《片24GHz无线收发一体芯片nRF2401及其应用》由会员分享,可在线阅读,更多相关《片24GHz无线收发一体芯片nRF2401及其应用(23页珍藏版)》请在金锄头文库上搜索。
1、单片2.4GHz无线收发一体芯片nRF2401及其应用 -摘要:nRF2401是挪威Nordic公司推出的单片2.4GHz无线收发一体芯片。它将射频、8051MCU、9通道位ADC、外围元件、电感和滤波器全部集成到单芯片中,并采用.GHz频带和.18工艺,可提供ShockBurst、DuoCeiver、片上CRC以及地址计算编码等功能。文章详细介绍了nRF2401的结构特点、引脚功能和工作原理,给出了它的典型应用电路。关键词:无线收发器;ShockBurst;DuoCeiver;nRF2401概述无线收发一体芯片和蓝牙一样,都工作在自由频段,能够在全球无线市场畅通无阻。支持多点间通信,最高传输
2、速率超过,而且比蓝牙具有更高的传输速度。它采用方法设计,只需少量外围元件便可组成射频收发电路。与蓝牙不同的是,没有复杂的通信协议,它完全对用户透明,同种产品之间可以自由通信。更重要的是,比蓝牙产品更便宜。所以是业界体积最小、功耗最少、外围元件最少的低成本射频系统级芯片。主要特点和引脚功能的引脚排列如图(顶视图)所示。它采用的引脚封装。的主要特点如下:采用全球开放的.频段,有个频道,可满足多频及跳频需要;速率()高于蓝牙,且具有高数据吞吐量;外围元件极少,只需一个晶振和一个电阻即可设计射频电路;发射功率和工作频率等所有工作参数可全部通过软件设置;电源电压范围为.,功耗很低;电流消耗很小,输出功率
3、时的典型峰值电流为.;芯片内部设置有专门的稳压电路,因此,使用任何电源(包括开关电源)均有很好的通信效果;每个芯片均可以通过软件设置最多地址,而且只有收到本机地址时才会输出数据(提供一个中断指示),同时编程也很方便;内置纠检错硬件电路和协议;采用技术可同时接收两个的数据;采用模式时,能适用极低的功率操作和不严格的执行;带有集成增强型内核、路、异步串口、串口和输出;内置看门狗;无需外部滤波器;可检验;带有数据时隙和数据时钟恢复功能。工作原理的内部结构原理及外部组成框图如图所示,下面介绍其工作原理。模式的 模式采用片上先进先出()来进行低数据率的时钟同步和高数据率的传输,因此极大的降低了功耗。发射
4、主要通过接口引脚、和来完成。当请求发送数据时,置为高电平,此时的接收机地址和有效载荷数据作为的内部时钟,可用请求协议或将速率调至;置为低电平可激活发射。接收主要使用接口引脚、和来实现。当正确设置射频包输入载荷的地址和大小后,置为高电平可激活。此后便可在监测信息输入,若收到有效数据包,则给一个中断并置为高电平,以使以时钟形式输出有效载荷数据,待系统收到全部数据后再置为低此时如果保持高电平,则等待新的数据包。若置低电平,则开始接收新的序列。的双信道接收模式的技术为提供了两个独立的专用数字信道,因而可代替两个单独接收系统。图所示是同时双接收信道结构图。可以通过一个天线接口从相隔的两个接收机上接收数据
5、。同时将两个数字信道的输出反馈到两个单独的接口。具体的两个信道如下:数字信道:,;数字信道:,;应当说明的是,数字信道的频率只有在比数字信道的频率高出时,才能保证正常接收。图4典型应用的电源电压范围为.,可工作在的温度范围内。灵敏度为。图是的一个典型应用电路。该电路由陶瓷电容器()、无线电收发器()以及一个晶振组成,由图可见,该电路外围元nrf2401 中文资料(2) nRF2401 的收发模式有ShockBurstTM 收发模式和直接收发模式两种,收发模式由器件配置字决定,具体配置将在器件配置部分详细介绍。3.1.1 ShockBurstTM 收发模式ShockBurstTM 收发模式下,使
6、用片内的先入先出堆栈区,数据低速从微控制器送入,但高速(1Mbps)发射,这样可以尽量节能,因此,使用低速的微控制器也能得到很高的射频数据发射速率。与射频协议相关的所有高速信号处理都在片内进行,这种做法有三大好处:尽量节能;低的系统费用(低速微处理器也能进行高速射频发射);数据在空中停留时间短,抗干扰性高。nRF2401 的ShockBurstTM 技术同时也减小了整个系统的平均工作电流。在ShockBurstTM 收发模式下,nRF2401 自动处理字头和CRC 校验码。在接收数据时,自动把字头和CRC 校验码移去。在发送数据时,自动加上字头和CRC 校验码,当发送过程完成后,数据准备好引脚
7、通知微处理器数据发射完毕。3.1.1.1 ShockBurstTM 发射流程接口引脚为CE,CLK1,DATAA. 当微控制器有数据要发送时,其把CE 置高,使nRF2401 工作;B. 把接收机的地址和要发送的数据按时序送入nRF2401;C. 微控制器把CE 置低,激发nRF2401 进行ShockBurstTM 发射;D. nRF2401 的ShockBurstTM 发射 给射频前端供电; 射频数据打包(加字头、CRC 校验码); 高速发射数据包; 发射完成,nRF2401 进入空闲状态。3.1.1.2 ShockBurstTM 接收流程接口引脚CE、DR1、CLK1 和DATA(接收通
8、道1)A. 配置本机地址和要接收的数据包大小;B. 进入接收状态,把CE 置高;C. 200us 后,nRF2401 进入监视状态,等待数据包的到来;D. 当接收到正确的数据包(正确的地址和CRC 校验码),nRF2401 自动把字头、地址和CRC 校验位移去;E. nRF2401 通过把DR1(这个引脚一般引起微控制器中断)置高通知微控制器;F. 微控制器把数据从nRF2401 移出;G. 所有数据移完,nRF2401 把DR1 置低,此时,如果CE 为高,则等待下一个数据包,如果CE 为低,开始其它工作流程。3.1.2 直接收发模式在直接收发模式下,nRF2401 如传统的射频收发器一样工
9、作。3.1.2.1 直接发送模式接口引脚为CE、DATAA. 当微控制器有数据要发送时,把CE 置高;B. nRF2401 射频前端被激活;C. 所有的射频协议必须在微控制器程序中进行处理(包括字头、地址和CRC 校验码)。3.1.2.2 直接接收模式接口引脚为CE、CLK1 和DATAA. 一旦nRF2401 被配置为直接接收模式,DATA 引脚将根据天线接收到的信号开始高低变化(由于噪声的存在);B. CLK1 引脚也开始工作;C. 一旦接收到有效的字头,CLK1 引脚和DATA 引脚将协调工作,把射频数据包以其被发射时的数据从DATA 引脚送给微控制器;D. 这头必须是8 位;E. DR
10、 引脚没用上,所有的地址和CRC 校验必须在微控制器内部进行。3.2 配置模式在配置模式,15 字节的配置字被送到nRF2401,这通过CS、CLK1 和DATA 三个引脚完成,具体的配置方法请参考本文的器件配置部分。3.3 空闲模式nRF2401 的空闲模式是为了减小平均工作电流而设计,其最大的优点是,实现节能的同时,缩短芯片的起动时间。在空闲模式下,部分片内晶振仍在工作,此时的工作电流跟外部晶振的频率有关,如外部晶振为4MHz 时工作电流为12uA,外部晶振为16MHz 时工作电流为32uA。在空闲模式下,配置字的内容保持在nRF2401 片内。3.4 关机模式在关机模式下,为了得到最小的
11、工作电流,一般此时的工作电流小于1uA。关机模式下,配置字的内容也会被保持在nRF2401 片内,这是该模式与断电状态最大的区别。4. 器件配置nRF2401 的所有配置工作都是通过CS、CLK1 和DATA 三个引脚完成,把其配置为ShockBurstTM 收发模式需要15 字节的配置字,而如把其配置为直接收发模式只需要2 字节的配置字。由上文对nRF2401 工作模式的介绍,我们可以知道,nRF2401 一般工作于ShockBurstTM 收发模式,这样,系统的程序编制会更加简单,并且稳定性也会更高,因此,下文着重介绍把nRF2401 配置为ShockBurstTM 收发模式的器件配置方法
12、。ShockBurstTM 的配置字使nRF2401 能够处理射频协议,在配置完成后,在nRF2401 工作的过程中,只需改变其最低一个字节中的内容,以实现接收模式和发送模式之间切换。ShockBurstTM 的配置字可以分为以下四个部分:数据宽度:声明射频数据包中数据占用的位数。这使得nRF2401 能够区分接收数据包中的数据和CRC 校验码;地址宽度:声明射频数据包中地址占用的位数。这使得nRF2401 能够区分地址和数据;地址:接收数据的地址,有通道1 的地址和通道2 的地址;CRC:使nRF2401 能够生成CRC 校验码和解码。当使用nRF2401 片内的CRC 技术时,要确保在配置
13、字中CRC 校验被使能,并且发送和接收使用相同的协议。nRF2401 配置字的各个位的描述如表3 所示。在配置模式下,注意保证PWR_UP 引脚为高电平,CE 引脚为低电平。配置字从最高位开始,依次送入nRF2401。在CS 引脚的下降沿,新送入的配置字开始工作。5. 应用电路为了您的安全,请只打开来源可靠的网址 打开网站取消来自: http:/ 模块简介:RF2401SE无线通讯模块,采用2.4G全球开放ISM频段免许可证使用,最高工作速率达1Mbps,125频道满足多点通信和跳频通信需要,体积小巧约34mm*17mm*1mm,高效GFSK调制,抗干扰能力强,特别适合工业控制领域二、 产品特点: