nRf2401+CP2102實(shí)現(xiàn)USB2.0無線測控網(wǎng)絡(luò)

前言

　　nRf2401是挪威Nordic公司推出的單片2.4GHz無線收發(fā)一體芯片，支持多點(diǎn)間通信，最高傳輸速率達(dá)到1Mbit/s，可以用于無線網(wǎng)絡(luò)中。USB2.0口傳輸速率是480Mbps，有即插即用和熱插拔功能。接口提供內(nèi)置電源，可以向外設(shè)提供5V和最多500mA的電源。因此在以計(jì)算機(jī)為上位機(jī)的控制系統(tǒng)中，USB口比較適合作為計(jì)算機(jī)與測控網(wǎng)絡(luò)的接口。

　　USB接口器件的開發(fā)過程比較復(fù)雜，開發(fā)者需要知道USB協(xié)議、USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序開發(fā)、主機(jī)應(yīng)用程序開發(fā)等知識，使用USB-UART橋接電路CP2102可以避免上述麻煩。

　　1系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想及nRf2401和CP2102介紹

　　系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想如圖1所示。系統(tǒng)是由 CP2102、nRF2401、單片機(jī)等組成。

　　圖1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想

　　nRF2401是業(yè)界體積最小、功耗最低、外圍元件最少的低成本射頻芯片。有125個(gè)頻道，速率(0~1Mbps)、發(fā)射功率和工作頻率等所有工作參數(shù)可編程設(shè)置。每個(gè)芯片可以通過軟件設(shè)置最多40bit地址，而且只有收到本機(jī)地址時(shí)才會(huì)輸出數(shù)據(jù)。內(nèi)置CRC糾檢錯(cuò)硬件電路和協(xié)議。nRf2401內(nèi)置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器和調(diào)制器等功能模塊。工作于2.4～2.5GHz ISM自由頻段，采用SoC方法設(shè)計(jì)，只需少量外圍元件便可組成射頻收發(fā)電路。nRF2401沒有復(fù)雜的通信協(xié)議，它完全對用戶透明，同種產(chǎn)品之間可以自由通信。

　　CP2102是美國Silicon公司生產(chǎn)的高集成度USB-UART橋接電路。它們能夠用最簡單的外部電路、最少的外部器件簡便實(shí)現(xiàn)USB2.0到UART的轉(zhuǎn)換。

　　使用CP2102作為USB接口器件最大的特點(diǎn)是開發(fā)方便：①廠商免費(fèi)提供適用于Windows(含Windows CE)、Linux等操作系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)程序。驅(qū)動(dòng)程序?qū)⒂?jì)算機(jī)的USB口虛擬成一個(gè)COM口，計(jì)算機(jī)使用普通操作串口的命令訪問虛擬COM口。②內(nèi)置USB2.0全速功能控制器、USB收發(fā)器、48MHz內(nèi)部晶體振蕩器、1KB字節(jié) E2PROM及異步串行數(shù)據(jù)總線(UART)，電路無需任何外部的USB器件。③CP2102的UART接口波特率為300bps～921.6kbps，可以滿足無線網(wǎng)絡(luò)的傳輸要求。

　　2硬件電路的實(shí)現(xiàn)

　　上位機(jī)系統(tǒng)電路如圖2所示。單片機(jī)選用ATmega16，是ATMEL公司生產(chǎn)的高性能、低功耗的8 位AVR? 微處理器，采用先進(jìn)的RISC 結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)吞吐率高達(dá)1 MIPS/MHz。片內(nèi)集成有16K 字節(jié)可編程Flash、512 字節(jié)的E2PROM、1K字節(jié)的SRAM、兩個(gè)可編程 的串行UART和可工作于主機(jī)/從機(jī)模式的SPI 串行接口。