基于C8051和Si4432無線收發(fā)透明模塊設(shè)計與實現(xiàn)

摘要：為了節(jié)省成本和降低用戶對無線通信使用的難度。設(shè)計基于C8051F340和Si4432的一款無線收發(fā)模塊。通過大量的干擾實驗，證實模塊在一些比較惡劣的環(huán)境下也能穩(wěn)定工作。此模塊具有較小的PCB尺寸，通過串口透明傳輸，方便嵌入到用戶的產(chǎn)品中，縮短了用戶開發(fā)無線產(chǎn)品的周期。
關(guān)鍵詞：C8051F340；Si4432；無線收發(fā)模塊；透明傳輸

目前市場上各類無線產(chǎn)品種類及應(yīng)用越來越廣泛，如何讓廣大學(xué)生、電子研發(fā)人員及一些小公司能快速在自己的產(chǎn)品中使用無線技術(shù)、降低無線技術(shù)的門檻，是本設(shè)計的初衷。對一些沒有接觸無線技術(shù)的人，從學(xué)到最后的設(shè)計應(yīng)用需要比較長的時間。本文設(shè)計了一種基于無線收發(fā)芯片Si4432和單片機C8051F340的無線射頻收發(fā)系統(tǒng)。基于串口透明傳輸，用戶只需要了解一些串口指令即可方便實現(xiàn)無線收發(fā)。多種標準接口方便用戶把模塊嵌入到自己的產(chǎn)品中去。模塊經(jīng)過大量的試驗、改進，能實現(xiàn)較遠距離的穩(wěn)定傳輸。

1 系統(tǒng)總體方案
無線射頻收發(fā)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，由單片機C8051F340控制Si4432實現(xiàn)無線數(shù)據(jù)的收發(fā)。

發(fā)送模塊中的C8051F340將數(shù)據(jù)傳送給Si4432進行編碼處理，并以特定的格式經(jīng)天線發(fā)送給接收模塊。接收模塊對接收到的射頻信號放大、解調(diào)之后，再將數(shù)據(jù)送給主控制器C8051F340進行相應(yīng)的處理，如送液晶顯示等。為測試方便，系統(tǒng)提供了按鍵和液晶(OCM12864-9)等人機交互接口(模塊本身不帶顯示部分，開發(fā)板留有12864接口)，還留有RS 232，TTL，RS 485等接口。可以實現(xiàn)模塊之間各種標準通信及與PC機通信。

2 硬件設(shè)計
Si4432芯片是Silicon Labs公司推出的一款高集成度、低功耗、多頻段的EZ Radio PRO系列無線收發(fā)芯片。Si4432在使用時所需的外部元件很少，1個30 MHz的晶振、幾個電容和電感就可組成一個高可靠性的收發(fā)系統(tǒng)，設(shè)計簡單且成本低。Si4432的接收靈敏度達到-117 dB，可提供極佳的鏈路質(zhì)量，在擴大傳輸范圍的同時將功耗降至最低；最小濾波帶寬達8 kHz，具有極佳的頻道選擇性；在240～960 MHz頻段內(nèi)，不加功率放大器時的最大輸出功率就可達20 dBm，設(shè)計良好時收發(fā)距離最遠可達2 km。C8051F340也是Silicon Labs公司推出的單片機。具有4 KB的RAM和64 KB的FLASH，片上集成了豐富的外圍模塊(包括串口，SPI，10位A／D轉(zhuǎn)換器等)，很好地滿足了本系統(tǒng)對微控制器的要求；支持快速喚醒和最低0．9 V的供電；有多種電源管理模式(如正常模式、空閑模式、休眠模式等)，內(nèi)部集成的2個內(nèi)建欠壓檢測器分別適用于休眠模式和正常模式，典型休眠模式下電流僅為50 nA。C8051F340包含1個高效率直流升壓轉(zhuǎn)換器，最多提供65 mW給內(nèi)部微控制器和其他元器件，為了減少正常模式下的電池耗電，C8051F340的省電架構(gòu)能將操作模式下的電流減小到170μA／MHz。無線收發(fā)硬件設(shè)計原理圖如圖2所示。

C8051F340可以通過內(nèi)置增強型SPI對Si4432的內(nèi)部寄存器進行讀寫操作，靈活配置各項參數(shù)。通過SPI接口完成對Si4432的初始化配置、讀寫數(shù)據(jù)、訪問FIFO等操作。使用4線SPI，即MOSI、MISO、SCK和SEL。MOSI用于從C8051F340到Si4432的串行數(shù)據(jù)傳輸；MISO用于從Si4432到C8051F340的串行數(shù)據(jù)傳輸；SCK用于同步C8051F340和Si4432之間在MOSI和MISO線上的串行數(shù)據(jù)傳輸；SEL作為片選信號，只有片選信號為低電平時，對Si4432的操作才有效。Si4432的13～16腳是標準的SPI接口，17腳(IRQ)是中斷狀態(tài)輸出引腳。
為了達到較好的通信效果，Si4432的接收低噪聲放大器匹配電路和發(fā)射功率放大器匹配電路的阻容參數(shù)，應(yīng)嚴格按照數(shù)據(jù)手冊提供的參數(shù)選型。前端的分集式電路采用SKY13267，其V1腳和V2腳分別連接Si4432的GPIO1和GPIO2。通過這款交叉開關(guān)實現(xiàn)分集式天線發(fā)送和接收通道的自動切換。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計
軟件的開發(fā)環(huán)境為KeilμVision 3，使用的語言為KeilC51。軟件的功能為完成MCU和Si4432的缺省配置；軟件設(shè)計的目的是完成微控制器和Si4432的初始化配置、數(shù)據(jù)的接收與發(fā)送。