專利名稱：一種基于無線射頻芯片的數(shù)據(jù)傳輸模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種基于無線射頻芯片的數(shù)據(jù)傳輸模塊，它與射頻技術(shù)、集成電 路技術(shù)有關(guān)，屬于無線通信模塊技術(shù)領(lǐng)域。
二、背景技術(shù)隨著射頻技術(shù)、集成電路技術(shù)的發(fā)展，無線通信功能的實現(xiàn)越來越容易，數(shù)據(jù)傳輸 速度也越來越快，并且逐漸達(dá)到可以和有線數(shù)據(jù)傳輸相媲美的水平。無線通訊傳輸技術(shù)具 有成本低、無需通訊電纜、不受應(yīng)用環(huán)境限制、組態(tài)靈活、重構(gòu)性強(qiáng)等優(yōu)點，因而在工業(yè)生 產(chǎn)、醫(yī)療電子、智能家居、社區(qū)安全等方面有著越來越多的應(yīng)用。
三、發(fā)明內(nèi)容1、目的本實用新型的目的是提供新型的一種基于無線射頻芯片的數(shù)據(jù)傳輸模塊，此模塊 具有結(jié)構(gòu)簡單、配置靈活、傳輸可靠、通用性強(qiáng)、成本低的顯著特點。2、技術(shù)方案(1)功能原理新型無線數(shù)傳模塊通過嵌入式ARM7 (ARM-Advanced RISC Machines，一類微處理 器的通稱)芯片LPC2148對無線射頻芯片XE1205進(jìn)行配置和讀寫控制，使用簡單的阻抗匹 配電路、時鐘振蕩電路、射頻開關(guān)電路，實現(xiàn)了無線數(shù)據(jù)收發(fā)功能。(2)技術(shù)方案本實用新型一種基于無線射頻芯片的數(shù)據(jù)傳輸模塊，它由硬件結(jié)構(gòu)和軟件設(shè)計兩 部分組成。1)硬件結(jié)構(gòu)本實用新型一種基于無線射頻芯片的數(shù)據(jù)傳輸模塊的硬件結(jié)構(gòu)，由微處理器芯片 即ARM7芯片、無線射頻芯片、串口芯片以及射頻收發(fā)鏈路構(gòu)成。它們之間的位置連接關(guān)系 如圖1所示ARM7芯片通過數(shù)據(jù)總線連接無線射頻芯片，對其進(jìn)行參數(shù)配置和數(shù)據(jù)收發(fā)控 制，并通過串口與外界設(shè)備(計算機(jī)或其他主控設(shè)備)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互無線射頻芯片通過發(fā) 射鏈路和接收鏈路與單刀雙擲射頻開關(guān)(選用AS213-92型)相連射頻開關(guān)通過收發(fā)控制 線接收ARM7芯片控制信號，經(jīng)由天線收發(fā)數(shù)據(jù)。所述ARM7芯片，其型號為LPC2148，是Philip (飛利浦)公司推出的基于ARM7 TDMI (T-支持16位壓縮指令集；D-支持片上調(diào)試；M-內(nèi)嵌硬件乘法器；I-嵌入式ICE在線 仿真器，支持片上輔助調(diào)試)內(nèi)核的精簡指令系統(tǒng)的32位高速處理器。芯片集成度非常 高，內(nèi)嵌40Kb (千比特)的靜態(tài)RAM (Random Access Memory,隨機(jī)存取存儲器)和512KbkB 的Flash (閃速)存儲器，片內(nèi)集成ADC (Analog to Digital Converter，模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換 器)、DAC(Digital to Analog Converter，數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器)、看門狗、實時時鐘RTC(Real TimeClock)、2 個 UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter,通用異步接收 /發(fā)送裝置)、2個I2C(Inter-Integrated Circuit總線，兩線式串行總線)還有SPI (Serial Peripheral interface,串行外圍設(shè)備接口)等多個總線接口，及USB2. 0 (Universal Serial Bus 2. 0，通用串行總線2. 0)全速接口； 128位寬度的存儲器接口和獨特的加速結(jié) 構(gòu)使32位代碼能夠在最大時鐘速率下運行，實現(xiàn)最高60MHz (兆赫茲)的工作頻率；通過片 內(nèi)Boot (引導(dǎo))裝載程序?qū)崿F(xiàn)在系統(tǒng)編程/在應(yīng)用編程(ISP/IAP)；其工作電壓為3. 3V，內(nèi) 核工作電壓僅為2. 5V，大大降低了芯片的功耗；具有2種低功耗模式空閑和掉電，因此可 根據(jù)需要設(shè)置不同的工作方式，降低系統(tǒng)功耗。此外，芯片采用超小的LQFP64封裝，使得系 統(tǒng)的微型化得到保證，而且電路相對簡單，降低了開發(fā)和生產(chǎn)的成本。它負(fù)責(zé)對無線射頻芯片進(jìn)行參數(shù)配置和數(shù)據(jù)收發(fā)控制，并通過串口與外界設(shè)備 (計算機(jī)或其他主控設(shè)備)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。無線射頻芯片通過發(fā)射鏈路和接收鏈路與單刀 雙擲射頻開關(guān)AS213-92相連，實現(xiàn)半雙工的射頻信號收發(fā)。該發(fā)射鏈路是發(fā)射無線信號的 通道；該接收鏈路是接收無線信號的通道；無線射頻芯片與AMR7芯片通過5根引腳連線實 現(xiàn)數(shù)據(jù)傳遞，其管腳編號、名稱與相應(yīng)功能如表1所示。所述無線射頻芯片，其型號為XE1205，是美國SEMTECH公司的半雙工無線收發(fā)器， 它工作于433MHz、915MHz (兆赫茲)等無需牌照的ISM(工業(yè)、科技、醫(yī)療)頻段，并可通過 改變外圍匹配電路和內(nèi)部配置寄存器，將工作頻段擴(kuò)展至180MHz至1GMHz(1G = 1024M)， 工作頻率穩(wěn)定可靠，符合歐洲ETSI (歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會)(EN300-220-1和EN301-439-3)及 FCC(美國聯(lián)邦通信委員會)15. 247和15. 249認(rèn)證規(guī)格，滿足無線管制要求，無需申請頻率 使用許可證。在寬帶應(yīng)用中，其數(shù)據(jù)率可達(dá)304Kbps (千比特/秒)，在25KHz帶寬的窄帶應(yīng) 用中，其數(shù)據(jù)率也可達(dá)4. 8Kbps。芯片內(nèi)的信號調(diào)制技術(shù)采用的是連續(xù)相位二級頻移鍵控 (CPFSK)調(diào)制，抗干擾能力強(qiáng)。此外，它具有體積小、性能優(yōu)異、外圍元件少、超低功率、使用 方便和便于設(shè)計生產(chǎn)等特點。芯片典型參數(shù)如表2所示。無線射頻芯片XE1205內(nèi)建一個位同步器和一個模式識別器，可實現(xiàn)檢出接收數(shù) 據(jù)中的特定數(shù)據(jù)序列的功能。在接收到指定的數(shù)據(jù)序列以后，模式識別器輸出模式識別匹 配成功中斷信號，此數(shù)據(jù)序列檢測功能極大地減輕了外圍控制芯片的負(fù)荷。無線射頻芯片XE1205外部的控制芯片通過SPI (串行外設(shè)接口)總線對無線射 頻芯片XE1205進(jìn)行配置數(shù)據(jù)讀寫和收發(fā)數(shù)據(jù)讀寫，接口簡單。該芯片內(nèi)部寄存器控制著 工作頻率、帶寬、頻率分辨率、比特率、發(fā)射功率等重要參數(shù)，可根據(jù)需要實時改變芯片的工 作狀態(tài)，保證設(shè)計靈活性。該芯片還提供IRQO (0中斷)、IRQld中斷)兩根中斷信號線， 在不同工作模式下，可根據(jù)芯片內(nèi)部寄存器配置參數(shù)，提供相應(yīng)的中斷信號，如接收/發(fā)送 FIFO(先進(jìn)先出寄存器)滿/空信號、模式識別匹配成功信號、檢測到超出閾值強(qiáng)度信號等， 方便外圍設(shè)備響應(yīng)；此外，外圍設(shè)備也可以通過配置寄存器SPI總線，讀出相應(yīng)位置的寄存 器來查詢芯片工作狀態(tài)。無線射頻芯片XE1205的收發(fā)數(shù)據(jù)與配置數(shù)據(jù)使用了兩套SPI總線，其中MISO (主 機(jī)輸入從機(jī)輸出)、M0SI (主機(jī)輸出從機(jī)輸入)、SCK(總線同步時鐘)是共用的，通過不同的 片選信號來區(qū)分MISO和MOSI上數(shù)據(jù)是芯片所收發(fā)的數(shù)據(jù)(NSS_DATA)還是配置芯片寄存 器的數(shù)據(jù)(NSS_C0NFIG)。本實用新型中，無線射頻芯片XE1205被配置為收發(fā)緩沖模式。兩路數(shù)據(jù)I路和Q 路經(jīng)過FSK(Frequency Shift Keying，移頻鍵控調(diào)制)解調(diào)、比特同步和模式識別后，自動進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換，并依次寫入芯片內(nèi)部16BYTE(字節(jié))FIF0中，同時將相應(yīng)的中斷源分別指 派給IRQ_0 (PATTERN/WRITE_BYTE/FIFOEMPTY)(模式/寫_字節(jié)/先入先出寄存器空)和 IRQ_1 (FIFO FULL)(先入先出寄存器滿)，利用這些中斷信號，配合收發(fā)數(shù)據(jù)SPI總線，就可 以將要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)送入芯片，或從芯片中將接收到的數(shù)據(jù)讀出。這樣充分利用了無線射頻 芯片XE1205的內(nèi)部資源，以最簡單的外圍電路和控制邏輯，實現(xiàn)了高速準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)收發(fā)。收發(fā)控制電路及射頻匹配網(wǎng)絡(luò)無線射頻芯片XE1205可以工作在433MHz、868MHz和915MHz頻段，不同的頻段對 應(yīng)不同的外圍匹配電路。本實用新型使用的是915MHz，其匹配電路如圖2所示。如圖2所示，AS213-92是單刀雙擲射頻開關(guān)，SffO和SWl連接ARM7芯片LPC2148 的GPIO管腳，通過設(shè)置SWO和SWl的高低，使單刀雙擲射頻開關(guān)AS213-92的RFO管腳連接 RFl或者RF2，實現(xiàn)了射頻電路的半雙工收發(fā)功能。所述串口芯片，其型號為MAX3232，是一款高檔的TTL電平與RS-232電平轉(zhuǎn)換芯 片，具有兩路接收和發(fā)送通道，供電電壓為3. 0 5. 5V，數(shù)據(jù)傳輸速率為250Kbps。其功耗 低，集成度高，實現(xiàn)電路簡單，可靠性高，實現(xiàn)ARM串口 TTL電平和RS-232電平之間的轉(zhuǎn)換。所述射頻收發(fā)鏈路是指無線射頻開關(guān)與無線射頻芯片之間的信號通道，包括接收 無線信號通道和發(fā)送無線信號通道。2)軟件設(shè)計無線射頻芯片(型號為XE1205)寄存器讀寫編程無線射頻芯片(XE1205型)共有31個寄存器，其中只有前17個寄存器是常用的。 其分類與地址如表3所示。對無線射頻芯片(XE1205型)配置寄存器的讀寫都是通過SPI總線進(jìn)行的，編程 時需要嚴(yán)格遵照無線射頻芯片(XE1205型)數(shù)據(jù)手冊上給出的時序編程首先是使能芯片， 送出地址后再送出參數(shù)，最后是發(fā)送芯片使能結(jié)束命令。讀寫無線射頻芯片XE1205的任意 一組寄存器都可通過表4給出的一個通用函數(shù)來進(jìn)行。無線射頻芯片(XE1205型)接收數(shù) 據(jù)的讀寫與配置寄存器一樣，均通過SPI總線，其實現(xiàn)方法類似。無線射頻芯片(XE1205型)收發(fā)數(shù)據(jù)編程完成內(nèi)部寄存器配置后，就可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的收發(fā)。無線射頻芯片XE1205接收流程如圖3所示(1)寫地址5寄存器，設(shè)置IRQ_1中斷源為接收FIFO滿；(2)寫地址0寄存器，設(shè)置工作模式為接收模式；(3)循環(huán)判斷IRQ_1管腳狀態(tài)，如果收到IRQ_1中斷，則連續(xù)讀16次SPI數(shù)據(jù)總 線。數(shù)據(jù)通過LPC2148轉(zhuǎn)發(fā)，由串口送出。無線射頻芯片XE1205發(fā)射流程如圖4所示(1)寫地址5寄存器，設(shè)置IRQ_1中斷源為發(fā)送FIFO滿；(2)寫地址0寄存器，設(shè)置工作模式為發(fā)射模式；(3)判斷IRQ_1狀態(tài)，若未收到中斷，則寫SPI數(shù)據(jù)總線，若收到中斷，則等待，此循 環(huán)共發(fā)送24bit (比特)的0X55數(shù)據(jù)作為前導(dǎo)幀；(4)判斷IRQ_1狀態(tài)，若未收到中斷，則寫SPI數(shù)據(jù)總線，若收到中斷，則等待，此循 環(huán)依次發(fā)送4個字節(jié)數(shù)據(jù)0X69，0X81，0X7E，0X96作為模式識別碼(模式識別碼的個數(shù)、數(shù)值和發(fā)送順序應(yīng)與接收機(jī)配置寄存器中的PATTERN參數(shù)一致，否則接收機(jī)不能識別)；(5)判斷IRQ_1狀態(tài)，若未收到中斷，則寫SPI數(shù)據(jù)總線，若收到中斷，則等待，此循 環(huán)發(fā)送幀內(nèi)數(shù)據(jù)；(6)寫地址5寄存器，設(shè)置IRQ_1中斷源為發(fā)送停止；(7)判斷IRQ_1狀態(tài)，循環(huán)等待至收到發(fā)送停止中斷信號。數(shù)傳模塊控制編程如圖5所示在實際應(yīng)用中，數(shù)傳模塊之間可以互相通訊，構(gòu)成數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)無線射頻芯片 XE1205的特點，無線模塊的數(shù)據(jù)是以幀為單位進(jìn)行傳送的，設(shè)計思路如下(1)初始化無線射頻芯片XE1205參數(shù)，配置芯片為接收模式；(2)串口接收到要發(fā)送的數(shù)據(jù)，觸發(fā)中斷，進(jìn)入發(fā)送狀態(tài)。設(shè)置無線射頻芯片 XE1205為發(fā)射模式，發(fā)送前導(dǎo)幀、模式識別碼，發(fā)送數(shù)據(jù)內(nèi)容，返回接收模式；(3)在發(fā)送無線數(shù)據(jù)的同時通過中斷程序繼續(xù)接收串口收到的數(shù)據(jù)并存放到通信 緩沖區(qū)。由于在初始化時，配置無線射頻芯片XE1205收發(fā)數(shù)據(jù)比特率不高于串口比特率， 故在編程時設(shè)置一個較小的環(huán)行數(shù)據(jù)緩沖區(qū)就不會讓通信緩沖區(qū)溢出；(4)無線發(fā)送的數(shù)據(jù)指針同串口接收的數(shù)據(jù)指針相同，表明通過串口接收到的數(shù) 據(jù)全部發(fā)送完畢，此時停止無線發(fā)送，轉(zhuǎn)到接收模式；(5)當(dāng)接收到無線數(shù)據(jù)時也將接收到的數(shù)據(jù)存放到一個同樣大小的環(huán)行數(shù)據(jù)緩沖 區(qū)，并啟動串口中斷服務(wù)程序?qū)⒔邮盏降臒o線數(shù)據(jù)發(fā)送到外部設(shè)備。綜上所述，數(shù)傳模塊控制無線射頻芯片的接收及發(fā)送模式。3、優(yōu)點及功效本實用新型充分利用了無線射頻芯片XE1205的內(nèi)部資源，簡化了電路，降低了成 本，縮短了研發(fā)時間，可推廣移植到大部分短途無線通信應(yīng)用中，有較大實用價值。目前已 應(yīng)用于某型航電測試設(shè)備中，工作可靠，運行狀況良好。本實用新型思想與具體實現(xiàn)，對今后類似產(chǎn)品的設(shè)計、開發(fā)和實現(xiàn)也具有一定的 指導(dǎo)意義和參考價值。
四
圖1本實用新型硬件結(jié)構(gòu)示意圖圖2收發(fā)控制電路及射頻匹配網(wǎng)絡(luò)示意圖圖3無線射頻芯片XE1205接收流程圖圖4無線射頻芯片XE1205發(fā)送流程圖圖5數(shù)傳模塊控制流程圖圖6靈敏度測量示意圖圖中符號說明如下ARM7微處理器芯片；MMCX-KffHD 插座；AS213-92單刀雙擲射頻開關(guān)。
五具體實施方式
本實用新型一種基于無線射頻芯片的數(shù)據(jù)傳輸模塊，它由ARM7芯片LPC2148、無線射頻芯片XE1205、串口芯片MAX3232以及射頻收發(fā)鏈路構(gòu)成。它們之間的位置連接關(guān)系 如圖1所示。所述ARM7芯片LPC2148，是Philip (飛利浦)公司推出的基于ARM7TDMI (T-支 持16位壓縮指令集；D-支持片上調(diào)試；M-內(nèi)嵌硬件乘法器；I-嵌入式ICE在線仿真器， 支持片上輔助調(diào)試)內(nèi)核的精簡指令系統(tǒng)的32位高速處理器。芯片集成度非常高，內(nèi) 嵌40Kb(千比特)的靜態(tài)RAM (Random Access Memory,隨機(jī)存取存儲器)和512Kb的 Flash (閃速)存儲器，片內(nèi)集成ADC (Analog-to-Digital Converter,模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器)、 DAC(Digital-to-Analog Converter，數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器)、看門狗、實時時鐘RTC(Real Time Clock)、2 UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter, ilffi^/^^^ / U 送裝置)、2個I2C(Inter-Integrated Circuit總線，兩線式串行總線)還有SPI (Serial Peripheral interface,串行外圍設(shè)備接口)等多個總線接口，及USB2. 0 (Universal Serial Bus 2. 0，通用串行總線2. 0)全速接口；128位寬度的存儲器接口和獨特的加速結(jié) 構(gòu)使32位代碼能夠在最大時鐘速率下運行，實現(xiàn)最高60MHz (兆赫茲)的工作頻率；通過片 內(nèi)Boot (引導(dǎo))裝載程序?qū)崿F(xiàn)在系統(tǒng)編程/在應(yīng)用編程(ISP/IAP)；其工作電壓為3. 3V，內(nèi) 核工作電壓僅為2. 5V，大大降低了芯片的功耗；具有2種低功耗模式空閑和掉電，因此可 根據(jù)需要設(shè)置不同的工作方式，降低系統(tǒng)功耗。此外，芯片采用超小的LQFP64封裝，使得系 統(tǒng)的微型化得到保證，而且電路相對簡單，降低了開發(fā)和生產(chǎn)的成本。它負(fù)責(zé)對無線射頻芯片XE1205進(jìn)行參數(shù)配置和數(shù)據(jù)收發(fā)控制，并通過串口與外 界設(shè)備(計算機(jī)或其他主控設(shè)備)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。無線射頻芯片XE1205通過發(fā)射鏈路和 接收鏈路與單刀雙擲射頻開關(guān)AS213-92相連，實現(xiàn)半雙工的射頻信號收發(fā)。該發(fā)射鏈路是 發(fā)射無線信號的通道；該接收鏈路是接收無線信號的通道；無線射頻芯片XE1205與AMR7 芯片LPC2148通過5根引腳連線實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳遞，其管腳編號、名稱與相應(yīng)功能如后列表1所
7J\ ο所述無線射頻芯片XE1205，是美國SEMTECH公司的半雙工無線收發(fā)器，它工作于 433MHz、915MHz (兆赫茲)等無需牌照的ISM (工業(yè)、科技、醫(yī)療)頻段，并可通過改變外圍匹 配電路和內(nèi)部配置寄存器，將工作頻段擴(kuò)展至180MHz至1GMHz(1G = 1024M)，工作頻率穩(wěn) 定可靠，符合歐洲ETSI (歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會)(EN300-220-1和EN301-439-3)及FCC(美國 聯(lián)邦通信委員會)15. 247和15. 249認(rèn)證規(guī)格，滿足無線管制要求，無需申請頻率使用許可 證。在寬帶應(yīng)用中，其數(shù)據(jù)率可達(dá)304Kbps (千比特/秒)，在25KHz帶寬的窄帶應(yīng)用中，其 數(shù)據(jù)率也可達(dá)4. 8Kbps。芯片內(nèi)的信號調(diào)制技術(shù)采用的是連續(xù)相位二級頻移鍵控(CPFSK) 調(diào)制，抗干擾能力強(qiáng)。此外，它具有體積小、性能優(yōu)異、外圍元件少、超低功率、使用方便和便 于設(shè)計生產(chǎn)等特點。芯片典型參數(shù)如后列表2所示。無線射頻芯片XE1205內(nèi)建一個位同步器和一個模式識別器，可實現(xiàn)檢出接收數(shù) 據(jù)中的特定數(shù)據(jù)序列的功能。在接收到指定的數(shù)據(jù)序列以后，模式識別器輸出模式識別匹 配成功中斷信號，此數(shù)據(jù)序列檢測功能極大地減輕了外圍控制芯片的負(fù)荷。無線射頻芯片XE1205外部的控制芯片通過SPI (串行外設(shè)接口)總線對無線射 頻芯片XE1205進(jìn)行配置數(shù)據(jù)讀寫和收發(fā)數(shù)據(jù)讀寫，接口簡單。該芯片內(nèi)部寄存器控制著 工作頻率、帶寬、頻率分辨率、比特率、發(fā)射功率等重要參數(shù)，可根據(jù)需要實時改變芯片的工 作狀態(tài)，保證設(shè)計靈活性。該芯片還提供IRQO(0中斷)、IRQld中斷)兩根中斷信號線，
7在不同工作模式下，可根據(jù)芯片內(nèi)部寄存器配置參數(shù)，提供相應(yīng)的中斷信號，如接收/發(fā)送 FIFO(先進(jìn)先出寄存器)滿/空信號、模式識別匹配成功信號、檢測到超出閾值強(qiáng)度信號等， 方便外圍設(shè)備響應(yīng)；此外，外圍設(shè)備也可以通過配置寄存器SPI總線，讀出相應(yīng)位置的寄存 器來查詢芯片工作狀態(tài)。無線射頻芯片XE1205的收發(fā)數(shù)據(jù)與配置數(shù)據(jù)使用了兩套SPI總線，其中MISO(主 機(jī)輸入從機(jī)輸出)、M0SI (主機(jī)輸出從機(jī)輸入)、SCK(總線同步時鐘)是共用的，通過不同的 片選信號來區(qū)分MISO和MOSI上數(shù)據(jù)是芯片所收發(fā)的數(shù)據(jù)(NSS_DATA)還是配置芯片寄存 器的數(shù)據(jù)(NSS_C0NFIG)。本實用新型中，無線射頻芯片XE1205被配置為收發(fā)緩沖模式。兩路數(shù)據(jù)I路和Q 路經(jīng)過FSK(Frequency Shift Keying，移頻鍵控調(diào)制)解調(diào)、比特同步和模式識別后，自動 進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換，并依次寫入芯片內(nèi)部16BYTE(字節(jié))FIF0中，同時將相應(yīng)的中斷源分別指 派給IRQ_0 (PATTERN/WRITE_BYTE/FIFOEMPTY)(模式/寫_字節(jié)/先入先出寄存器空)和 IRQ_1 (FIFO FULL)(先入先出寄存器滿)，利用這些中斷信號，配合收發(fā)數(shù)據(jù)SPI總線，就可 以將要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)送入芯片，或從芯片中將接收到的數(shù)據(jù)讀出。這樣充分利用了無線射頻 芯片XE1205的內(nèi)部資源，以最簡單的外圍電路和控制邏輯，實現(xiàn)了高速準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)收發(fā)。收發(fā)控制電路及射頻匹配網(wǎng)絡(luò)無線射頻芯片XE1205可以工作在433MHz、868MHz和915MHz頻段，不同的頻段對 應(yīng)不同的外圍匹配電路。本實用新型使用的是915MHz，其匹配電路如圖2所示。如圖2所示，AS213-92是單刀雙擲射頻開關(guān)，SffO和SWl連接ARM7芯片LPC2148 的GPIO管腳，通過設(shè)置SWO和SWl的高低，使單刀雙擲射頻開關(guān)AS213-92的RFO管腳連接 RFl或者RF2，實現(xiàn)了射頻電路的半雙工收發(fā)功能。所述串口芯片MAX3232是一款高檔的TTL電平與RS-232電平轉(zhuǎn)換芯片，具有兩路 接收和發(fā)送通道，供電電壓為3. 0 5. 5V，數(shù)據(jù)傳輸速率為250Kbps。其功耗低，集成度高， 實現(xiàn)電路簡單，可靠性高，實現(xiàn)ARM串口 TTL電平和RS-232電平之間的轉(zhuǎn)換。所述射頻收發(fā)鏈路是指無線射頻開關(guān)與無線射頻芯片之間的信號通道，包括接收 無線信號通道和發(fā)送無線信號通道。2)軟件設(shè)計無線射頻芯片XE1205寄存器讀寫編程無線射頻芯片XE1205共有31個寄存器，其中只有前17個寄存器是常用的。其分 類與地址如下列表3所示。對無線射頻芯片XE1205配置寄存器的讀寫都是通過SPI總線進(jìn)行的，編程時需要 嚴(yán)格遵照無線射頻芯片XE1205數(shù)據(jù)手冊上給出的時序編程首先是使能芯片，送出地址后 再送出參數(shù)，最后是發(fā)送芯片使能結(jié)束命令。讀寫無線射頻芯片XE1205的任意一組寄存器 都可通過下列表4給出的一個通用函數(shù)來進(jìn)行。無線射頻芯片XE1205接收數(shù)據(jù)的讀寫與 配置寄存器一樣，均通過SPI總線，其實現(xiàn)方法類似。無線射頻芯片XE1205收發(fā)數(shù)據(jù)編程完成內(nèi)部寄存器配置后，就可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的收發(fā)。無線射頻芯片XE1205接收流程如圖3所示(1)寫地址5寄存器，設(shè)置IRQ_1中斷源為接收FIFO滿；[0083](2)寫地址0寄存器，設(shè)置工作模式為接收模式；(3)循環(huán)判斷IRQ_1管腳狀態(tài)，如果收到IRQ_1中斷，則連續(xù)讀16次SPI數(shù)據(jù)總 線。數(shù)據(jù)通過LPC2148轉(zhuǎn)發(fā)，由串口送出。無線射頻芯片XE1205發(fā)射流程如圖4所示(1)寫地址5寄存器，設(shè)置IRQ_1中斷源為發(fā)送FIFO滿；(2)寫地址0寄存器，設(shè)置工作模式為發(fā)射模式；(3)判斷IRQ_1狀態(tài)，若未收到中斷，則寫SPI數(shù)據(jù)總線，若收到中斷，則等待，此循 環(huán)共發(fā)送24bit (比特)的0X55數(shù)據(jù)作為前導(dǎo)幀；(4)判斷IRQ_1狀態(tài)，若未收到中斷，則寫SPI數(shù)據(jù)總線，若收到中斷，則等待，此循 環(huán)依次發(fā)送4個字節(jié)數(shù)據(jù)0X69，0X81，0X7E，0X96作為模式識別碼(模式識別碼的個數(shù)、數(shù) 值和發(fā)送順序應(yīng)與接收機(jī)配置寄存器中的PATTERN參數(shù)一致，否則接收機(jī)不能識別)；(5)判斷IRQ_1狀態(tài)，若未收到中斷，則寫SPI數(shù)據(jù)總線，若收到中斷，則等待，此循 環(huán)發(fā)送幀內(nèi)數(shù)據(jù)；(6)寫地址5寄存器，設(shè)置IRQ_1中斷源為發(fā)送停止；(7)判斷IRQ_1狀態(tài)，循環(huán)等待至收到發(fā)送停止中斷信號。數(shù)傳模塊控制編程如圖5所示在實際應(yīng)用中，數(shù)傳模塊之間可以互相通訊，構(gòu)成數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)無線射頻芯片 XE1205的特點，無線模塊的數(shù)據(jù)是以幀為單位進(jìn)行傳送的，設(shè)計思路如下(1)初始化無線射頻芯片XE1205參數(shù)，配置芯片為接收模式；(2)串口接收到要發(fā)送的數(shù)據(jù)，觸發(fā)中斷，進(jìn)入發(fā)送狀態(tài)。設(shè)置無線射頻芯片 XE1205為發(fā)射模式，發(fā)送前導(dǎo)幀、模式識別碼，發(fā)送數(shù)據(jù)內(nèi)容，返回接收模式；(3)在發(fā)送無線數(shù)據(jù)的同時通過中斷程序繼續(xù)接收串口收到的數(shù)據(jù)并存放到通信 緩沖區(qū)。由于在初始化時，配置無線射頻芯片XE1205收發(fā)數(shù)據(jù)比特率不高于串口比特率， 故在編程時設(shè)置一個較小的環(huán)行數(shù)據(jù)緩沖區(qū)就不會讓通信緩沖區(qū)溢出；(4)無線發(fā)送的數(shù)據(jù)指針同串口接收的數(shù)據(jù)指針相同，表明通過串口接收到的數(shù) 據(jù)全部發(fā)送完畢，此時停止無線發(fā)送，轉(zhuǎn)到接收模式；(5)當(dāng)接收到無線數(shù)據(jù)時也將接收到的數(shù)據(jù)存放到一個同樣大小的環(huán)行數(shù)據(jù)緩沖 區(qū)，并啟動串口中斷服務(wù)程序?qū)⒔邮盏降臒o線數(shù)據(jù)發(fā)送到外部設(shè)備。綜上所述，數(shù)傳模塊控制無線射頻芯片的接收及發(fā)送模式。見圖6，系統(tǒng)接收靈敏度測量對無線數(shù)傳模塊接收靈敏度進(jìn)行測試，可以估算出在理想狀況下，數(shù)傳模塊之間 的通訊距離。測量連線如圖3所示。射頻線纜需要比較長，模塊A和模塊B最好不要放在同一個房間里，以免因為射頻 信號泄露，由空間傳導(dǎo)而影響測量。在實際測量中，已知固定衰減器為SOdB (表示兩個量的相對大小單位)衰減，射頻 線纜衰減_21dBm(表示功率絕對值的值)。兩模塊的參數(shù)都設(shè)置為 915MHz頻率下工作 OdBm功率發(fā)射^A模式接收[0108] 1.2Kbps 數(shù)據(jù)速率 接收帶寬IOK(千) 頻率分辨率5K當(dāng)可調(diào)衰減器調(diào)至IOdB時，接收數(shù)據(jù)出現(xiàn)較多錯誤(超過30%)，此時可計算出 靈敏度為 10+80+21 = llldBm。而XE1205標(biāo)稱的靈敏度為-121dBm@l. 2Kbps，相差較多。后測量出模塊射頻插座處的發(fā)射出的平均功率約為-8dBm，比設(shè)置值低了 8dBm， 原因是射頻開關(guān)、匹配電路有損耗。若將這部分損耗計入，則數(shù)傳模塊的靈敏度為_119dBm， 與標(biāo)稱值相差不大。接收靈敏度與傳輸距離關(guān)系公式為 將測量值IlldBm帶入公式，計算出其理想狀態(tài)下可靠通訊距離為9. 25Km(千米)。以上表明，本實用新型基于高靈敏度無線射頻芯片XE1205，實現(xiàn)了簡單可靠的無 線數(shù)傳模塊設(shè)計，是一款優(yōu)秀的無線數(shù)傳模塊。表1 表 2表 3
主要參數(shù)，收發(fā)都需用到 中斷寄存器 發(fā)射參數(shù)寄存器 接收參數(shù)寄存器[0124]
低電平
高電平
OSCParam 2x8 17-18 振蕩器寄存器 TParam12x8 19-30 測試與特殊功能寄存器
表4
** 函數(shù)名稱XE1205_CNFG()
**函數(shù)功能XE1205配置寄存器讀寫程序
**入口參數(shù)
#1) cnfg_add讀寫配置地址
**2) cnfg_reg寫入時為配置數(shù)據(jù)
**回讀配置寄存器時應(yīng)設(shè)為0x00
**3)rw讀寫方向指示位，寫入時為WRITE (0)
**回讀配置寄存器時應(yīng)設(shè)為READ(I)
**出口參數(shù)cnfg_data回讀出的配置寄存器值
uint8XE1205_CNFG(uint8 cnfg_add, uint8 cnfg_reg, uint8rw)
uint8 uCnfg_Data ； uint8 cnfg_send_add = 0 < < 7
rw < < 6
cnfg_add << 1 0X01 ；
IOOCLR = CNFG_CS ；
MSPl_SendData (cnfg_send_add)； uCnfg_Data = MSPI_SendData(cnfg_reg) IOOSET = CNFG_CS ；
return u Cnfg_Data ；
Il起始位Ibit //讀寫方向Ibit V配置地址5bit
停止位
V控制NSS_C0NFIG管腳為 寫地址byte
/寫入(讀出)數(shù)據(jù)byte V控制NSS_C0NFIG管腳為
返回讀出數(shù)據(jù)byte結(jié)果
1權(quán)利要求一種基于無線射頻芯片的數(shù)據(jù)傳輸模塊，它是由硬件結(jié)構(gòu)和軟件設(shè)計兩部分組成；其特征在于該硬件結(jié)構(gòu)由ARM7芯片、無線射頻芯片、串口芯片以及射頻收發(fā)鏈路構(gòu)成；它們之間的位置連接關(guān)系是ARM7芯片通過數(shù)據(jù)總線連接無線射頻芯片，對其進(jìn)行參數(shù)配置和數(shù)據(jù)收發(fā)控制，并通過串口與外界設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交互；無線射頻芯片通過發(fā)射鏈路和接收鏈路與單刀雙擲射頻開關(guān)相連；射頻開關(guān)通過收發(fā)控制線接收ARM7芯片控制信號，經(jīng)由天線收發(fā)數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于無線射頻芯片的數(shù)據(jù)傳輸模塊，其特征在于所述 ARM7芯片為LPC2148型芯片。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于無線射頻芯片的數(shù)據(jù)傳輸模塊，其特征在于所述 無線射頻芯片為XE1205型芯片。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于無線射頻芯片的數(shù)據(jù)傳輸模塊，其特征在于所述 串口芯片為MAX3232型芯片。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于無線射頻芯片的數(shù)據(jù)傳輸模塊，其特征在于所述 單刀雙擲射頻開關(guān)為AS213-92型。
專利摘要本實用新型一種基于無線射頻芯片的數(shù)據(jù)傳輸模塊，它由硬件結(jié)構(gòu)和軟件設(shè)計兩部分組成。該硬件結(jié)構(gòu)由ARM7芯片LPC2148、無線射頻芯片XE1205、串口芯片MAX3232以及射頻收發(fā)鏈路構(gòu)成；其連接關(guān)系是ARM7 LPC2148通過數(shù)據(jù)總線連接無線射頻芯片XE1205，對其進(jìn)行參數(shù)配置和數(shù)據(jù)收發(fā)控制，并通過串口與外界設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交互；無線射頻芯片XE1205通過發(fā)射鏈路和接收鏈路與單刀雙擲射頻開關(guān)AS213-92相連；射頻開關(guān)通過收發(fā)控制線接收ARM7 LPC2148控制信號，經(jīng)由天線收發(fā)數(shù)據(jù)。該軟件設(shè)計包括無線射頻芯片XE1205寄存器讀寫編程，無線射頻芯片XE1205收發(fā)數(shù)據(jù)編程和數(shù)傳模塊控制編程。本實用新型具有結(jié)構(gòu)簡單、配置靈活、傳輸可靠、通用性強(qiáng)、成本低的顯著特點，它在無線通信模塊技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)具有廣泛地實用價值和應(yīng)用前景。
文檔編號H04B1/40GK201656969SQ20102013786
公開日2010年11月24日 申請日期2010年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月15日
發(fā)明者吳冰, 肖瑾 申請人:北京航空航天大學(xué)