引言
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(shì)。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(gè)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(dòng)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(dòng)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(gè)16位精簡(jiǎn)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(jiǎn)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(chǔ)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(dòng)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(shí),用中斷請(qǐng)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(shí)鐘條件下運(yùn)行時(shí),芯片的電流為200~400μA左右,時(shí)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(gè)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(zhǎng)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(cuò)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(cuò)功能和CRC16檢錯(cuò)功能。內(nèi)部具有FIFO和DIRECT兩種工作模式:FIFO模式簡(jiǎn)單易用,對(duì)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(duì)MCU要求較高,需要MCU處理各種糾檢錯(cuò)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(huì)產(chǎn)生12 MHz的時(shí)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。