基于SPI總線的無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要: 通過基于SPI總線的無線數(shù)據(jù)通信設(shè)備，利用無線數(shù)據(jù)收發(fā)芯片nRF905和51單片機(jī)STC89C52RC進(jìn)行設(shè)計(jì)，給出了無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)框圖和軟硬件設(shè)計(jì)。介紹了SPI總線結(jié)構(gòu)、NRF905無線射頻芯片及一種基于單片機(jī)模擬SPI接口的方法，使沒有SPI接口的單片機(jī)擴(kuò)展為帶有SPI接口的外圍芯片成為現(xiàn)實(shí)。對(duì)如何通過SPI實(shí)現(xiàn)對(duì)nRF905的配置，并利用C語言實(shí)現(xiàn)該功能做了探討。最后對(duì)待發(fā)送數(shù)據(jù)進(jìn)行發(fā)送，接收端對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行接收顯示，從而實(shí)現(xiàn)了該無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)表明該設(shè)備具有準(zhǔn)確有效的數(shù)據(jù)傳輸功能。
關(guān)鍵詞: SPI；單片機(jī)；nRF905；無線通信

短程、便捷、廉價(jià)的無線通信技術(shù)正成為關(guān)注的焦點(diǎn)，使人們對(duì)它的需求越來越高。例如無線數(shù)據(jù)采集、無線設(shè)備管理和監(jiān)控、無線抄表以及礦井下的無線通信等都是其典型應(yīng)用。

1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)
文中利用51單片機(jī)和無線數(shù)據(jù)收發(fā)芯片nRF905構(gòu)成無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，給出了硬件和軟件設(shè)計(jì)方案。其數(shù)據(jù)傳輸過程是：從傳感器輸入的模擬信號(hào)經(jīng)AD采集后，將數(shù)據(jù)輸入單片機(jī)，然后單片機(jī)將該發(fā)送數(shù)據(jù)，通過SPI接口發(fā)送給nRF905，nRF905將數(shù)據(jù)自動(dòng)加上前導(dǎo)碼和CRC碼后將數(shù)據(jù)包發(fā)送。當(dāng)接收端的nRF905接收到有效數(shù)據(jù)后，DR置高；單片機(jī)檢測到DR為高電平后，復(fù)位TRX_CE引腳，使nRF905進(jìn)入空閑模式，通過SPI接口從nRF905中讀出接收數(shù)據(jù)，然后通過串口在上位機(jī)顯示。文中主要介紹的是51單片機(jī)軟件模擬SPI和無線數(shù)據(jù)收發(fā)這兩個(gè)部分。圖1是該系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖。

2 SPI總線
SPI(Serial Peripheral Interface串行外設(shè)接口)總線系統(tǒng)是一種同步串行外設(shè)接口，它可以使MCU與各種外圍設(shè)備以串行方式進(jìn)行通信以交換信息。該接口一般使用4條線：串行時(shí)鐘線(SCK)、主機(jī)輸入從機(jī)輸出數(shù)據(jù)線MISO、主機(jī)輸出／從機(jī)輸入數(shù)據(jù)線MOSI和低電平有效的從機(jī)選擇線SS。可見SPI總線只需要少數(shù)的幾根線，就可以實(shí)現(xiàn)與具有SPI總線硬件接口功能的各種器件進(jìn)行通信，并且用SPI總線接口簡化電路設(shè)計(jì)，節(jié)省許多I／O口線供其它功能使用，提高了設(shè)計(jì)的可靠性。而對(duì)于一些不具有SPI硬件接口的器件，可以用I／O口線來模擬SPI。由于nRF905射頻收發(fā)模塊是通過SPI接口由MCU控制的，而采用不具有SPI接口的單片機(jī)，只能通過單片機(jī)的I／O口來模擬SPI總線接口，實(shí)現(xiàn)無線通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。這樣當(dāng)傳輸速度要求不是太高時(shí)，使用I／O口模擬SPI總線，既可以增加應(yīng)用系統(tǒng)接口器件的種類，同時(shí)還提高系統(tǒng)的性能，節(jié)約成本。