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嵌入式智能射頻光傳輸模塊設(shè)計(jì)

作者： 時(shí)間：2009-05-06 來源：網(wǎng)絡(luò) 收藏
本設(shè)計(jì)采用射頻收發(fā)芯片CC1000作為數(shù)傳芯片。CC1000是根據(jù)Chipcon 公司的SmartRF技術(shù)制造出的可編程高頻單片收發(fā)芯片，主要用于工作頻帶在315、868 及915MHz 的ISM（工業(yè)、科學(xué)及醫(yī)療）方面和SDR（短距離通訊）方面，可在300-1000MHz 范圍內(nèi)通過編程工作。其主要工作參數(shù)能通過串行總線接口編程改變，這樣使CC1000 使用更方便更靈活。CC1000 芯片含有三條串行數(shù)據(jù)線接口PDATA、PCLK、PALE 用于配置內(nèi)部寄存器實(shí)現(xiàn)收發(fā)等各種功能控制，能夠與多種單片機(jī)(MSC51、ARM、AVR、PIC 等)直接兼容連接。
CC1000 與C8051F023的連接圖如圖3 所示。單片機(jī)使用三個(gè)輸出管腳用于連接CC1000的三串行配置口（PDATA、PCLK、PALE），以配置CC1000的工作模式，其中PDATA 必須是雙向管腳，用于程序數(shù)據(jù)的輸入輸出。信號接口由DIO和DCLK組成，在本設(shè)計(jì)中它們分別與單片機(jī)的TXD1和RXD1連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的半雙工式收發(fā)。管腳CHP_OUT用于監(jiān)視頻率鎖定狀態(tài)，當(dāng)CC1000內(nèi)部的PLL鎖定時(shí)，該引腳輸出高電平。另外單片機(jī)可通過A/D轉(zhuǎn)換檢測RSSI信號的強(qiáng)度。
近端模塊與遠(yuǎn)端模塊之間采用FSK通信，在圖3 中，引腳RF_OUT和RF_IN分別用于發(fā)送FSK_OUT信號和接收FSK_IN信號。通信數(shù)據(jù)FSK_OUT由近端模塊中的CC1000發(fā)出，結(jié)合圖2 可知，F(xiàn)SK_OUT信號通過耦合器耦合到射頻信號中，經(jīng)過光/電轉(zhuǎn)換進(jìn)入光纖傳輸至遠(yuǎn)端模塊；在遠(yuǎn)端，光信號被還原為射頻信號，通過低通濾波得到FSK信號，此時(shí)稱FSK_IN信號，該信號被遠(yuǎn)端模塊的CC1000接收。遠(yuǎn)端模塊發(fā)送給近端模塊的數(shù)據(jù)依據(jù)同樣的原理傳輸。模塊之間的FSK通信大大提高了對光模塊的監(jiān)測和控制能力。
C8051F023有兩個(gè)UART接口，在本設(shè)計(jì)中UART0與上位機(jī)通信，UART1則用于與CC1000的數(shù)據(jù)傳輸。
3.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
3.1 系統(tǒng)軟件總體設(shè)計(jì)
軟件總體功能主要分為四個(gè)部分:參數(shù)監(jiān)測、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)收發(fā)和性能控制。在主程序中采用兩個(gè)中斷:定時(shí)器中斷和串口中斷。定時(shí)器中斷實(shí)時(shí)采集參數(shù)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)模塊的實(shí)時(shí)監(jiān)測；串口中斷實(shí)時(shí)收發(fā)上位機(jī)和FSK數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)命令的處理和監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的傳輸。
主程序的結(jié)構(gòu)如圖4所示，程序?qū)ι衔粰C(jī)命令進(jìn)行鑒權(quán)處理之后，根據(jù)通信協(xié)議解析處理命令，并執(zhí)行相應(yīng)的操作。
3.2 CC1000參數(shù)編程
CCl000作為數(shù)傳芯片，需要進(jìn)行參數(shù)配置以決定其工作性能，因而CC1000參數(shù)編程是一個(gè)重要的過程。通過可編程配置寄存器能改變以下主要參數(shù):接收/發(fā)送模式、射頻輸出功率、射頻輸出頻率、FSK分頻、晶振參考頻率、傳輸速率和數(shù)據(jù)格式等。在本設(shè)計(jì)中，CC1000 采用曼徹斯特編碼方式，進(jìn)行數(shù)據(jù)譯碼和同步工作，這通過設(shè)置CC1000 的MODEM1 寄存器的參數(shù)完成。在同步編碼方式中，曼徹斯特編碼不需要鎖定平均值濾波器，傳輸效率高。設(shè)計(jì)要求CC1000采用11.0592MHz晶振，接收本振頻率為433.766MHz，發(fā)射中心頻率為433.916MHz（連發(fā)“1”）、433.948MHz （連發(fā)“0”），調(diào)制頻偏為32KHz，載頻穩(wěn)定度為10KHz。根據(jù)以上參數(shù)，可通過Chipcon 公司提供的CC1000配置軟件SmartRF Studio來產(chǎn)生配置信息，這些配置信息將被輸入到單片機(jī)中。另外該軟件還可以提供輸入/輸出匹配電路和VCO電感所需的元件參數(shù)值。
完成配置信息后，要對CC1000進(jìn)行初始化，初始化主要完成對CC1000內(nèi)部寄存器的設(shè)置。在初始化時(shí)需復(fù)位CC1000內(nèi)部寄存器。當(dāng)完成寄存器的設(shè)置后，為了避免芯片運(yùn)行過程中頻率產(chǎn)生的漂移，應(yīng)當(dāng)校正CC1000內(nèi)部VCO和PLL寄存器中的值。校正完成后，對MAIN寄存器進(jìn)行設(shè)置，將CC1000輸出功率初始值設(shè)為0，功耗模式設(shè)置為低電平模式，以降低功耗。初始化流程如圖5所示。

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