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陕西快乐十分走势图app:兼容RS-232的點對點無線接口設計

更新日期:2008-01-14  作者:  來源:光學精密機械網(www.uvcfk.com)收集整理

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來源:今日電子/21IC  作者:威??埔媧?a href='//www.uvcfk.com/elec_article' target=_blank>電子有限公司 王飛 趙輝 姚曉亮


本文設計了基于RF芯片nRF2401的兼容RS-232的無線數傳???,給出了系統的硬件電路及相關軟件設計的解決方案。


前言
隨著通信、信息技術和微電子技術的飛速發展,短距離無線通信的應用步伐不斷加快。在短距離無線數據通信中,目前最為成熟的三個標準是:Bluetooth, 802.11(Wi_Fi)和IrDA。RFID和UWB憑借其獨有的特點成為短距離無線數據傳輸技術的后起之秀。



RS-232接口標準是一種廣泛的普及標準,但此標準推出較早,在現代金融、保險、電信和電子化網絡中已暴露出明顯的問題:信號線易受外界干擾;RS-232采取不平衡傳輸方式,其共模抑制能力差,再加上雙絞線上的分布電容,其傳送距離最大約為15m。由于上述問題的存在,導致RS-232串口數據線對電壓浪涌特別敏感。目前,非交流電源線路的浪涌所引起的損害占據全部浪涌損害的一大部分。其后果是:硬件損壞、數據丟失、通信中斷以及由此引起?;?。



為了改進RS-232通信距離短、易受外界干擾的缺點和滿足PC系統需要增加無線數據傳輸功能的需要,設計了基于RF芯片nRF2401的兼容RS232的無線數傳???。


 


系統設計
nRF2401采用 5mm×5mm的24引腳QFN封裝,具有突發傳遞和直接傳遞兩種工作模式。突發傳遞模式以低速率向nRF2401寫入待發數據,以高速率無線傳輸,盡量降低功耗。直接傳遞模式與傳統RF器件工作模式一致。



圖1 TTL/ RS232的邏輯電平轉換電路



nRF2401的主要特點:
● 全球開放的2.4GHz頻段,125個頻道,滿足多頻及跳頻需要。
● 高速率( 1Mb/s),優于藍牙技術。
● 外圍元件極少,電壓范圍為1.9~3.6V,電流消耗很小,功耗很低。
● 發射功率和工作頻率等所有工作參數可全部通過軟件設置。
● 芯片內部設有專門的穩壓電路,且無須外部SAW濾波器。
● 獨特設計:采用DuoCeiver 技術可同時接收兩個nRF2401的數據。
● 可通過軟件設置最多40位地址,且只有收到本機地址時才會輸出數據。
● 內置CRC校驗硬件電路和協議,有數據時隙和數據時鐘恢復功能。



1 nRF2401的高頻頭設計
nRF2401芯片以及其外圍元件電路組成了發送接收?????悸塹降绱偶嬡菪?,nRF2401的應用電路單獨做成一塊PCB。高頻??槭褂盟鉖CB,PCB設計中大量使用過孔,使頂層和底層的地充分接觸,PCB的空余部分大面積連續接地。



圖2 MCU與nRF2401的直連方式



2 接口電路設計
RS232信號在正負電平之間擺動。發送數據時,發送端驅動器輸出正電平在+5~+15V,負電平在-5~-15V。從開始傳送數據到結束,線上電平從TTL電平到RS-232電平再返回TTL電平。接收器典型的工作電平在+3~+12V與-3~-12V。選用MAX3232芯片作TTL/ RS232的邏輯電平轉換。圖1為TTL/ RS232邏輯電平轉換的原理圖電路。其中C16、C20使用1uF獨石電容,C17、C19使用0.1μF獨石電容。




MCU與nRF2401的連接采用I/O口直接連接方式。原理圖如圖2所示。連接電路中采用電阻分壓網絡來實現AT89S52與 nRF2401的數據交互。



3 軟件設計
nRF2401的ShockBurstTM RX/TX模式采用片上 FIFO來進行低數據率的時鐘同步和高數據率的傳輸,因此極大地降低了功耗。ShockBurstTM發射主要通過MCU接口引腳CE、CLK1和DATA來完成。當MCU請求發送數據時,置CE為高電平,此時的接收機地址和有效載荷數據作為nRF2401的內部時鐘,可用請求協議或MCU將速率調至1Mb/s;置CE為低電平可激活ShockBurstTM發射。nRF2401在突發模式下的幀格式如表1所示。



圖3 程序流程圖



程序流程圖如圖3所示。
nRF2401具有144位狀態字??刂破鶻玭RF2401設置為配置方式,然后由通道1向nRF2401寫入狀態字的配置值,寫時高位在前。配置方式下控制器寫狀態字的過程與激活方式下向nRF2401寫入數據的過程完全相同,都經由CLK、DR和DATA組成的三線接口完成。



在配置模式下,將nRF2401配置為ShockBurstTM收發模式,該模式下使nRF2401能夠處理射頻協議,在配置完成后,在nRF2401工作過程中,只需改變其最低一字節中的內容,以實現接收模式和發送模式的轉換。ShockBurstTM的配置字由數據寬度、地址寬度、地址和CRC四部分組成。



程序中對狀態字后的120位進行配置,其值為0x20 4000 DDDDDD DD 00CC CCCC CC83 6E05。配置后nRF2401的通道1數據段長度為8字節,地址段長度為32位,通道1硬件地址為0x CCCCCCCC,使能16位CRC校驗,單通道接收,工作于突發傳遞模式下,通信速率為1Mb/s,晶振頻率為16MHz,輸出功率-5dbm,工作頻段為2402MHz。



①發送、接收數據的程序設計
   void ShockBurstTrans(){
  unsigned char ByteNum;
  MODE_RT;
  Delay202();
  for(ByteNum=0;ByteNum<14;ByteNum++)
   WriteTo2401(TXData[i]);
  CE=0;
  DATA=0;
   }
   數據接收設置為中斷服務程序方式。中斷服務程序如下:
   void ReceiveShock()interrupt 0 using 3{
   unsigned char ByteNum;
   DATA=1;
   for(ByteNum=0;


ByteNum<8;ByteNum++)
    RXData[ByteNum]=ReadFrom2401();
   }
② 串行口程序設計
采用中斷方式進行串口管理。串行通信中對數據流的處理采用突發處理方式。針對RAM空間有限的情況,利用軟件模擬FIFO寄存器結構。
串口的接收和發送工作是相對獨立的,構建兩個環形緩沖區來實現具有FIFO功能的緩沖區隊列。每一個環形緩沖區都對應有寫入(Ptr_Wr)和讀出(Ptr_ Rd)兩個指針,從寫指針到讀指針之間的相對區域存儲的是待發送或已接收的數據,兩個指針的前后次序通過標志位(bFlag_Order)判別,當它們的位置重合時則表示沒有有效數據。讀寫指針相對位置與存儲的數據之間的關系如圖4所示。陰影部分表示有效數據。



圖4 讀寫指針相對位置與存儲數據之間的關系示意圖



    
結論
隨著Internet的飛速發展,從WAN到MAN,再到LAN、PAN,這些技術已逐漸成熟。無線網絡在各類網絡中最具增長潛力。由于各種無線標準自身的技術也有待于不斷完善和提高,無線技術的應用還有很大的市場空間。



nRF2401是一款性價比很高的單片無線收發芯片,利用AT89S52和nRF2401芯片設計的無線數據傳輸系統,成本低,體積小,應用靈活,具有良好的通用性和可靠性。/通過調試結果表明,nRF2401芯片可以與微控制器連接實現無線數據通信,進而實現了PC之間的無線通信,并且通信質量可靠穩定。

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