ＮＲＦ９０５無線收發(fā)芯片原理及設(shè)計實現(xiàn)

摘 要：介紹了無線收發(fā)芯片nRF905的功能，及其與51單片機的接口設(shè)計。單片機可以很容易地通過SPI接口訪問nRF905，功耗低。多頻道多頻段，可以很方便地實現(xiàn)點對點及點對多點無線通信。

關(guān)鍵詞：無線收發(fā)器；SPI接口；單片機

中圖分類號：TP29文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1672-3198（2008）04-0293-02

1 引言

nRF905是Nordic VLSI公司推出的一款無線收發(fā)芯片。32腳封裝（32L QFN 5 x 5mm），供電電壓為1.9～3.6V，工作于433/868/915MHz三個ISM（工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)學(xué)）頻道。可自動處理字頭和CRC（循環(huán)冗余碼校驗）。微處理器可以通過SPI接口及相關(guān)指令訪問nRF905的寄存器。功耗低，高抗干擾GFSK調(diào)制，可跳頻，載波檢測輸出，地址匹配輸出以及數(shù)據(jù)就緒輸出。nRF905適用于遙感、遙測、無線抄表、工業(yè)數(shù)據(jù)采集以及家庭自動化等領(lǐng)域。

2 nRF905簡介

2.1 芯片結(jié)構(gòu)

MOSI/MISO是發(fā)射／接收數(shù)據(jù)的通道；TRX_CE，TX_EN是收／發(fā)通道的控制端；PWR_UP是工作模式控制端；CSN、SCK為串行接口控制端；CD是接收模式下載波監(jiān)測信號輸出端；AM是接收到正確的數(shù)據(jù)包地址后芯片指示信號的輸出端；DR是發(fā)射完一個數(shù)據(jù)包后芯片指示信號的輸出端；uPCLK是芯片提供的一個可設(shè)置的時鐘源信號輸出端；ANT1和ANT2用于天線部分；XC1和XC2外接電路構(gòu)成了晶體振蕩電路。nRF905片內(nèi)集成了電源管理、晶體振蕩器、低噪聲放大器、頻率合成器、功率放大器、通信協(xié)議控制等模塊，曼徹斯特編碼/解碼由片內(nèi)硬件完成，無需用戶對數(shù)據(jù)進行曼徹斯特編碼，因此使用非常方便。可自動處理字頭和ＣＲＣ（循環(huán)冗余碼校驗），使用ＳＰＩ接口與微控制器通信，配置非常方便。由于nRF905采用抗干擾能力強的高斯頻移鍵控（GFSK）調(diào)制方式，抗干擾能力強，能很好的減少噪聲環(huán)境對系統(tǒng)性能的干擾。

2.2 工作模式

nRF905有兩種工作模式和兩種節(jié)能模式。兩種工作模式分別是 接收模式和 發(fā)送模式，兩種節(jié)能模式分別是關(guān) 機模式和空閑模式。nRF905的工作模式由TRX_CE、TX_EN和PWR_UP三個引腳決定。詳見表1。

由于nRF905具有ShockBurstTM功能，使得nRF905不需要使用昂貴的高速微控制處理器（MCU）對數(shù)據(jù)處理／時鐘恢復(fù)，也能達到較高的數(shù)據(jù)率。通過在芯片上將所有的高速信號處理變?yōu)樯漕l通信協(xié)議，nRF905芯片提供了一個具有微控制器能力的SPI接口，數(shù)據(jù)率由具有微控制器功能的接口速率自行設(shè)定。收發(fā)電路的數(shù)字部分是一個低速率電路，而收發(fā)電路的射頻鏈接卻是一個處于最高速率的電路，整個電路要通過變速才能解決速率上的差異。nRF905芯片的ShockBurstTM模式減少了在這一過程中的平均電流消耗。在ShockBurstTMRX模式中，當(dāng)一個有效地址的數(shù)據(jù)包被接收時，能夠通過AM和DR兩個信號外送給MCU。在ShockBurstTMTX模式中，nRF905芯片自動地完成報頭的生成和CRC校驗，當(dāng)發(fā)送過程完成后，能夠通過DR信號外送給MCU，發(fā)送工作已經(jīng)完成。這樣可以降低MCU對內(nèi)存的要求，使得MCU實現(xiàn)了低成本，同時也縮短了軟件的開發(fā)周期。

3 硬件設(shè)計

單片機選用ATMEL公司生產(chǎn)的AT89LV51單片機。它具有低功耗、低電壓（與nRF905共用同一電壓）的特性，它既適合結(jié)構(gòu)比較簡單的應(yīng)用系統(tǒng)，也適合于比較復(fù)雜的實時系統(tǒng)。單片機主要完成兩個方面的工作，一方面完成對射頻芯片通信過程的控制，另一方面通過RS-232總線與上位機相連。由于AT89LV51內(nèi)部沒有集成SPI接口，因此通過軟件模擬的方法來實現(xiàn)與nRF905的SPI通信。硬件連接上，由P2口、P3.2、P3.3、P3.5連接到nRF905模塊的連接器相應(yīng)的引腳上。電路如圖1所示。

4 軟件設(shè)計

4.1 發(fā)射子程序

（1）當(dāng)單片機有數(shù)據(jù)需要發(fā)往規(guī)定節(jié)點時，接收節(jié)點的地址（TX_address）和有效數(shù)據(jù)（TX_payload）通過SPI接口傳送給nRF905，單片機設(shè)置接口速度。

（2）單片機設(shè)置TRX_CE，TX_EN為高電平來啟動傳輸。

（3）nRF905內(nèi)部處理：

無線系統(tǒng)自動上電；

數(shù)據(jù)包完成（加前導(dǎo)碼和CRC校驗碼）；

數(shù)據(jù)包發(fā)送（5Ok， GFSK，曼徹斯特編碼）。

（4）如果AUTO_RETURN被設(shè)置為高電平，nRF905將連續(xù)的發(fā)送數(shù)據(jù)包，直到TRX_CE被設(shè)置為低。

（5）當(dāng)TRX_CE被設(shè)置為低時，nRF905結(jié)束數(shù)據(jù)傳輸并將自己設(shè)置成待機模式。發(fā)送程序流程圖如圖2所示。

4.2 接收子程序

（1）通過設(shè)置TRX_CE高，TX_EN低來選擇RX模式。

（2）650us后，nRF905監(jiān)測空中的信息；

（3）當(dāng)nRF905發(fā)現(xiàn)和接收頻率相同的載波時，載波檢測（CD）被置高；

（4）當(dāng)nRF905接收到有效的地址時，地址匹配（AM）被置高；

（5）當(dāng)nRF905接收到有效的數(shù)據(jù)包（CRC校驗正確）時，nRF905去掉前導(dǎo)碼，地址和CRC位，數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒（DR）被置高；

（6）單片機設(shè)置TRX_CE低，進入待機模式；

（7）單片機以合適的速率通過SPI接口讀出有效數(shù)據(jù)。接收程序流程圖如圖3所示。

5 結(jié)語

利用單片射頻無線收發(fā)芯片 nRF905，容易實現(xiàn)小尺寸、高穩(wěn)定性的無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，通信程序簡單，易于實現(xiàn)，較一般的無線通信系統(tǒng)更具有擴展方便的優(yōu)點。其數(shù)據(jù)傳輸速度快、可靠性高、可移植性強，可廣泛應(yīng)用于各類無線數(shù)據(jù)通信中。

參考文獻

［1］呂躍剛. 基于nRF905無線數(shù)傳模塊的設(shè)計及其實現(xiàn)［J］.微計算機信息，2006，22（11-2），274-275.

［2］侯海嶺，姚年春.無線收發(fā)芯片nRF905的原理及其在單片機系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.儀器儀表用戶，2006，13（3），70-71.

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請以PDF格式閱讀原文。