基于PIC的無線數(shù)據(jù)傳輸發(fā)射機(jī)設(shè)計

    摘要：以PIC單片機(jī)和CC1000為核心器件，設(shè)計并實現(xiàn)無線數(shù)據(jù)傳輸發(fā)射機(jī)；介紹PIC16C73芯片和CC1000芯片的性能，詳細(xì)討論發(fā)射機(jī)的硬件和軟件系統(tǒng)設(shè)計并予以實現(xiàn)。

    關(guān)鍵詞：無線數(shù)據(jù) 傳輸發(fā)射機(jī) PIC CC1000

本文介紹以PIC16C73和CC1000為基本部件，設(shè)計并實現(xiàn)無線數(shù)據(jù)傳輸發(fā)射機(jī)的過程。

1 PIC16C73及CC1000簡介

PIC16C73是Microchip公司生產(chǎn)的一種高性價比的8位嵌入式微控制器。CC1000是為在無線條件下應(yīng)用所設(shè)計的一種極低功率單芯片射頻收發(fā)器。它主要是為315、433、868和915MHz的ISM和SRD設(shè)備所設(shè)計，可以編程工作在300～1000MHz范圍之間的任一頻率上。它具有極低的電流消耗、高靈敏度、體積小、低供電電壓、FSK數(shù)據(jù)傳輸率可達(dá)76.8kbps、FSK調(diào)制頻譜修正等特點，它還為用戶提供了簡單易用的開發(fā)包。使用CC1000芯片設(shè)計電路簡單，不需要使用極少的外部元件、不需要外部射頻轉(zhuǎn)換和中頻濾波器。

2 系統(tǒng)設(shè)計

本無線數(shù)據(jù)傳輸發(fā)射機(jī)框圖如圖1所示。

圖中，PIC16C73接收數(shù)字或模擬信號，經(jīng)過緩存、組幀后，將數(shù)據(jù)傳送到射頻發(fā)射機(jī)，由CC1000實現(xiàn)FSK調(diào)制后發(fā)射出去。

本設(shè)計中PIC16C73的振蕩周期為4MHz，指令周期為1μs。CC1000工作在發(fā)射狀態(tài)，發(fā)射頻率306.874457MHz，頻偏64kHz，速率7638Kbps，發(fā)射功率10dBm。發(fā)射數(shù)據(jù)采用自定義幀格式，其格式為：

4字節(jié)位同步字—0AAH，0AAH，0AAH，0AAH；

2字節(jié)幀同步字（3位0加13位巴克碼）—1FH，35H；

1字節(jié)地址或命令；

50字節(jié)數(shù)據(jù)。

上述57字節(jié)組成一幀，每兩幀之間間隔為8.25ms。

3 硬件設(shè)計

單片機(jī)PCI16C73與CC1000的連接如圖2所示。

    單片機(jī)通過對3-wire串行設(shè)置接口（PDATA，PCLK和PALE）編程，使CC1000處在不同工作模式下。為實現(xiàn)數(shù)據(jù)回讀，PDATA必須使能雙向引腳，另一個雙向引腳被用來實現(xiàn)數(shù)據(jù)（DIO）的發(fā)送和接收。提供數(shù)據(jù)定位的位置寄存器，完全設(shè)置CC1000需要發(fā)送29個16位的數(shù)據(jù)幀（7位地址位、1位讀/寫位和8位數(shù)據(jù)位）。

    在每個寫循環(huán)中，編程數(shù)據(jù)PDATA線上都發(fā)送16位數(shù)據(jù)，每個數(shù)據(jù)幀中前7位為地址位，下一位是讀/寫位（高電平寫，低電平讀），后8位是數(shù)據(jù)。在地址和讀/寫位傳送過程中，程序地址鎖存器使能PALE線必須保持低電平，然后傳送8位數(shù)據(jù)位。PDATA上的數(shù)據(jù)同步在編程時鐘PCLK的負(fù)沿完成。當(dāng)D0，即8位數(shù)據(jù)位的最后一位已經(jīng)載入時，數(shù)據(jù)就會被載入內(nèi)部設(shè)置寄存器，時序如圖3所示。

    這些設(shè)置寄存器也可被單片機(jī)通過同樣的設(shè)置接口讀取。7位地址首先被發(fā)送，然后讀/寫位被置為低來，開始數(shù)據(jù)回讀，時序如圖4所示。

4 軟件設(shè)計

4.1 總體流程圖

軟件采用模塊化程序設(shè)計方法，圖5是總體流程。

    4.2 初始化

初始化是一項十分重要的工作，需要分別對PIC16C73和CC1000兩個芯片進(jìn)行初始化。由于本設(shè)計中要完成PC機(jī)與PIC之間的異步通信和PIC的模/數(shù)據(jù)換功能，所以除了PIC16C73的各個PORT端口外，還應(yīng)對串行通信接口SCI部件和A/D轉(zhuǎn)換部件等進(jìn)行初始化。在單片機(jī)初始化完成后，通過它對CC1000進(jìn)行初始化，使其工作在發(fā)射模式，其流程如圖6所示。

4.3 中斷服務(wù)子程序設(shè)計

PIC16C73有多達(dá)11種中斷源，本設(shè)計使用了其中的SCI異步接收中斷和A/D轉(zhuǎn)換完成中斷。初始化工作完成后，當(dāng)單片機(jī)通過SCI接收完一字節(jié)數(shù)據(jù)后就會產(chǎn)生SCI接收中斷，另外，當(dāng)單片機(jī)完成一次A/D后也會產(chǎn)生中斷。在產(chǎn)品中斷后，程序即進(jìn)入中斷服務(wù)子程序，要完成數(shù)據(jù)的緩存、緩存管理及組幀、數(shù)據(jù)傳送工作。

圖6

    緩存管理的目的是使用者能夠清楚地知道當(dāng)前存儲數(shù)據(jù)和發(fā)送數(shù)據(jù)的進(jìn)程。具體實現(xiàn)方法是在PIC16C73通用寄存器里開辟一個數(shù)據(jù)緩存區(qū)，由50個寄存器組成，同時自定義收發(fā)數(shù)據(jù)計數(shù)器RX_IF0和TX_IF0.RX_IF0是接收數(shù)據(jù)計數(shù)器，其中存放的值表示PIC16C73接收到第幾個數(shù)據(jù)，每接收到一個數(shù)據(jù)，就將RX_IF0加1，同時寄存器地址加1，以便接收下一個數(shù)據(jù)。當(dāng)RX_IF0的值等于50時表示接收完一幀數(shù)據(jù)。TX_IF0是發(fā)送數(shù)據(jù)計數(shù)器，其中存在的值表示PIC16C73向CC1000發(fā)送了幾個數(shù)據(jù)，PIC每發(fā)送完一個數(shù)據(jù)，就把TX_IF0加1。同時寄存器地址加1，以便發(fā)送下一個數(shù)據(jù)。TX_IF0等于50時，表示已發(fā)送完一幀數(shù)據(jù)。中斷服務(wù)子程序流程如圖7所示。

編寫的程序經(jīng)過調(diào)試，通過編譯生成機(jī)器碼，將其寫入PIC，再將PIC嵌入發(fā)射機(jī)電路，連接正確后，經(jīng)過調(diào)試達(dá)到了無線發(fā)射機(jī)的功效。