基于nRF2401的无线传输系统的设计精选.doc

基于nRF2401的无线传输系统的设计 1设计思路 需要建立一个在一定范围中使用的小型无线网络通信系统，要求通信距离在10m左右，具有数据通信的功能。如图1所示 微机将数据传给单片机控制系统，然后单片机把数据传给射频部分发射出去，同时还要能够接受数据。 2方案设计 2.1射频收发芯片nRF2401简绍 nRF2401系列的芯片，因为串口的编程相对简单，应用及编程非常简单，并且传送的效率很高，标称速率就是实际速率。nRF2401外围元件仅需2个，无需声表面滤波器、变容管等昂贵的元件，只需一个晶振和一个电阻即可设计射频电路。 由于无线收发芯片是应用在一些移动的产品上，因此功耗非常重要，应该根据需要选择综合功耗较小的模块。nRF2401芯片都工作在2. 4GHz自由频段， nRF2401，最高传输速率超过1Mbit/ S，它采用SoC方法设计，只需少量外围元件便可组成射频收发电路。nRF2401的引脚排列如图如图2所示 主要特点 它采用5mm×5mm的24引脚QFN封装。nRF2401的主要特点如下: .采用全球开放的2. 4GHz频段，有125个频道，可满足多频及跳频需要; .速率(1Mbps)，且具有高数据吞吐量; .外围元件极少，只需一个晶振和一个电阻即可设计射频电路; .发射功率和工作频率等所有工作参数可全部通过软件设置: .电源电压范围为1. 9-3. 6V，功耗很低; .电流消耗很小，-5dBm输出功率时的典型峰值电流为10. 5mA; .芯片内部设置有专门的稳压电路，因此使用任何电源(包括DC/ DC开关电源)均有很好的通信效果; .每个芯片均可以通过软件设置最多40bit地址，而且只有收到本机地址时才会输出数据(提供一个中断指示)，同时编程也很方便; .内置CRC校验硬件电路和协议; .采用DuoCeiver TM技术可同时接收两个nRF2401的数据; .采用ShockBurst TM模式时，能适用极低的功率操作和不严格的MCU执行; .无需外部SAW滤波器; .可10096RF检验; .带有数据时隙和数据时钟恢复功能。 nRF2401的内部结构原理及外部组成框图如图3所示 管脚功能如图如图4所示 nRF2401的一些管脚具体功能如下:PWR-UP为上电端，CE为工作状态使能端， Cs为片选端，控制器通过对nRF2401的PWR-UP, CE和CS管脚状态组合设置，控制nRF2401的主工作方式。当状态组合为110, 101或100时，芯片分别处于激活、配置或保持方式。当PW- UP置0时，芯片处于掉电状态。CLK1, CLK2为通道1, 2时钟信号端。由控制器提供，在突发模式下，在时钟信号的下降沿从nRF2401的DATA管脚读出数据。DATA, DOUT为通道1, 2数据端，控制器与nRF2401由CLK, DR和DATA组成的三线接口交换传输的数据。通道1可接收和发送数据，通道2只能接收数据。 3)状态字如图如图5所示 nRF2401具有144位状态字。控制器将nRF2401设为配置方式，然后由通道1向nRF2401写入状态字的配置值，写时高位在前。配置方式下控制器写状态字的过程与激活方式下向nRF2401写入数据的过程完全相同，都经由CLK, DR和DATA组成的三线接口完成。 4)工作方式 nRF2401的ShockBurst RX/ TX模式采用片上先进先出来进行低数据率的时钟同步和高数据率的传输，因此极大的降低了功耗。ShockBurstTM发射主要通过MCU接口引脚CE, CLK1和DATA来完成。当MCU请求发送数据时，置CE为高电平，此时的接收机地址和有效载荷数据作为nRF2401的内部时钟，可用请求协议或MCU将速率调至1Mbps;置CE为低电平可激活ShockBurst发射。ShockBurst接收主要使用MCU接口引脚CE, DR1, CLK1和DATA来实现。当正确设置射频包输入载荷的地址和大小后，置CE为高电平可激活RX。此后便可在nRF2401监测信息输入200μs，若收到有效数据包，则给MCU一个中断并置DR1为高电平，以使MCU以时钟形式输出有效载荷数据，待系统收到全部数据后，nRF2401再置DR1为低;此时如果CE保持高