對LPC900系列單片機在射頻數(shù)傳模塊中的研究

當前許多應用領(lǐng)域都采用無線方式進行數(shù)據(jù)傳輸，無線數(shù)據(jù)傳輸是指利用無線傳輸模塊將工業(yè)現(xiàn)場設備輸出的各種物理量進行遠程傳輸，如果傳輸?shù)氖情_關(guān)量，也可以做到遠程設備遙測遙控。

　　無線數(shù)傳設備DTD433可以提供高穩(wěn)定、高可靠、低成本的數(shù)據(jù)傳輸。它提供了透明的RS232/RS485接口，具有安裝維護方便、繞射能力強、組網(wǎng)結(jié)構(gòu)靈活、大范圍覆蓋等特點，適合于點多而分散、地理環(huán)境復雜等應用場合。該設備提供點對點通信，也可以實現(xiàn)點對多點通信，不需要編寫程序，不需要布線。一般電工調(diào)試也可以通過。無線數(shù)據(jù)傳輸設備廣泛應用于無線數(shù)傳領(lǐng)域，典型應用包括遙控、遙感、遙測系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集、檢測、報警、過程控制等環(huán)節(jié)。

　　1 射頻數(shù)傳模塊開發(fā)平臺的構(gòu)建

　　建立軟硬件開發(fā)平臺是模塊開發(fā)的首要任務，比較了幾種射頻數(shù)傳模塊方案，最后決定采用由LPC900系列FLASH單片機和CC1000射頻傳輸芯片為主芯片的開發(fā)方案。

　　1.1 主芯片簡介

　　LPC2900 FLASH單片機是恩智浦半導體（NXP Semiconductors）（由飛利浦創(chuàng)建的獨立半導體公司）發(fā)布了LPC2900系列微控制器，進一步擴展了其ARM7和ARM9微控制器業(yè)界最廣泛的生產(chǎn)線。恩智浦LPC2900基于廣受歡迎的、高性能的ARM968E-S處理器，針對工業(yè)、醫(yī)療、發(fā)動機控制和汽車電子行業(yè)內(nèi)的應用，為設計師提供一個具有高成本效益、靈活的、低功耗的解決方案。

　　CC1000是根據(jù)Chipcon公司的SmartRF技術(shù)，在0.35μm CMOS 工藝下制造的一種理想的超高頻單片收發(fā)通信芯片。它的工作頻帶在315、868及915MHz，但CC1000很容易通過編程使其工作在300～1000MHz范圍內(nèi)。它具有低電壓（2.3～3.6V），極低的功耗，可編程輸出功率（-20～10dBm），高靈敏度（一般-109dBm），小尺寸（TSSOP-28封裝），集成了位同步器等特點。其FSK數(shù)傳可達72.8Kbps，具有250Hz步長可編程頻率能力，適用于跳頻協(xié)議；主要工作參數(shù)能通過串行總線接口編程改變，使用非常靈活。

　　1.2 開發(fā)平臺構(gòu)建

　　LPC900系列單片機提供了較為完善的軟硬件開發(fā)工具，在系統(tǒng)開發(fā)中采用TKS932仿真器，用于系統(tǒng)的仿真、調(diào)試。該仿真器支持目前流行的KEILC公司的μVisionⅡ集成開發(fā)環(huán)境。

　　通過自行設計的射頻模塊開發(fā)板以及附加一些輔助電路，配合TKS932仿真器及軟件開發(fā)工具μVisionⅡ，構(gòu)成的射頻數(shù)傳模塊開發(fā)平臺的框圖如圖1所示。

　　PC機的COM1口與TKS932仿真器進行通信，對模塊軟件進行軟、硬件仿真。COM2口則與LPC922進行通訊，一方面可以把軟件調(diào)試信息更加直觀地反映出來，配合軟件調(diào)試；另一方面可以通過該串口接收或者發(fā)送數(shù)據(jù)到射頻模塊。

　　2 軟件開發(fā)及調(diào)試

　　2.1 數(shù)傳模塊軟件基本結(jié)構(gòu)說明

　　射頻傳輸芯片CCl000具有3種狀態(tài)：IDEL（空閑），RX（接收數(shù)據(jù)），TX（發(fā)送數(shù)據(jù)）。整體上看，這是個具有3種狀態(tài)的狀態(tài)機模型，狀態(tài)之間的相互轉(zhuǎn)換見圖2。模塊主程序除了完成基本的芯片初始化工作外，程序的運行主要是根據(jù)在CC1000的DCLK管腳產(chǎn)生的中斷，由中斷管理程序進行狀態(tài)檢測及切換.

　　2.2 軟件調(diào)試開發(fā)中遇到的問題分析

　　該開發(fā)平臺采用的軟件開發(fā)環(huán)境為μVisionⅡ。該環(huán)境內(nèi)嵌多種符合當前工業(yè)標準的開發(fā)工具，可以完成從工程建立和管理、編譯、連接、目標代碼的生成，軟件仿真，硬件仿真等完整的開發(fā)流程。即使不使用C語言而僅用匯編語言編程，其方便的集成環(huán)境、強大的軟件仿真調(diào)試工具也會令開發(fā)進度大大加快。但是其開發(fā)環(huán)境又有其自身的特色，需要對其中一些特殊的問題加以考慮。

　　2.2.1 程序中的關(guān)鍵字

　　在進行程序設計時不能使用C51編譯器的關(guān)鍵字來定義變量名或者函數(shù)名。C51是區(qū)別大、小字母的，而關(guān)鍵字都是小寫字母。

　　一些函數(shù)定義從字面上看沒有問題，但在編譯時均指示錯誤，查看C51關(guān)鍵字有關(guān)目錄，查出原因在于變量參數(shù)data為其關(guān)鍵字，造成了編譯時的錯誤。

　　下面列出了一些常用的關(guān)鍵字，在程序設計時定義變量或函數(shù)名時應特別注意避免使用：

　　_at_，alien，bdata，bit，code，data，idata，large，pdata，sbit，sfr，sfrl6，smal，task，using，xdata，priority。

　　2.2.2 BIT和SBIT的區(qū)別和全局變量、局部變量的使用

　　bit主要用位變量操作。sbit雖然也是用于位變量的操作，但其使用范圍較bit更廣泛。sbit不僅可以用于定義可位尋址寄存器的各個位，使我們可以對寄存器進行位操作，sbit的另一個重要作用在于構(gòu)建類似于共用體數(shù)據(jù)類型，這種數(shù)據(jù)類型在LPC922與CC1000的串行／并行數(shù)據(jù)相互轉(zhuǎn)換中起著重要的作用。例如：

　　unsigned char bdata myDatas2；／／定義一個可位尋址的全局變量

　　／／定義變量的各個位

　　sbit cDatas0=myDatas2＾O；

　　sbit cDatasl=myDatas2＾l；

　　sbit cDatas2=myDatas2＾2；

　　sbit cDatas3=myDatas2＾3；

　　sbit eDatas4=myDatas2＾4；

　　sbit eDatas5=myDatas2＾5；

　　sbit cDatas6=myDatas2＾6；

　　sbit cDatas7=myDatas2＾7；

　　在這里myDatas2既可以作為一個8位的變量使用，同時各個位也可以單獨使用，這在串／并數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的場合是很有用的。特別需要注意的是，myDatas2這個可位尋址變量必須以全局變量的形式予以定義，如果定義為局部變量，編譯器也將產(chǎn)生錯誤。

　　2.2.3 UART通訊和函數(shù)調(diào)用

　　在進行硬件仿真時，需要進行LPC922與PC機之間的UART串行通信，這樣可以把有關(guān)調(diào)試信息直觀地顯示在超級終端上。初期一直存在無法通信問題，為此調(diào)試了有關(guān)串口讀寫的底層代碼。

　　原來的單片機與PC機串口通訊寫程序如下：

　　原來的UART寫字符串函數(shù)writeln是通過調(diào)用putchar函數(shù)來進行的，但在硬件仿真時一直出錯，當把這部分程序單獨分離出來進行仿真時，卻未出現(xiàn)問題。后來分析考慮推想可能原因是：C51由于內(nèi)部堆?？臻g的限制，在函數(shù)調(diào)用時，提供的是一種壓縮棧，每個過程被給定一個空間用于存放局部變量，過程中的每個變量都存放在這個空間的固定位置，當多重調(diào)用或者遞歸調(diào)用這個過程時，會導致變量被覆蓋而出錯。此時應把該函數(shù)定義為可重入函數(shù)，但是再入函數(shù)因為要做一些特殊的處理，一般運行起來都比較慢。在這個程序中寫UART操作對函數(shù)putchar調(diào)用時，程序的其他部分也在調(diào)用該函數(shù)，覆蓋了傳遞給putchar函數(shù)的參數(shù)，導致程序運行出錯。于是對程序做了修改如下：

　　修改過的程序與原來程序差別在于不再進行putchar函數(shù)調(diào)用，而直接進行有關(guān)操作。修改后再進行硬件仿真，問題得到了很好的解決。由此可以看到，LPC900單片機由于內(nèi)部堆棧資源有限，在程序設計時當發(fā)現(xiàn)程序運行異常時，應特別注意函數(shù)調(diào)用帶來的問題。當然出現(xiàn)這個問題還可能會有其他方面的原因。

　　2.2.4 看門狗

　　當系統(tǒng)處于一些比較惡劣環(huán)境（工控、底層采集等），如果系統(tǒng)的抗干擾沒有做好，則容易出現(xiàn)"死機"現(xiàn)象，這時硬件電路并沒有損壞，只是內(nèi)部程序運行出現(xiàn)錯誤，必須復位才能恢復，這時可用"看門狗"來解決問題?？撮T狗定時器子系統(tǒng)可通過復位使系統(tǒng)從錯誤的操作中恢復。但是任何事情都有其兩面性，當軟件沒能在定時器溢出之前將其清零或者重新賦值，看門狗定時器就會導致系統(tǒng)產(chǎn)生一次復位，從而產(chǎn)生錯誤。

　　仿真開發(fā)板上采用的是LPC922，因此對其復位時的有關(guān)看門狗的寄存器進行了具體分析，最后發(fā)現(xiàn)問題是由于沒有在一定的時間內(nèi)及時對看門狗進行重新的配置參數(shù)造成的。通過對WDCON，WDL，WFEED1，WFEED2這4個與看門狗有關(guān)的寄存器進行合理配置，很好地解決了程序復位問題。

　　2.2.5 LPC900讀操作和CC1000寄存器讀寫

　　LPC900系列單片機通常也具有51單片機的一些特點，在使用時也應注意。當其I／O口作為輸入口使用時，有2種工作方式，即讀端口和讀引腳。讀端口實際上并不從外部讀入數(shù)據(jù)，而只是把端口鎖存器的內(nèi)容讀到內(nèi)部總線，經(jīng)過某種運算或者變換后，再寫回到端口鎖存器。

　　讀引腳時才真正地把外部的數(shù)據(jù)讀入到內(nèi)部總線。這時要先通過指令，把端口鎖存器置1，然后再進行讀引腳操作，否則就可能讀錯。在LPC922讀寫CC1000寄存器過程中涉及到有關(guān)讀引腳操作問題，應區(qū)別這2種工作方式。

　　3 結(jié)語

　　在本文介紹的開發(fā)平臺上利用LPC900系列單片機實現(xiàn)了根據(jù)不同的應用需要對射頻模塊上CC1000寄存器進行有效的參數(shù)讀寫配置控制，初步達到了設計要求。對軟件開發(fā)中所遇到問題的分析討論，在LPC900系列單片機的應用開發(fā)中也具有較廣泛的實際意義。