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1、1无线收发芯片原理及设计 实现摘 要：介绍了无线收发芯片 nRF905 的功能，及其与 51 单片机的接口设计。单片机可以很容易地通过 SPI 接口访问 nRF905，功耗低。多频道多频段，可以很方便地实现点对点及点对多点无线通信。 关键词：无线收发器；SPI 接口；单片机 1 引言 nRF905 是 Nordic VLSI 公司推出的一款无线收发芯片。32 脚封装（32L QFN 5 x 5mm），供电电压为 1.93.6V，工作于 433/868/915MHz 三个 ISM（工业、科学和医学）频道。可自动处理字头和 CRC（循环冗余码校验）。微处理器可以通过 SPI接口及相关指令访问 nR
2、F905 的寄存器。功耗低，高抗干扰 GFSK 调制，可跳频，载波检测输出，地址匹配输出以及数据就绪输出。nRF905 适用于遥感、遥测、无线抄表、工业数据采集以及家庭自动化等领域。 2 nRF905 简介 2.1 芯片结构 MOSI/MISO 是发射接收数据的通道；TRX_CE，TX_EN 是收发通道的控制端；PWR_UP 是工作模式控制端；CSN、SCK 为串行接口控制端；CD 是接收模式下载波监测信号输出端；AM 是接收到正确的数据包地址后芯片指示信号的输出端；DR 是发射完一个数据包后芯片指示信号的输出端；uPCLK 是芯片提供的一个可设置的时钟源信号输出端；ANT1 和 ANT2 用
3、于天线部分；XC1 和 XC2 外接2电路构成了晶体振荡电路。nRF905 片内集成了电源管理、晶体振荡器、低噪声放大器、频率合成器、功率放大器、通信协议控制等模块，曼彻斯特编码/解码由片内硬件完成，无需用户对数据进行曼彻斯特编码，因此使用非常方便。可自动处理字头和（循环冗余码校验），使用接口与微控制器通信，配置非常方便。由于 nRF905 采用抗干扰能力强的高斯频移键控（GFSK）调制方式，抗干扰能力强，能很好的减少噪声环境对系统性能的干扰。 2.2 工作模式 nRF905 有两种工作模式和两种节能模式。两种工作模式分别是 接收模式和 发送模式，两种节能模式分别是关 机模式和空闲模式。nRF
4、905 的工作模式由TRX_CE、TX_EN 和 PWR_UP 三个引脚决定。详见表 1。 由于 nRF905 具有 ShockBurst TM 功能，使得 nRF905 不需要使用昂贵的高速微控制处理器（MCU）对数据处理时钟恢复，也能达到较高的数据率。通过在芯片上将所有的高速信号处理变为射频通信协议，nRF905 芯片提供了一个具有微控制器能力的 SPI 接口，数据率由具有微控制器功能的接口速率自行设定。收发电路的数字部分是一个低速率电路，而收发电路的射频链接却是一个处于最高速率的电路，整个电路要通过变速才能解决速率上的差异。nRF905 芯片的ShockBurst TM 模式减少了在这一
5、过程中的平均电流消耗。在ShockBurst TM RX 模式中，当一个有效地址的数据包被接收时，能够通过 AM 和 DR 两个信号外送给 MCU。在 ShockBurst TM TX 模式中，nRF905 芯片自动地完成报头的生成和 CRC 校验，当发送过程完成后，能够通过DR 信号外送给 MCU，发送工作已经完成。这样可以降低 MCU 对内存的要求，使得 MCU 实现了低成本，同时也缩短了软件的开发周期。 33 硬件设计 单片机选用 ATMEL 公司生产的 AT89LV51 单片机。它具有低功耗、低电压（与 nRF905 共用同一电压）的特性，它既适合结构比较简单的应用系统，也适合于比较复
6、杂的实时系统。单片机主要完成两个方面的工作，一方面完成对射频芯片通信过程的控制，另一方面通过 RS-232 总线与上位机相连。由于 AT89LV51内部没有集成 SPI 接口，因此通过软件模拟的方法来实现与 nRF905 的 SPI 通信。硬件连接上，由 P2 口、P3.2、P3.3、P3.5 连接到 nRF905 模块的连接器相应的引脚上。电路如图 1 所示。 4 软件设计 4.1 发射子程序 （1）当单片机有数据需要发往规定节点时，接收节点的地址（TX_address）和有效数据（TX_payload）通过 SPI 接口传送给 nRF905，单片机设置接口速度。 （2）单片机设置 TRX_
7、CE，TX_EN 为高电平来启动传输。 （3）nRF905 内部处理： 无线系统自动上电； 数据包完成（加前导码和 CRC 校验码）； 数据包发送（5Ok， GFSK，曼彻斯特编码）。 （4）如果 AUTO_RETURN 被设置为高电平，nRF905 将连续的发送数据包，直到 TRX_CE 被设置为低。 （5）当 TRX_CE 被设置为低时，nRF905 结束数据传输并将自己设置成待机模式。发送程序流程图如图 2 所示。 44.2 接收子程序 （1）通过设置 TRX_CE 高，TX_EN 低来选择 RX 模式。 （2）650us 后，nRF905 监测空中的信息； （3）当 nRF905 发现
8、和接收频率相同的载波时，载波检测（CD）被置高； （4）当 nRF905 接收到有效的地址时，地址匹配（AM）被置高； （5）当 nRF905 接收到有效的数据包（CRC 校验正确）时，nRF905 去掉前导码，地址和 CRC 位，数据准备就绪（DR）被置高； （6）单片机设置 TRX_CE 低，进入待机模式； （7）单片机以合适的速率通过 SPI 接口读出有效数据。接收程序流程图如图 3所示。 5 结语 利用单片射频无线收发芯片 nRF905，容易实现小尺寸、高稳定性的无线数据传输系统，通信程序简单，易于实现，较一般的无线通信系统更具有扩展方便的优点。其数据传输速度快、可靠性高、可移植性强，可广泛应用于各类无线数据通信中。 参考文献 1 吕跃刚. 基于 nRF905 无线数传模块的设计及其实现J.微计算机信息，2006，22（11-2），274-275. 2 侯海岭，姚年春.无线收发芯片 nRF905 的原理及其在单片机系统中的应用J.仪器仪表用户，2006，13（3），70-71.
