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MSP430單片機(jī)與nRF905無線通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)

出處:xwj 發(fā)布于:2008-09-03 16:41:11

  無線通信系統(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實(shí)現(xiàn)的,通過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nRF905把數(shù)據(jù)發(fā)送出去;接收終端通過nRF905接收數(shù)據(jù),然后把接收到的數(shù)據(jù)通過串口傳給PC機(jī)。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

  無線系統(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?。郑蹋樱晒镜模睿遥疲梗埃?, 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TI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)到的代碼效率。單片機(jī)通過采用不同的時(shí)鐘源工作可以使器件滿足不同功耗要求,適當(dāng)選擇時(shí)鐘源,可以讓器件的功耗達(dá)到。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)較為簡單,不過在此基礎(chǔ)上可以實(shí)現(xiàn)遙測,無線抄表,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)庫設(shè)計(jì)。

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 ?。睿遥疲梗埃堤峁樱校煽诘淖x寫指令,當(dāng)CSN為低時(shí),SPI接口開始等待一條指令,任何一條新指令均由CSN的由高到底的轉(zhuǎn)換開始。下面主要介紹nRF905的發(fā)送流程和接收流程。

  發(fā)送流程:

 ?。粒?dāng)微控制器有數(shù)據(jù)要發(fā)送時(shí),通過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;

 ?。拢⒖刂破髦酶撸裕遥兀撸茫藕停裕兀撸牛?,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)送過程完成,自動(dòng)進(jìn)入空閑模式。

 ?。樱瑁铮悖耄拢酰颍螅簦裕凸ぷ髂J奖WC,一旦發(fā)送數(shù)據(jù)的過程開始,無論TRX_EN和TX_EN引腳是高或低,發(fā)送過程都會(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:

 ?。粒?dāng)TRX_CE為高、TX_EN為低時(shí),nRF905進(jìn)入ShockBurstTM接收模式;

 ?。拢叮担埃酰蠛螅睿遥疲梗埃挡粩啾O(jiān)測,等待接收數(shù)據(jù);

 ?。茫?dāng)nRF905檢測到同一頻段的載波時(shí),載波檢測引腳被置高;

 ?。模?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

 ?。疲⒖刂破靼眩裕遥兀撸茫胖玫停睿遥疲梗埃颠M(jìn)入空閑模式;

  G.微控制器通過SPI口,以一定的速率把數(shù)據(jù)移到微控制器內(nèi);

 ?。龋?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。

 ?。停樱校矗常埃疲保矗沟拇谕ㄓ嵆绦蛟O(shè)計(jì),主要是設(shè)定傳輸?shù)乃俾蕿椋矗福埃埃猓穑?,?shù)據(jù)傳輸為8位數(shù),1個(gè)停止位,無奇偶校驗(yàn)。根據(jù)相應(yīng)的發(fā)送端和接收端來設(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)測試分析

  在發(fā)送和接收時(shí)利用示波器和萬用表對(duì)nRF905的相關(guān)引腳進(jìn)行測量分析如下:

  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

  本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了基于MSP430F149和nRF905的無線通信。發(fā)送端和接收端之間的距離為80米,之間沒有任何有線連接,通過發(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。

  



  
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