單片2.4GHz無線收發(fā)芯片nRF24E1的應(yīng)用

摘  要: 本文給出了在一個短程的通信系統(tǒng)中應(yīng)用nRF24E1的實(shí)例。

關(guān)鍵詞: 無線收發(fā)器；nRF24E1

引言
nRF24E1是Nordic公司推出的一顆嵌入了高性能單片機(jī)內(nèi)核的高速1Mbps單片無線收發(fā)芯片。
與藍(lán)牙相比，nRF24E1沒有復(fù)雜的通信協(xié)議，完全對用戶透明，同種產(chǎn)品之間可以自由通信。更重要的，nRF24E1比藍(lán)牙產(chǎn)品更便宜，具有成本優(yōu)勢。所以nRF24E1是業(yè)界體積小、功耗少、外圍元件少的低成本射頻系統(tǒng)級芯片。

nRF24E1
無線收發(fā)一體芯片nRF24E1框圖如圖1所示。
nRF24E1嵌入2.4GHz無線內(nèi)核nRF2401，具有全球開放的2.4GHz頻段，125個頻道，可滿足多頻及跳頻需要。集成增強(qiáng)型8051微處理器內(nèi)核，9路10位ADC，采樣速率100kHz，內(nèi)置電壓基準(zhǔn)、電源檢測，可配置PWM輸出，UART異步串口，SPI同步通信串口；內(nèi)置CRC效驗(yàn)和多點(diǎn)通信控制，適合點(diǎn)對多點(diǎn)通信。
使用1.9~3.6V電源，極少的外圍電路，發(fā)射功率、工作頻率等所有工作參數(shù)全部通過軟件設(shè)置完成，所有高頻元件包括電感、振蕩器等已經(jīng)全部集成在芯片內(nèi)部，一致性良好，性能穩(wěn)定且不受外界影響。而且每個芯片可以通過軟件設(shè)置最多40位地址，只有收到本機(jī)地址時才會輸出數(shù)據(jù)(提供一個中斷指示)，編程很方便。內(nèi)置CRC糾檢錯硬件電路和協(xié)議，對于軟件開發(fā)人員的編程非常方便，由于無需由單片機(jī)完成糾檢錯的運(yùn)算，可以降低無線應(yīng)用開發(fā)的難度。
采用DuoCeiver技術(shù)可以同時接收兩個nRF2401的數(shù)據(jù)。其基本原理是DuoCeiver為同時雙信道接收模式， nRF24E1可以通過一個天線接口從相隔8MHz的兩個1 Mbps發(fā)射機(jī)(例如：nRF24E1，nRF2401或nRF2402)接收數(shù)據(jù)。兩個數(shù)據(jù)信道的輸出反饋到兩套獨(dú)立接口引腳上：
數(shù)據(jù)信道1：CLK1, DATA, DR1
數(shù)據(jù)信道2：CLK2, DOUT2, DR

圖1  nRF24E1框圖


圖 2  DuoCeivertm同時雙接收信道

而DuoCeiver技術(shù)為RX提供兩個獨(dú)立的專用數(shù)字信道，代替了對兩個單獨(dú)接收系統(tǒng)的要求。圖2所示DuoCeiver同時雙接收信道。數(shù)字信道2的頻率比數(shù)字信道1高出8MHz，才能保證正常接收。
nRF24E1還具有高速率1Mbps，高于藍(lán)牙，有高數(shù)據(jù)吞吐量。內(nèi)置WTD看門狗，帶有數(shù)據(jù)時隙和數(shù)據(jù)時鐘恢復(fù)。

應(yīng)用電路


圖3  nRF24E1連接單端50W天線的RF電路

nRF24E1連接單端50W天線的RF電路圖示于圖3。
該電路圖包含了在一個短射程的通信系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)nRF24E1所需的全部電路。布線圖周圍所有用到的數(shù)字I/O信號，A/D輸入均可與用戶使用的外設(shè)部分相聯(lián)。nRF24E1所需的串行EEPROM的程序代碼包含在電路中，EEPROM是標(biāo)準(zhǔn)的2XX320 SPI型。電路自帶供電和接地，這部分應(yīng)用電路的供電應(yīng)與任何高電流的外設(shè)供電濾波分離。單端50W天線使用一個不同的單端匹配網(wǎng)絡(luò)。
實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：
可用頻帶通過局部調(diào)節(jié)來決定；
晶振頻率應(yīng)從4，8，12，16和20MHz這五個配置表指定的不同值中選擇，通常數(shù)據(jù)率為1Mbps時使用16MHz；
數(shù)據(jù)率只能是250kbps或1000kbps；
非嵌入式天線的負(fù)載阻抗為400W?！?

參考文獻(xiàn)
1.  Nordic VLSI. 2.4Ghz RF transceiver with embedded 8051 compatible microcontroller and 9 input, 10 bit ADC. 2003.7
2.  Nordic VLSI. nRF24E1 and nRF24E2 RF layouts. 2003.5