基于RF2．4 GHz的超低功耗無線數(shù)傳系統(tǒng)設(shè)計(jì)
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目前，無線通信技術(shù)已經(jīng)成為一大熱點(diǎn)，而系統(tǒng)設(shè)計(jì)的微型化、低功耗成為發(fā)展的必然趨勢。在保證系統(tǒng)工作可靠性的前提下，如何實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)低功耗是無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)亟待解決的一個主要問題。本文利用MSP430超低功耗單片機(jī)和2．4 GHz ISM頻段的射頻芯片EMl98810設(shè)計(jì)了一種低功耗的無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。該系統(tǒng)使用干電池供電，可廣泛應(yīng)用于電池供電的自動化數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、無線遙控、無線鼠標(biāo)、無線鍵盤、無線電子標(biāo)簽、遙控玩具，以及水、氣、熱、電等居民計(jì)量表具無線遠(yuǎn)傳自動抄表。
1 系統(tǒng)概述
目前在2．4 GHz頻段的集成射頻芯片有多種，性能各有差異，表1列出了幾種常用芯片的性能特點(diǎn)。
本系統(tǒng)采用MSP430F247單片機(jī)和EMC公司的EMl98810芯片進(jìn)行設(shè)計(jì)。MSP430系列單片機(jī)是一個16位精簡指令集(RISC)微處理器。它具有豐富的尋址方式(7種源操作數(shù)尋址，4種目的操作數(shù)尋址)，簡潔的27條內(nèi)核指令以及大量的模擬指令；大量的寄存器以及片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器都可參加多種運(yùn)算；具有高效的查表處理指令；有較高的處理速度，在8 MHz晶振驅(qū)動下指令周期為125 ns；中斷源較多，并且可以任意嵌套；當(dāng)系統(tǒng)處于省電的備用狀態(tài)時，用中斷請求喚醒只用6μs。MSP430系列單片機(jī)的電源電壓采用1．8～3．6 V，其在1 MHz的時鐘條件下運(yùn)行時，芯片的電流為200～400μA左右，時鐘關(guān)斷模式最低只有O．1 μA。
EMl98810芯片內(nèi)建2．4 GHz GFSK射頻收發(fā)器，帶有8位數(shù)據(jù)幀無線收發(fā)功能，前導(dǎo)區(qū)可以設(shè)置為1～8字節(jié)，支持1～4個字地址(最多可達(dá)64位)，最大數(shù)據(jù)傳輸速率為1 Mbps，允許長數(shù)據(jù)包傳送；頻率范圍為2 400～2 482 MHz(81信道)，傳輸距離100 m(PCB天線)，RF輸出功率2 dBm，接收靈敏度在-85 dBm以上，采用SPI數(shù)字編程接口，接口電壓為2．5～3．7 V。該芯片發(fā)射功率可數(shù)字編程調(diào)節(jié)，通過寄存器的設(shè)置很容易實(shí)現(xiàn)低功耗模式；內(nèi)建多種糾檢錯功能，采用各種有效載荷數(shù)據(jù)格式來消除直流漂移量；支持FEC的1／3、2／3糾檢錯功能和CRC16檢錯功能。內(nèi)部具有FIFO和DIRECT兩種工作模式：FIFO模式簡單易用，對MCU要求不高，發(fā)射和接收各有64字節(jié)的緩沖區(qū)，一次發(fā)送、接收可以最多處理64字節(jié)數(shù)據(jù)；DIRECT模式對MCU要求較高，需要MCU處理各種糾檢錯功能。
2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2．1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
圖1是MSP430F247單片機(jī)和EMl98810的連接示意圖，通過SPI總線與RF芯片相連。實(shí)際電路連接如圖2所示。
2．2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
數(shù)據(jù)包格式如下：
其中，前導(dǎo)區(qū)可配置為1～8字節(jié)，同步字可配置為16、32、48或64位；前導(dǎo)尾區(qū)可配置為4、6、8……18位；數(shù)據(jù)區(qū)可為NRZ碼、Manch-ester碼、8／10位碼、帶FEC的數(shù)據(jù)4種格式。
系統(tǒng)上電后，先使EMl98810的RESET_n引腳為低電平，以保證芯片有效復(fù)位；再使此引腳為高電平，BRCLK腳會產(chǎn)生12 MHz的時鐘；然后進(jìn)行相關(guān)寄存器初始化。初始化程序流程如圖3所示。
其中，Reg48為數(shù)據(jù)幀格式配置寄存器，需要設(shè)置前導(dǎo)區(qū)的長度(默認(rèn)為3字節(jié))，同步字長度默認(rèn)為64位，前導(dǎo)尾默認(rèn)長度為4位，數(shù)據(jù)默認(rèn)為NRZ格式。該寄存器的第2位為1則配置為睡眠模式，第3位為1則配置為待機(jī)模式。Reg49～51用于設(shè)置發(fā)射和接收的延遲時間。Reg52～55用于設(shè)置同步控制字，默認(rèn)全部為0000H。Reg57用于配置是否啟用CRC校驗(yàn)、包長度控制方式等。Reg48～57詳細(xì)配置數(shù)據(jù)如下：
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