ＮＲＦ９０５无线收发芯片原理及设计实现

　　摘 要：介绍了无线收发芯片nrf905的功能，及其与51单片机的接口设计。单片机可以很容易地通过spi接口访问nrf905，功耗低。多频道多频段，可以很方便地实现点对点及点对多点无线通信。
　　关键词：无线收发器；spi接口；单片机
　　
　　1 引言
　　
　　nrf905是nordic vlsi公司推出的一款无线收发芯片。32脚封装（32l qfn 5 x 5mm），供电电压为1.9～3.6v，工作于433/868/915mhz三个ism（工业、科学和医学）频道。可自动处理字头和crc（循环冗余码校验）。微处理器可以通过spi接口及相关指令访问nrf905的寄存器。功耗低，高抗干扰gfsk调制，可跳频，载波检测输出，地址匹配输出以及数据就绪输出。nrf905适用于遥感、遥测、无线抄表、工业数据采集以及家庭自动化等领域。
　　
　　2 nrf905简介
　　
　　2.1 芯片结构
　　mosi/miso是发射／接收数据的通道；trx_ce，tx_en是收／发通道的控制端；pwr_up是工作模式控制端；csn、sck为串行接口控制端；cd是接收模式下载波监测信号输出端；am是接收到正确的数据包地址后芯片指示信号的输出端；dr是发射完一个数据包后芯片指示信号的输出端；upclk是芯片提供的一个可设置的时钟源信号输出端；ant1和ant2用于天线部分；xc1和xc2外接电路构成了晶体振荡电路。nrf905片内集成了电源管理、晶体振荡器、低噪声放大器、频率合成器、功率放大器、通信协议控制等模块，曼彻斯特编码/解码由片内硬件完成，无需用户对数据进行曼彻斯特编码，因此使用非常方便。可自动处理字头和ｃｒｃ（循环冗余码校验），使用ｓｐｉ接口与微控制器通信，配置非常方便。由于nrf905采用抗干扰能力强的高斯频移键控（gfsk）调制方式，抗干扰能力强，能很好的减少噪声环境对系统性能的干扰。
　　2.2 工作模式
　　 nrf905有两种工作模式和两种节能模式。两种工作模式分别是 接收模式和 发送模式，两种节能模式分别是关 机模式和空闲模式。nrf905的工作模式由trx_ce、tx_en和pwr_up三个引脚决定。详见表1。

　　由于nrf905具有shockbursttm功能，使得nrf905不需要使用昂贵的高速微控制处理器（mcu）对数据处理／时钟恢复，也能达到较高的数据率。通过在芯片上将所有的高速信号处理变为射频通信协议，nrf905芯片提供了一个具有微控制器能力的spi接口，数据率由具有微控制器功能的接口速率自行设定。收发电路的数字部分是一个低速率电路，而收发电路的射频链接却是一个处于最高速率的电路，整个电路要通过变速才能解决速率上的差异。nrf905芯片的shockbursttm模式减少了在这一过程中的平均电流消耗。在shockbursttmrx模式中，当一个有效地址的数据包被接收时，能够通过am和dr两个信号外送给mcu。在shockbursttmtx模式中，nrf905芯片自动地完成报头的生成和crc校验，当发送过程完成后，能够通过dr信号外送给mcu，发送工作已经完成。这样可以降低mcu对内存的要求，使得mcu实现了低成本，同时也缩短了软件的开发周期。
　　
　　3 硬件设计
　　
　　单片机选用atmel公司生产的at89lv51单片机。它具有低功耗、低电压（与nrf905共用同一电压）的特性，它既适合结构比较简单的应用系统，也适合于比较复杂的实时系统。单片机主要完成两个方面的工作，一方面完成对射频芯片通信过程的控制，另一方面通过rs-232总线与上位机相连。由于at89lv51内部没有集成spi接口，因此通过软件模拟的方法来实现与nrf905的spi通信。硬件连接上，由p2口、p3.2、p3.3、p3.5连接到nrf905模块的连接器相应的引脚上。电路如图1所示。
　　

　　4 软件设计
　　
　　4.1 发射子程序
　　（1）当单片机有数据需要发往规定节点时，接收节点的地址（tx_address）和有效数据（tx_payload）通过spi接口传送给nrf905，单片机设置接口速度。
　　（2）单片机设置trx_ce，tx_en为高电平来启动传输。
　　（3）nrf905内部处理：
　　无线系统自动上电；
　　 数据包完成（加前导码和crc校验码）；
　　数据包发送（5ok， gfsk，曼彻斯特编码）。
　　（4）如果auto_return被设置为高电平，nrf905将连续的发送数据包，直到trx_ce被设置为低。
　　（5）当trx_ce被设置为低时，nrf905结束数据传输并将自己设置成待机模式。发送程序流程图如图2所示。

　　4.2 接收子程序
　　（1）通过设置trx_ce高，tx_en低来选择rx模式。
　　（2）650us后，nrf905监测空中的信息；
　　（3）当nrf905发现和接收频率相同的载波时，载波检测（cd）被置高；
　　（4）当nrf905接收到有效的地址时，地址匹配（am）被置高；
　　（5）当nrf905接收到有效的数据包（crc校验正确）时，nrf905去掉前导码，地址和crc位，数据准备就绪（dr）被置高；
　　（6）单片机设置trx_ce低，进入待机模式；
　　（7）单片机以合适的速率通过spi接口读出有效数据。接收程序流程图如图3所示。
　　
　　5 结语
　　
　　利用单片射频无线收发芯片 nrf905，容易实现小尺寸、高稳定性的无线数据传输系统，通信程序简单，易于实现，较一般的无线通信系统更具有扩展方便的优点。其数据传输速度快、可靠性高、可移植性强，可广泛应用于各类无线数据通信中。
　　
　　参考文献
　　［1］吕跃刚. 基于nrf905无线数传模块的设计及其实现［j］.微计算机信息，2006，22（11-2），274-275.
　　［2］侯海岭，姚年春.无线收发芯片nrf905的原理及其在单片机系统中的应用［j］.仪器仪表用户，2006，13（3），70-71.

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