基于PIC的FSK／ASK超外差收發(fā)機的設計

時間：2006-06-12 12:52:00

關鍵字：收發(fā)機 FSK PIC BSP

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[導讀]目前，射頻技術在各個領城都有著廣泛的應用。各種基于射頻妁設備都在向小體積、低功耗、抗干擾、高糾錯的方向發(fā)展，使用分離元件構成的射頻設備已不能滿足需要。因此，使用FSK／ASK調(diào)制的集成射頻收發(fā)芯片便應運而生。本文以PICl6F819單片機和MAXl479、MAXl471為核心器件，設計一款為無線遙控門鎖使用的FSK／ASK超外差射頻收發(fā)機；介紹PICl6F819芯片和MAXl479、MAXl471芯片的性能，詳細討論收發(fā)機的硬件和軟件系統(tǒng)設計并予以實現(xiàn)。

摘要目前，射頻技術在各個領城都有著廣泛的應用。各種基于射頻妁設備都在向小體積、低功耗、抗干擾、高糾錯的方向發(fā)展，使用分離元件構成的射頻設備已不能滿足需要。因此，使用FSK／ASK調(diào)制的集成射頻收發(fā)芯片便應運而生。本文以PICl6F819單片機和MAXl479、MAXl471為核心器件，設計一款為無線遙控門鎖使用的FSK／ASK超外差射頻收發(fā)機；介紹PICl6F819芯片和MAXl479、MAXl471芯片的性能，詳細討論收發(fā)機的硬件和軟件系統(tǒng)設計并予以實現(xiàn)。

關鍵詞 FSK ASK PIC16F819 MAX1479 超外差收發(fā)機

基于FSK／ASK的超外差收發(fā)機在遠程無線進入、汽車胎壓檢測、無線傳感器等方面都有很廣泛的應用。本文以PICl6F819和MAXl471、MAXl479為基本部件，設計并實現(xiàn)FSK／ASK超外差射頻收發(fā)機的過程。

1 元器件的選擇
(1)控制器的選擇
在本系統(tǒng)設計中，需要涉及到以下幾個方面：處理器性能、所支持的開發(fā)工具、處理器的成本和功耗．綜合以上幾個方面考慮，微控制器選擇Microchip公司的一款高性價比的8位微控制器PICl6F819。PICl6FSl9采用20腳貼片封裝，在線方式進行程序調(diào)試和燒寫；可采用內(nèi)部晶振，工作頻率可選31 kHz~8 MHz；工作電壓從2~5.5V；正常工作時使用2V電壓供電、使用內(nèi)部晶振頻率為32kHz、電流為7μA；睡眠狀態(tài)時使用2V電壓供電、電流為0．7μA。
(2)收發(fā)器件的選擇
隨著無線技術的發(fā)展，無線收發(fā)芯片的集成度和性能都得到大幅度提高，芯片性能也各有特色。生產(chǎn)此類芯片的廠商主要有Nordic、TI和Maxim等。選擇無線收發(fā)芯片時，應考慮以下幾點因素：功耗、發(fā)射功率、接收靈敏度、傳輸速率和芯片成本等。Maxim公司的MAXl479和MAXl471分別是超外差射頻發(fā)射機和接收機，都采用+2．1~+3．3V的單電源供電，可以選擇FSK／ASK調(diào)制方式，低工作電流，小貼片封裝。

2 系統(tǒng)硬件構成
2.1 發(fā)射部分
發(fā)射部分由微控制器PICl6F819和射頻發(fā)射芯片MAXl479組成，其系統(tǒng)構成原理圖如圖1所示。

微控制器PICl6F819通過PA口的8個引腳控制MAXl479的發(fā)射工作。MAXl479的主要引腳功能如表l所列。

其中，Mode引腳用于選擇發(fā)射芯片是FSK模式或ASK模式。Enable引腳為高電平，則MAXl179進入發(fā)射狀態(tài)。DIN引腳輸入串行數(shù)據(jù)。
Clk0和Clk1共同決定Clkout引腳的輸出頻率，該頻率可以作為微控制器的時鐘頻率輸入。Clk0和Clkl的狀態(tài)組合如表2所列。

Dev0、Devl、Dev2共同決定FSK調(diào)制時的背離頻率的大小，其組合狀態(tài)表如表3所列。

    發(fā)射的載波頻率由MAXl479所用的晶振決定，晶振同發(fā)射載波頻率間的關系是：
    fXTAL=32×晶振頻率
    如果選擇的發(fā)射載波頻率為315MHz，則所使用品振為9.8437MHz；如發(fā)射載波頻率為433MHz，則所使用品振為13.56MHz。
    MAXl479使用的天線要符合50Ω阻抗匹配，天線可以采用l／4波長的鞭狀天線，也可以使用PCB布線作為天線。
2.2 接收部分
    接收部分由射頻接收芯片MAXl47l和微控制器構成，接收方一般和其他系統(tǒng)連接在一起，故不需要刻意根據(jù)低功耗選擇微控
制器，而是根據(jù)數(shù)據(jù)處理的需要自行選擇。構成框圖如圖2所示。

    MAXl47l需要外接一個lO.7MHz的低通濾波器，晶振的頻率同接收載波的頻率的關系為：
    fRRECEIVE=（fXTAL×32)+l0.7MHz
    如果接收載波的頻率為315MHz，則晶振的頻率為9.509MHz；接收載波的頻率為433.92MHz，則晶振的頻率為13.2256MHz。
MAXl47l的主要引腳如表4所列。

其中，IFIN+MIXOUT、AGND連接10.7MHz的低通濾波器，用于ASK數(shù)據(jù)的解調(diào)。ADATA引腳為高，表示到來的是ASK解調(diào)數(shù)據(jù)；FDATA為高，表示到來的是FSK解調(diào)數(shù)據(jù)。微控制器連接SCLK、CS、DIO引腳對MAXl472內(nèi)部的寄存器進行讀寫。
MAXl471同樣要求50Ω阻抗匹配的天線，可以使用PCB布線作為天線。

3 系統(tǒng)軟件設計
3.1 發(fā)射部分
發(fā)射部分的編程主要是對PIC16F819的操作。程序由PlCl6F8l9初始化、MAXl479初始化和數(shù)據(jù)發(fā)射三部分組成。
對PICl6F819的初始化包括設置內(nèi)部晶振的工作頻率和PA口的狀態(tài)。對MAXl479的初始化包括設置工作模式、晶振輸出頻率選擇和FSK背離頻率的選擇。數(shù)據(jù)發(fā)射部分包括：設置數(shù)據(jù)幀格式、發(fā)送位“0”或“l(fā)”子程序、發(fā)送一個字節(jié)數(shù)據(jù)子程序和循環(huán)發(fā)送多個字節(jié)數(shù)據(jù)子程序。程序流程圖如圖3所示。

3.2 接收部分
接收部分程序主要是微控制器通過SCLK、CS、DIO等引腳對MAX147l內(nèi)部寄存器進行讀寫的過程。
對MAXl471內(nèi)部寄存器進行寫操作的時序圖如圖4所示。CS引腳為低，MAXl47l進入工作狀態(tài)，SCLK引腳產(chǎn)生串行輸入時鐘，DIO向MAXl47l串行輸出命令。命令的格式為；4位命令碼、4位地址、8位數(shù)據(jù)。命令碼共有3個：0x01代表寫、0x02代表讀、0x03代表復位。

對MAXl47l內(nèi)部寄存器進行讀操作的時序圖如圖5所示。CS引腳為低，MAX147l進入工作狀態(tài)，SCLK引腳產(chǎn)生串行輸出時鐘，DI0從MAXl471串行輸出數(shù)據(jù)。當ADATA為高，輸出ASK解調(diào)數(shù)據(jù)；當FDATA為高，輸出FSK解調(diào)數(shù)據(jù)。輸出數(shù)據(jù)遵循同樣的數(shù)據(jù)格式。
MAX147l內(nèi)部常用寄存器和地址的對照表如表5所列。

    以接收315MHz的FSK數(shù)據(jù)為例說明接收數(shù)據(jù)的編程步驟。
    ①寫0x3000對芯片進行復位。
    ②寫0x10f0使能所有的RF和基帶部分。
    ③寫0x135f設置晶振寄存器，芯片工作于315 MHz頻率。
    ④寫0x1120置配置寄存器的FSKCALLSB位，使能FSK校準。
    ⑤寫0x1121開始FSK校準。
    ⑥讀0x2900讀狀態(tài)寄存器位0和位1的狀態(tài)，以確定FSK校準已完成。
    ⑦讀FSK調(diào)試后的數(shù)據(jù)，由微控制器進行處理。

結語
該系統(tǒng)已成功應用在一款無線遙控門鎖上，使用效果良好，可以在20m的距離內(nèi)無誤差的識別不同的電子鑰匙。發(fā)射部分使
用3V的鋰電池供電，發(fā)射時的工作電流在FSK模式為10.5mA，在ASK工作模式為6.7mA。FSK／ASK超外差射頻收發(fā)機由于其自身的優(yōu)點，在無線射頻領域?qū)玫綇V泛的應用。