基于MSP430單片機和nRF905的無線通信系統(tǒng)
隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對通信技術(shù)的需求越來越強，擺脫有線網(wǎng)絡(luò)的束縛實現(xiàn)無線通信始終是大家關(guān)心的問題，當(dāng)今無線通信研究越來越熱，應(yīng)用非常廣泛，使人與人之間的通信更加方便快捷，更具有市場發(fā)展前景。
本文以Nordic公司的nRF905作為通訊的核心，設(shè)計了無線通信系統(tǒng)。
系統(tǒng)設(shè)計
無線通信系統(tǒng)，由兩個部分組成：發(fā)送終端，接收終端。數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收顯示是借助于串口來實現(xiàn)的，通過PC機串口給發(fā)送終端送數(shù)據(jù)，然后發(fā)送終端通過nRF905把數(shù)據(jù)發(fā)送出去；接收終端通過nRF905接收數(shù)據(jù)，然后把接收到的數(shù)據(jù)通過串口傳給PC機。系統(tǒng)框圖如圖1所示。
圖1
無線系統(tǒng)的硬軟件設(shè)計
系統(tǒng)的硬件設(shè)計
本系統(tǒng)采用的射頻收發(fā)器為Nordic VLSI公司的nRF905, 工作電壓為1.9～3.6V，工作于433/868/915MHz三個ISM頻段，頻段之間的轉(zhuǎn)換時間小于650us。nRF905由頻率合成器、接收解調(diào)器、功率放大器、晶體振蕩器和調(diào)制器組成，不需外加聲表濾波器。高抗擾GFSK調(diào)制，數(shù)據(jù)速率為50kbps，獨特的載波監(jiān)測輸出，地址匹配輸出，數(shù)據(jù)就緒輸出。ShockBurstTM工作模式，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。此外，其功耗非常低，以-10dBm的輸出功率發(fā)射時電流只有11mA，工作于接收模式時的電流為12.5mA，內(nèi)建空閑模式與關(guān)機模式，易于實現(xiàn)節(jié)能。nRF905的硬件連接電路圖如圖2所示。
采用的微處理器為TI公司的MSP430F149，它是一種超低功耗的混合信號控制器，具有16位RISC結(jié)構(gòu)，CPU中的16個寄存器和常數(shù)產(chǎn)生器使MSP430能達(dá)到最高的代碼效率。單片機通過采用不同的時鐘源工作可以使器件滿足不同功耗要求，適當(dāng)選擇時鐘源，可以讓器件的功耗達(dá)到最小。外設(shè)主要有存儲器、時鐘模塊、定時器、USART和A/D轉(zhuǎn)換器等。
此次設(shè)計主要用到了MSP430F149兩個串口通信模塊USART0和USART1，USART0作為UART使用，提供異步通信，通過MAX3232電平轉(zhuǎn)換芯片提供RS-232接口和PC機進行通信，USART1作為SPI使用，提供同步通信，主要是和nRF905之間進行命令和數(shù)據(jù)通信。把MSP430F149的P2口作為一般引腳使用，與nRF905的其他引腳相連。對MSP430F149提供雙晶振系統(tǒng)，低頻晶振為32.768K，與微控制的XIN和XOUT相連，為RS-232接口提供頻率支持，高頻晶振為8M，和微控制器的XT2相連，為系統(tǒng)運行的主時鐘。系統(tǒng)的整體設(shè)計相對較為簡單，不過在此基礎(chǔ)上可以實現(xiàn)遙測，無線抄表，工業(yè)數(shù)據(jù)采集，機器人控制等。發(fā)送和接收的硬件電路是一樣的，系統(tǒng)設(shè)計主要硬件電路圖如圖3所示。
系統(tǒng)的軟件設(shè)計
系統(tǒng)軟件設(shè)計包括下位機軟件設(shè)計和PC機軟件設(shè)計。前者主要是微控制器通過SPI口對nRF905的控制以及微控制器串口通訊的設(shè)計，后者包括串口通訊模塊、主界面和數(shù)據(jù)庫設(shè)計。
}RFConfig;
RFConfig RxTxConf=
{
10,
0x01, 0x0c, 0x44, 0x20, 0x20, 0xcc,
0xcc, 0xcc, 0xcc, 0x58
};
nRF905提供SPI口的讀寫指令，當(dāng)CSN為低時，SPI接口開始等待一條指令，任何一條新指令均由CSN的由高到底的轉(zhuǎn)換開始。下面主要介紹nRF905的發(fā)送流程和接收流程。
發(fā)送流程：
A．當(dāng)微控制器有數(shù)據(jù)要發(fā)送時，通過SPI接口，按時序把接收機的地址和要發(fā)送的數(shù)據(jù)送傳給nRF905，SPI接口的速率在通信協(xié)議和器件配置時確定；
B．微控制器置高TRX_CE和TX_EN，激發(fā)nRF905的ShockBurstTM發(fā)送模式；
C．nRF905的ShockBurstTM發(fā)送：射頻寄存器自動開啟；數(shù)據(jù)打包(加字頭和CRC校驗碼)；發(fā)送數(shù)據(jù)包；當(dāng)數(shù)據(jù)發(fā)送完成，數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好引腳被置高；
D．當(dāng)TRX_CE被置低，nRF905發(fā)送過程完成，自動進入空閑模式。
ShockBurstTM工作模式保證，一旦發(fā)送數(shù)據(jù)的過程開始，無論TRX_EN和TX_EN引腳是高或低，發(fā)送過程都會被處理完。只有在前一個數(shù)據(jù)包被發(fā)送完畢，nRF905才能接受下一個發(fā)送數(shù)據(jù)包。
接收流程：
A．當(dāng)TRX_CE為高、TX_EN為低時，nRF905進入ShockBurstTM接收模式；
B．650us后，nRF905不斷監(jiān)測，等待接收數(shù)據(jù)；
C．當(dāng)nRF905檢測到同一頻段的載波時，載波檢測引腳被置高；
D．當(dāng)接收到一個相匹配的地址，地址匹配引腳被置高；
E．當(dāng)一個正確的數(shù)據(jù)包接收完畢，nRF905自動移去字頭、地址和CRC校驗位，然后把數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好引腳置高
F．微控制器把TRX_CE置低，nRF905進入空閑模式；
G．微控制器通過SPI口，以一定的速率把數(shù)據(jù)移到微控制器內(nèi)；
H．當(dāng)所有的數(shù)據(jù)接收完畢，nRF905把數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好引腳和地址匹配引腳置低；
I．nRF905此時可以進入ShockBurstTM接收模式、ShockBurstTM發(fā)送模式或關(guān)機模式。
MSP430F149的串口通訊程序設(shè)計，主要是設(shè)定傳輸?shù)乃俾蕿?800bps，數(shù)據(jù)傳輸為8位數(shù)，1個停止位，無奇偶校驗。根據(jù)相應(yīng)的發(fā)送端和接收端來設(shè)定發(fā)送模塊和接收模塊使能，發(fā)送中斷和接收中斷使能。
在PC機軟件設(shè)計中，串口通信模塊負(fù)責(zé)PC機與下位機之間的數(shù)據(jù)通信。而主界面和數(shù)據(jù)庫設(shè)計主要是方便對接收的數(shù)據(jù)進行管理。
實驗測試分析
在發(fā)送和接收時利用示波器和萬用表對nRF905的相關(guān)引腳進行測量分析如下：
發(fā)射時nRF905的分析情況如表1所示。
接收時nRF905的分析情況如表2所示。
結(jié)語
本設(shè)計實現(xiàn)了基于MSP430F149和nRF905的無線通信。發(fā)送端和接收端之間的距離為80米，之間沒有任何有線連接，通過發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)，在接收端能正確接收數(shù)據(jù)并顯示在PC機上。實驗表明，該系統(tǒng)實時性好，性能可靠。
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