基于MSP430單片機(jī)和nRF905的無(wú)線通信系統(tǒng)

引言 
　　隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對(duì)通信技術(shù)的需求越來(lái)越強(qiáng)，擺脫有線網(wǎng)絡(luò)的束縛實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信始終是大家關(guān)心的問(wèn)題，當(dāng)今無(wú)線通信研究越來(lái)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(chǎng)發(fā)展前景。

       本文以Nordic公司的nRF905作為通訊的核心，設(shè)計(jì)了無(wú)線通信系統(tǒng)。

　　系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　無(wú)線通信系統(tǒng)，由兩個(gè)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(lái)實(shí)現(xiàn)的，通過(guò)PC機(jī)串口給發(fā)送終端送數(shù)據(jù)，然后發(fā)送終端通過(guò)nRF905把數(shù)據(jù)發(fā)送出去；接收終端通過(guò)nRF905接收數(shù)據(jù)，然后把接收到的數(shù)據(jù)通過(guò)串口傳給PC機(jī)。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1

無(wú)線系統(tǒng)的硬軟件設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

　　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(gè)ISM頻段，頻段之間的轉(zhuǎn)換時(shí)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(dú)特的載波監(jiān)測(cè)輸出，地址匹配輸出，數(shù)據(jù)就緒輸出。ShockBurstTM工作模式，自動(dòng)處理字頭和CRC(循環(huán)冗余碼校驗(yàn))，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(shí)電流只有11mA，工作于接收模式時(shí)的電流為12.5mA，內(nèi)建空閑模式與關(guān)機(jī)模式，易于實(shí)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T(mén)I公司的MSP430F149，它是一種超低功耗的混合信號(hào)控制器，具有16位RISC結(jié)構(gòu)，CPU中的16個(gè)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(jī)通過(guò)采用不同的時(shí)鐘源工作可以使器件滿(mǎn)足不同功耗要求，適當(dāng)選擇時(shí)鐘源，可以讓器件的功耗達(dá)到最小。外設(shè)主要有存儲(chǔ)器、時(shí)鐘模塊、定時(shí)器、USART和A/D轉(zhuǎn)換器等。

        此次設(shè)計(jì)主要用到了MSP430F149兩個(gè)串口通信模塊USART0和USART1，USART0作為UART使用，提供異步通信，通過(guò)MAX3232電平轉(zhuǎn)換芯片提供RS-232接口和PC機(jī)進(jìn)行通信，USART1作為SPI使用，提供同步通信，主要是和nRF905之間進(jìn)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(duì)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(yùn)行的主時(shí)鐘。系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)相對(duì)較為簡(jiǎn)單，不過(guò)在此基礎(chǔ)上可以實(shí)現(xiàn)遙測(cè)，無(wú)線抄表，工業(yè)數(shù)據(jù)采集，機(jī)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(jì)主要硬件電路圖如圖3所示。

系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)包括下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)和PC機(jī)軟件設(shè)計(jì)。前者主要是微控制器通過(guò)SPI口對(duì)nRF905的控制以及微控制器串口通訊的設(shè)計(jì)，后者包括串口通訊模塊、主界面和數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)。

　　}RFConfig;
   　　RFConfig RxTxConf=
   　　{
             　　10,
           　　0x01, 0x0c, 0x44, 0x20, 0x20, 0xcc, 
           　　0xcc, 0xcc, 0xcc, 0x58
   　　};
　　nRF905提供SPI口的讀寫(xiě)指令，當(dāng)CSN為低時(shí)，SPI接口開(kāi)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(kāi)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(shí)，通過(guò)SPI接口，按時(shí)序把接收機(jī)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(shí)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(dòng)開(kāi)啟；數(shù)據(jù)打包(加字頭和CRC校驗(yàn)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(guò)程完成，自動(dòng)進(jìn)入空閑模式。

　　ShockBurstTM工作模式保證，一旦發(fā)送數(shù)據(jù)的過(guò)程開(kāi)始，無(wú)論TRX_EN和TX_EN引腳是高或低，發(fā)送過(guò)程都會(huì)被處理完。只有在前一個(gè)數(shù)據(jù)包被發(fā)送完畢，nRF905才能接受下一個(gè)發(fā)送數(shù)據(jù)包。

　　接收流程：

　　A．當(dāng)TRX_CE為高、TX_EN為低時(shí)，nRF905進(jìn)入ShockBurstTM接收模式；

　　B．650us后，nRF905不斷監(jiān)測(cè)，等待接收數(shù)據(jù)；

　　C．當(dāng)nRF905檢測(cè)到同一頻段的載波時(shí)，載波檢測(cè)引腳被置高；

　　D．當(dāng)接收到一個(gè)相匹配的地址，地址匹配引腳被置高；

　　E．當(dāng)一個(gè)正確的數(shù)據(jù)包接收完畢，nRF905自動(dòng)移去字頭、地址和CRC校驗(yàn)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(jìn)入空閑模式；

　　G．微控制器通過(guò)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(shí)可以進(jìn)入ShockBurstTM接收模式、ShockBurstTM發(fā)送模式或關(guān)機(jī)模式。

　　MSP430F149的串口通訊程序設(shè)計(jì)，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(gè)停止位，無(wú)奇偶校驗(yàn)。根據(jù)相應(yīng)的發(fā)送端和接收端來(lái)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(jī)軟件設(shè)計(jì)中，串口通信模塊負(fù)責(zé)PC機(jī)與下位機(jī)之間的數(shù)據(jù)通信。而主界面和數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)主要是方便對(duì)接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行管理。
　　
　　實(shí)驗(yàn)測(cè)試分析

　　在發(fā)送和接收時(shí)利用示波器和萬(wàn)用表對(duì)nRF905的相關(guān)引腳進(jìn)行測(cè)量分析如下：

　　發(fā)射時(shí)nRF905的分析情況如表1所示。

接收時(shí)nRF905的分析情況如表2所示。

結(jié)語(yǔ)

　　本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了基于MSP430F149和nRF905的無(wú)線通信。發(fā)送端和接收端之間的距離為80米，之間沒(méi)有任何有線連接，通過(guò)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(jī)上。實(shí)驗(yàn)表明，該系統(tǒng)實(shí)時(shí)性好，性能可靠。