Si4432無(wú)線收發(fā)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)無(wú)線收發(fā)系統(tǒng)框圖如下：Msp430f1611控制模塊串口通信max232USB供電系統(tǒng)發(fā)送模塊Si44322.4寸液晶顯示模塊30MHz晶振8MHz晶振 圖1：無(wú)線收發(fā)發(fā)送模塊圖1：無(wú)線收發(fā)接收模塊Msp430f1611控制模塊串口通信max232USB供電系統(tǒng)接收模塊Si44322.4寸液晶顯示模塊30MHz晶振8MHz晶振無(wú)線收發(fā)芯片Si4432和msp430f1611單片機(jī)的無(wú)線射頻收發(fā)系統(tǒng)。該系統(tǒng)由發(fā)送模塊和接收模塊組成。發(fā)送模塊主要將要發(fā)送的數(shù)據(jù)經(jīng)msp430f1611處理后，通過(guò)Si4432發(fā)送出去；在接收模塊中，Si4432則將數(shù)據(jù)正確接收后通過(guò)液晶顯示出來(lái)，從而實(shí)現(xiàn)短距離的無(wú)線通信。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了低功耗、小體積、高靈敏度條件下的高質(zhì)量無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸。發(fā)送模塊中的msp430f1611將數(shù)據(jù)傳送給 Si4432進(jìn)行編碼處理，并以特定的格式經(jīng)天線發(fā)送給接收模塊。接收模塊對(duì)接收到的射頻信號(hào)放大、解調(diào)之后，再將數(shù)據(jù)送給主控制器msp430f1611進(jìn)行相應(yīng)的處理，如送液晶顯示等。系統(tǒng)提供了液晶人機(jī)交互界面，還留有RS232接口可以實(shí)現(xiàn)與PC機(jī)通信。1 無(wú)線收發(fā)芯片Si4432 Si4432芯片是Silicon Labs公司推出的一款高集成度、低功耗、多頻段的EZRadioPRO系列無(wú)線收發(fā)芯片。其工作電壓為1936 V，20引腳QFN封裝(4 mm4 mm)，可工作在315433868915 MHz四個(gè)頻段；內(nèi)部集成分集式天線、功率放大器、喚醒定時(shí)器、數(shù)字調(diào)制解調(diào)器、64字節(jié)的發(fā)送和接收數(shù)據(jù)FIFO，以及可配置的GPIO等。 Si4432在使用時(shí)所需的外部元件很少，1個(gè)30 MHz的晶振、幾個(gè)電容和電感就可組成一個(gè)高可靠性的收發(fā)系統(tǒng)，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，且成本低。 Si4432的接收靈敏度達(dá)到-117 dB，可提供極佳的鏈路質(zhì)量，在擴(kuò)大傳輸范圍的同時(shí)將功耗降至最低；最小濾波帶寬達(dá)8 kHz，具有極佳的頻道選擇性；在240960 MHz頻段內(nèi)，不加功率放大器時(shí)的最大輸出功率就可達(dá)+20dBm，設(shè)計(jì)良好時(shí)收發(fā)距離最遠(yuǎn)可達(dá)2 km。Si4432可適用于無(wú)線數(shù)據(jù)通信、無(wú)線遙控系統(tǒng)、小型無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、小型無(wú)線數(shù)據(jù)終端、無(wú)線抄表、門(mén)禁系統(tǒng)、無(wú)線遙感監(jiān)測(cè)、水文氣象監(jiān)控、機(jī)器人控制、無(wú)線RS485RS232數(shù)據(jù)通信等諸多領(lǐng)域。2 控制芯片msp430f1611強(qiáng)大的處理能力 MSP430 系列單片機(jī)是一個(gè) 16 位的單片機(jī)，采用了精簡(jiǎn)指令集（RISC）結(jié)構(gòu)，具有豐富的尋址方式（ 7 種源操作數(shù)尋址、 4 種目的操作數(shù)尋址）、簡(jiǎn)潔的 27 條內(nèi)核指令以及大量的模擬指令；大量的寄存器以及片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器都可參加多種運(yùn)算；還有高效的查表處理指令；有較高的處理速度，在 8MHz 晶體驅(qū)動(dòng)下指令周期為 125 ns 。這些特點(diǎn)保證了可編制出高效率的源程序。 在運(yùn)算速度方面， MSP430 系列單片機(jī)能在 8MHz 晶體的驅(qū)動(dòng)下，實(shí)現(xiàn) 125ns 的指令周期。 16 位的數(shù)據(jù)寬度、 125ns 的指令周期以及多功能的硬件乘法器（能實(shí)現(xiàn)乘加）相配合，能實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)處理的某些算法（如 FFT 等）。 MSP430 系列單片機(jī)的中斷源較多，并且可以任意嵌套，使用時(shí)靈活方便。當(dāng)系統(tǒng)處于省電的備用狀態(tài)時(shí)，用中斷請(qǐng)求將它喚醒只用 6us 。 超低功耗 MSP430 單片機(jī)之所以有超低的功耗，是因?yàn)槠湓诮档托酒碾娫措妷杭办`活而可控的運(yùn)行時(shí)鐘方面都有其獨(dú)到之處。首先， MSP430 系列單片機(jī)的電源電壓采用的是 1.83.6V 電壓。因而可使其在 1MHz 的時(shí)鐘條件下運(yùn)行時(shí)， 芯片的電流會(huì)在 200400uA 左右，時(shí)鐘關(guān)斷模式的最低功耗只有 0.1uA 。 其次，獨(dú)特的時(shí)鐘系統(tǒng)設(shè)計(jì)。在 MSP430 系列中有兩個(gè)不同的系統(tǒng)時(shí)鐘系統(tǒng)：基本時(shí)鐘系統(tǒng)和鎖頻環(huán)（ FLL 和 FLL+ ）時(shí)鐘系統(tǒng)或 DCO 數(shù)字振蕩器時(shí)鐘系統(tǒng)。有的使用一個(gè)晶體振蕩器（ 32768Hz ） , 有的使用兩個(gè)晶體振蕩器）。由系統(tǒng)時(shí)鐘系統(tǒng)產(chǎn)生 CPU 和各功能所需的時(shí)鐘。并且這些時(shí)鐘可以在指令的控制下，打開(kāi)和關(guān)閉，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)總體功耗的控制。 由于系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)打開(kāi)的功能模塊不同，即采用不同的工作模式，芯片的功耗有著顯著的不同。在系統(tǒng)中共有一種活動(dòng)模式（ AM ）和五種低功耗模式（ LPM0LPM4 ）。在等待方式下，耗電為 0.7uA ，在節(jié)電方式下，最低可達(dá) 0.1uA 。 系統(tǒng)工作穩(wěn)定。上電復(fù)位后，首先由 DCOCLK 啟動(dòng) CPU ，以保證程序從正確的位置開(kāi)始執(zhí)行，保證晶體振蕩器有足夠的起振及穩(wěn)定時(shí)間。然后軟件可設(shè)置適當(dāng)?shù)募拇嫫鞯目刂莆粊?lái)確定最后的系統(tǒng)時(shí)鐘頻率。如果晶體振蕩器在用做 CPU 時(shí)鐘 MCLK 時(shí)發(fā)生故障， DCO 會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)，以保證系統(tǒng)正常工作；如果程序跑飛，可用看門(mén)狗將其復(fù)位。3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)（1）系統(tǒng)子電路：msp430及外圍電路如下（2）無(wú)線收發(fā)芯片si4432及其外圍電路：（3）功放芯片AD8353以及模擬控制芯片AS193硬件電路：（4）串口通信部分：（5）系統(tǒng)電源部分：4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)軟件編程采用模塊化設(shè)計(jì)思想，系統(tǒng)中各主要功能模塊均編成獨(dú)立的函數(shù)由主程序調(diào)用。功能模塊包括：初始化程序(包括初始化msp430、SPI、 Si4432)，無(wú)線發(fā)送程序，無(wú)線接收程序等。無(wú)線發(fā)送程序負(fù)責(zé)寫(xiě)入數(shù)據(jù)載荷，并根據(jù)通信協(xié)議為數(shù)據(jù)載荷加上前導(dǎo)碼、同步字、數(shù)據(jù)載荷長(zhǎng)度及CRC校驗(yàn)字節(jié)，形成數(shù)據(jù)包將其發(fā)送出去；無(wú)線接收程序負(fù)責(zé)接收并檢驗(yàn)數(shù)據(jù)包中的CRC字節(jié)，以確保接收到的數(shù)據(jù)的正確性。無(wú)線收發(fā)模塊之間的通信是以數(shù)據(jù)包的形式發(fā)送的，本系統(tǒng)定義的數(shù)據(jù)包格式如下：其中，Preamble(前導(dǎo)碼)是一連串的10101010，其數(shù)量為8n位，n的大小由用戶(hù)編程決定。數(shù)據(jù)包在傳輸過(guò)程中會(huì)在每個(gè)包的前面加上可設(shè)置長(zhǎng)度的前導(dǎo)碼；接收端為了識(shí)別幀的到來(lái)，需要前導(dǎo)碼進(jìn)行幀同步，從而確定收發(fā)系統(tǒng)之間何時(shí)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。SyncWord(同步字)在前導(dǎo)碼之后，要用設(shè)定好的同步字來(lái)作為同步模式的標(biāo)志碼。本系統(tǒng)設(shè)定的同步字為2個(gè)字節(jié)，同步字內(nèi)容為0x2DD4，接收端在檢測(cè)到同步字后才開(kāi)始接收數(shù)據(jù)。Packet Length是數(shù)據(jù)載荷長(zhǎng)度。 PAYLOAD(有效數(shù)據(jù)載荷)是用戶(hù)所發(fā)送的數(shù)據(jù)。CRC(CRC校驗(yàn)和)由內(nèi)置CRC校檢。Si4432內(nèi)部集成有調(diào)制解調(diào)、編碼解碼等功能，從而Preamble、Syncword、Packet Length和CRC都是硬件自動(dòng)加上去的，用戶(hù)只需設(shè)定數(shù)據(jù)包的組成結(jié)構(gòu)和部分結(jié)構(gòu)的具體內(nèi)容(如前導(dǎo)碼和同步字)。 本文以半雙工通信為例，介紹通信的實(shí)現(xiàn)過(guò)程。編程環(huán)境為Silabs IDE V361，并在該編譯環(huán)境下測(cè)試通過(guò)。Silabs IDE集成了源代碼編輯、程序源代碼級(jí)調(diào)試程序和在系統(tǒng)Flash編程器。同時(shí)支持第三方編譯器和匯編器的使用，(1)初始化程序 初始化程序包括msp430的初始化，SPI的初始化，以及Si4432的關(guān)于無(wú)線收發(fā)頻率、工作模式、發(fā)射速率等內(nèi)部寄存器的初始化配置。 系統(tǒng)上電后，msp430處于默認(rèn)狀態(tài)，根據(jù)系統(tǒng)功能需求重新進(jìn)行初始化配置。Msp430的數(shù)字交叉開(kāi)關(guān)允許將內(nèi)部數(shù)字系統(tǒng)資源映射到端口 IO引腳，可通過(guò)設(shè)置交叉開(kāi)關(guān)控制寄存器，將片內(nèi)資源配置到具體的端口IO引腳上。這一特性允許用戶(hù)根據(jù)自己的特定應(yīng)用選擇通用端口IO和所需數(shù)字資源的組合，提高了應(yīng)用的靈活性。本系統(tǒng)中，主要配置了SPI通信的4線，液晶LCD的數(shù)據(jù)線接口、控制線接口和RS232串口數(shù)據(jù)輸入輸出等。 初始化SPI時(shí)，可以通過(guò)對(duì)SPI1CFG寄存器和SPI1CN寄存器的配置來(lái)選擇具體使用規(guī)則。這里，選擇主SPI，4線模式，時(shí)鐘極性為低電平，在時(shí)鐘上升沿時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)采樣；通過(guò)配置SPI1CKR寄存器，可將同步時(shí)鐘頻率設(shè)為晶振頻率的14。 上電之初，Si4432也處于默認(rèn)狀態(tài)，需要進(jìn)行配置才能工作。Si4432有70多個(gè)寄存器需要配置，它們決定了Si4432的工作模式，具體配置可以參考Si4432的數(shù)據(jù)手冊(cè)。Si4432的初始化是一個(gè)重要的部分，配置的恰當(dāng)與否對(duì)系統(tǒng)最終的通信效果有很大的影響。主控制器msp430通過(guò) SPI配置Si4432的1ch、1dh等寄存器，寫(xiě)入相應(yīng)的初始化RF控制字(主要是頻率、傳輸速度、傳輸方式等)；通過(guò)配置33h、34h等寄存器來(lái)設(shè)置包的結(jié)構(gòu)、前導(dǎo)碼長(zhǎng)度、同步字內(nèi)容等。本系統(tǒng)采用同步傳輸模式，以0x2DD4作為同步模式的標(biāo)志碼，傳輸完同步字后才開(kāi)始傳輸數(shù)據(jù)載荷。每次發(fā)送數(shù)據(jù)必須以同步字0x2DD4作為發(fā)送數(shù)據(jù)的同步標(biāo)志，接收端在檢測(cè)到同步字后才開(kāi)始接收數(shù)據(jù)。(2)無(wú)線發(fā)送程序 無(wú)線發(fā)送程序流程如圖3所示。完成msp430、SPI和Si4432的初始化后，配置寄存器寫(xiě)入相應(yīng)的初始化RF控制字。接下來(lái)，通過(guò)配置 Si4432的寄存器3eh來(lái)設(shè)置包的長(zhǎng)度，通過(guò)SPI連續(xù)寫(xiě)寄存器7fh，往TX FIFO里寫(xiě)入需要發(fā)送的數(shù)據(jù)。然后打開(kāi)“發(fā)送完中斷允許”標(biāo)志，將其他中斷都禁止。當(dāng)有數(shù)據(jù)包發(fā)送完時(shí)，引腳nIRQ會(huì)被拉低以產(chǎn)生一個(gè)低電平從而通知 msp430數(shù)據(jù)包已發(fā)送完畢。完成中斷使能后，使能發(fā)送功能，數(shù)據(jù)開(kāi)始發(fā)送。等待nIRQ引腳因中斷產(chǎn)生而使電平拉低，當(dāng)nIRQ引腳變?yōu)榈蜁r(shí)讀取中斷狀態(tài)并拉高nIRQ，否則繼續(xù)等待。如果數(shù)據(jù)發(fā)送成功，指示燈會(huì)變亮。一次數(shù)據(jù)發(fā)送成功后，進(jìn)入下一次數(shù)據(jù)循環(huán)發(fā)送狀態(tài)。(3)無(wú)線接收程序 無(wú)線接收程序流程如圖4所示。 程序完成msp430、SPI接口和Si4432的初始化后，配置寄存器寫(xiě)入相應(yīng)的初始化RF控制字。通過(guò)訪問(wèn)寄存器7fh從RX FIFO中讀取接收到的數(shù)據(jù)。相應(yīng)的控制字設(shè)置好之后，若引腳nIRQ變成低電平，則表示Si4432準(zhǔn)備好接收數(shù)據(jù)。完成這些初始化配置后，通過(guò)寄存器 4bh讀取包長(zhǎng)度信息。 然后，打開(kāi)“有效包中斷”和“同步字檢測(cè)中斷”，將其他中斷都禁止。引腳n