 I/O 的控制 5 個中斷向量源 2 組獨立的 16 位定時器 1 個全多工串行通信端口 1 8751 及 8752 單芯片具有數(shù)據(jù)保密的功能 1單芯片提供位邏輯運算指令 1看門狗（ WDT）電路 單片機無線數(shù)據(jù)傳輸原理 單片機無線數(shù)據(jù)傳輸原理概述 無線數(shù)據(jù)傳輸有發(fā)送和接收兩個組成部分。無線數(shù)據(jù)傳輸接收端普遍采用價格便宜 ,性能可靠的一體化無線數(shù)據(jù)傳輸接收模塊、接收無線數(shù)據(jù)傳輸信號 ,它同時對信號進行放大、檢波、整形 ,得到 TTL 電平的編碼信號 ,再送給單片機 ,經(jīng)單片機解碼并執(zhí)行 ,去控制相關(guān)對象 ,其原理如圖 2 所示。圖 1 第 4 頁（共 23 頁） [4]如果用改變載波頻率的方法來傳送二進制符號，就是移頻鍵控（ FSK）的方法。移頻鍵控方式用兩種不同的脈沖頻率分別表示二進制數(shù)的“ 0”和“ 1”。所以 ,在電器的遙控器中極少應用。在 FSK 方式中，相鄰碼元的頻率不變或者跳變一個固定值。 圖 3 FSK 編碼方式 第二種 :曼徹斯特編碼方式 又稱雙相調(diào)制編碼方式 ,常用于局域網(wǎng)傳輸。 ,在長虹、創(chuàng)維等彩電的控制器中 ,就采用了這種雙相調(diào)制方式。兩種曼徹斯特編碼是將時鐘和數(shù)據(jù)包含在數(shù)據(jù)流中，在傳輸代碼信息的同時，也將時鐘同步信號一起傳輸?shù)綄Ψ?，每位編碼中有一跳變，不存在直流分量，因此具有自同步能 無線數(shù)據(jù)傳輸發(fā)射部分 ,一般由一個能產(chǎn)生等幅振蕩的高頻載頻振蕩器和一個產(chǎn)生低頻調(diào)制信號的低頻振蕩器組成。如果是多路控制可以采用每一路寬度不同的方波 ,或是頻率不同的方法去調(diào)制高頻載波 ,組成一組組的已調(diào)制波 ,作為控制信號 向空中發(fā)射。曼徹斯特編碼“二進制位”的表示方法如圖 4 所示。這種編碼方式根據(jù)脈沖上升沿之間的距離決定“二進制位”是“ 0”還是“ 1” ,兩脈沖上升沿之間距離短為“ 0” ,距離長為“ 1”。 圖 5 脈寬調(diào)制編碼方式 無線數(shù)據(jù)傳輸解碼 無線數(shù)據(jù)傳輸信號的解碼 硬件解碼可分為專用解碼集成電路和自行設(shè)計的解碼電路兩種。 [5]按其編碼與解碼功能可分為以下三類 : (1) 控制數(shù)據(jù)的地址加密編碼與解碼器 : 這類電路的特點是在地址加密編碼的同時還可以進行控制數(shù)據(jù)的編解碼。適用于安防、工業(yè)控制等對可靠性要求較高的場合。適用于可靠性 要求較高 ,但只進行簡單的開關(guān)或增減控制的場合。適用于群控或者應用環(huán)境本身就保證了其他信號發(fā)射源不會同時出現(xiàn)的場合 ,如在一個密閉的設(shè)備內(nèi)部。 一般來說硬件解碼相對軟件解碼成本較高 ,并且當系統(tǒng)因更改或升級改變了編碼方式時 , 接收的硬件就要做相應的更改 ,缺乏一定的靈活性。對于頻率調(diào)制方式 , 只要測出每次脈沖的周期就可以解碼出 對應的二進制信息。對于脈寬調(diào)制 (PWM),只要識別出每個脈沖的高(或低 )電平寬度即可完成解碼。單片機無線數(shù)據(jù)傳輸軟件解碼要保證第 6 頁（共 23 頁） 正確無誤地還原無線數(shù)據(jù)傳輸信息碼 ,其主要功能包括以下幾部分 : (1)過濾附加信息 ,得到有效信息位。 (3)丟棄接收到的不完整信息幀。 為了能夠達到上述要求，解碼方式采用無線 數(shù)據(jù)傳輸信號的解碼由接收單片機來完成 ,它把無線數(shù)據(jù)傳輸接收模塊送來的無線數(shù)據(jù)傳輸編碼波形通過解碼 ,還原出發(fā)送端發(fā)送的數(shù)據(jù)。解碼采用軟件解碼 , 如果從一個脈沖的高電平和一個脈沖的低電平過后 , 若讀到的電平為低 , 說明該位為“ 0” , 反之即可判定為編碼“ 1”。按照這種方法判斷八次，從而還原出發(fā)送端發(fā)送的信號。 無線數(shù)據(jù)傳輸調(diào)制和解調(diào) 無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的調(diào)制和解調(diào) 為了使數(shù)據(jù)傳送的距離較長，在發(fā)射信號前要對信號進行調(diào)制，調(diào)制的方法是將原信號與一個載波相與。解調(diào)過的信號經(jīng)過放大后送入單片機中進行解碼。 2 無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊 無線收發(fā)模塊 nRF905 簡介 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 ISM(工業(yè)、第 7 頁（共 23 頁） 科學和醫(yī)學 )頻道，頻道之間的轉(zhuǎn)換時間小于 650μ s。此外，其功耗非常低，以 10 dBm 的輸出功率發(fā)射時電流只有 11 mA，工作于接收模式時的電流為 mA，內(nèi)建空閑模式與關(guān)機模式，易于實現(xiàn)節(jié)能。 nRF905 無線模塊特點 (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，特別適合工業(yè)控制 場合 (3) 125 頻道，滿足多點通信和跳頻通信需要 (4) 內(nèi)置硬件 CRC 檢錯和點對多點通信地址控制 (5) 低功耗 工作，待機模式下狀態(tài)僅為 (6) 收發(fā)模式切換時間 650us (7) 模塊可軟件設(shè)地址，只有收到本機地址時才會輸出數(shù)據(jù)（提供中斷指 示 )，可直接接各種單片機使用，軟件編程非常方便 (8) TX Mode: 在 +10dBm 情況下，電流為 30mA。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)機模式和空閑模式。 [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發(fā)送模式， nRF905 自動產(chǎn)生字頭和 CRC 校驗碼，當發(fā)送過程完成后，數(shù)據(jù)準備好引腳通知微處理器數(shù)據(jù)發(fā)射完畢。下面具體詳細分析 nRF905 的發(fā)送流程和接收流程。 3 系統(tǒng)軟硬件設(shè)計 硬件設(shè)計 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)行機構(gòu)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 。 [9]主要芯片均系無線數(shù)據(jù)傳輸專用集成芯片。這種發(fā)送方式具有下述優(yōu)點 : 無線數(shù)據(jù)傳輸脈沖寬度穩(wěn)定且不會由于數(shù)據(jù)的內(nèi)容而改變功率消耗 。已調(diào)脈沖列可用一個窄帶接收器進行接收 ,可提高無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的抗干擾能力 。 第 9 頁（共 23 頁） 圖 6 單片機與模塊連接設(shè)計 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 所示為典型的應用原理圖，該電路天線部分使用的是 50Ω單端天線。 圖 7 nRF905 典型應用電路圖 SPI 接口配置 所有配置字都是通過 SPI 接口送給 nRF905。當 nRF905 處于空閑模式或關(guān)機模式時， SPI 接口可以保持在工作狀態(tài)。狀態(tài)寄存器包含數(shù)據(jù)準備好引腳狀態(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。 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。 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)。 第 11 頁（共 23 頁） R_TX_PLAYLOAD (RTP) 00100001 讀 TX 有效數(shù)據(jù)： 132 字節(jié)。 W_TX_ADDRESS (WTA) 00100010 寫 TX 地址： 14 字節(jié)。 R_TX_ADDRESS (RTA) 00100011 讀 TX 地址： 14 字節(jié)。 R_RX_PLAYLOAD (RRP) 00100100 讀 RX 有效數(shù)據(jù)： 132 字節(jié)。 CH_NO=ccccccccc。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)置中心頻率默認值 =001101100b=180d FRF= + CH_NOd/10 *(1+ HFREQ_PLLd)MHZ H