1、無線收發(fā)模塊的設(shè)計一、設(shè)計方案為了能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通過無線方式進(jìn)行傳輸?shù)哪康?，采?hopeRF 公司的無線單片收發(fā) ICRF12 完成無線收發(fā)功能。為了能對 RF12 進(jìn)行控制，采用 ATMEL 公司單片機(jī)AVRMEGA48 對 RF12 進(jìn)行控制， 為了與 PC 機(jī)連接方便， 采用了沁包公司的 USB 轉(zhuǎn)用口電路 CH340 與單片機(jī)相連。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如下：二、電路設(shè)計2.1RF12 電路設(shè)計2.1.1 RF12 功能簡介RF12是通用ISM頻段的FSK發(fā)送接收集成單片電路， 低功耗， 多通道， 可以工作在免許可的433,868和915MHz頻段。RF12首發(fā)電路為需要外部很少器件的集成電路，

2、具有低成本，柔韌性好的高度集成的解決方案。芯片集成所有射頻要求功能，完整的模擬射頻部分和數(shù)字基帶收發(fā)部分，多頻段PLL頻率合成器，射頻功率放大器PA,低噪聲放大器LNA。正交（I/Q）下變頻混頻器，基帶濾波器和基帶放大器，和正交（I/Q）解調(diào)器。唯一需要的外部器件就是外部晶振和帶同濾波器。RF12具有一個全集成的PLL,便于射頻設(shè)計，它的快速設(shè)定時間可以用于快速調(diào)頻，對于多路徑衰落信道可以獲得強(qiáng)健的無線連接。PLL的高分辨率允許在任一頻段進(jìn)行多信道應(yīng)用。接收部分的基帶濾波帶寬（BW）是可編程的，以可以包納各種偏差，數(shù)據(jù)速率和晶振偏差的要求。接收部分應(yīng)用了零中頻方法，該方法采用了正交解調(diào)技術(shù)。同

3、樣在大多數(shù)應(yīng)用中不需要外部器件（除了晶振和耦合電路）。RF12通過集成的數(shù)字信號處理特性：數(shù)字濾波，時鐘恢復(fù)，數(shù)字判決，集成的FIFO和發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器（TXdataregister）,顯著的減小了微處理器的負(fù)擔(dān)。自動頻率控制特性允許使用低精度（低成本）晶振。對于低功耗應(yīng)用，RF12支持基于內(nèi)部喚醒定時器的小占空比的周期工作模式。功能模塊框圖2.1.2 RF12 電路設(shè)計在設(shè)計中采用RF12接收部分采用片內(nèi)數(shù)字濾波器來提取接收數(shù)據(jù)流的位時鐘方案， 通過 SPI 接口設(shè)置工作參數(shù)， 發(fā)送數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)。 頻帶設(shè)計為 433MHz，射頻匹配濾波電路根據(jù)生產(chǎn)商提供的資料設(shè)計電路如下：J1SDO1SDO

4、nIRQFSKFFITCLKnRESGNDnSELSCKSDIVDIGNDVDDANT8nSELnIRQ29SCKNFFS310 SDIFFIT411 VDICLK512 GNDnRES613VCCGND714ANTFEJFSCK2nSEL3SDO4nIRQ5NFFS6FFIT7CLK8，SDININT/VDIsckARSSI.NSELVDD，SDORF1，NIRQRF2.NFFSVSS.FFITNRESCLKXTL/REFEL4gmo祠卜占IkI卜打iFl衿ZCHFggiamAnpfrfCcrWtl-aDCUK.4FM1FFEFEKI0AMlk，SDI1U1RF12C2VCC4.7nFL21

5、50nHL11439nH1312C41.0pFIDVnRESY110.0000MHz2.2pF|6.8nF16151110IC12.2、RF112 與單片機(jī) Mega48 接口設(shè)計Mega48 單片機(jī)通過 SPI 接口與 RF12 相接，系統(tǒng)圖如下:VC；CR4A人MISO1U2SDOnSELnIRQSCKFSKSDIFFITVDICLKGNDnRESVDD8nSELnIRQ29SCK310MOSI777410K4511126IVCC1417GNDANTRFM12S9GND由于 SPI 接口是單片機(jī)在線編程的下載口，同時又是與在下載時不受 RF12 的影響，特在 SPI 接口與 RF12 接口

6、之間通過電阻進(jìn)行隔離。2.3USB 轉(zhuǎn)傳串口電路設(shè)計:CH340 集成電路可以完成 USB 轉(zhuǎn)用口的功能，PC 機(jī)的驅(qū)動程序有沁恒公司提供,在PC 上的界面與串口通信界面相同，根據(jù)廠家提供的參考電路設(shè)計如下：UART-USBU1nSEL1KR1MOSI1KR2MISO1KR3RESETSCK135,7912T3151617XTAL17XIAL28RXD30TXD31nIRQ32129LEDCTRL10PD/11CCCCVVPB0(ICP)ADC7PB1(OC1A)ADC6PB2(SS/OC1B)AVCCPB3(MOSI/OC2)AREFPB4(MISO)GNDPB5(SCK)PB6(XTAL1

7、/TOSC1)PB7(XTAL2/TOSC2)PD0(RXD)(ADC0)PC0PD1(TXD)(ADC1)PC1PD2(INT0)(ADC2)PC2PD3(INT1)(ADC3)PC3PD4(XCK/T0)(ADC4/SDA)PC4PD5(T1)(ADC5/SCL)PC5PD6(AIN0)(RESET)PC6PD7(AIN1)DDNNGG22T9182021232425272829RESETATMEGA48_TQFP32RF12 的通信接口，為了J1ISP2VCC4GND6GND8GND10GNDSCK二、射頻參數(shù)計算RF12 的工作原理：RF12 為單片無線收發(fā)芯片，接收部分為采用正交解調(diào)

8、的零中頻技術(shù)，片上集成有基帶低通濾波器，其帶寬可程序控制，達(dá)到減低噪聲系數(shù)的目的，同時還具有頻率自動控制功能，以離散步進(jìn)方式使得本振頻率與發(fā)射機(jī)的載波頻率差最小。對于 RF12 的應(yīng)用需要根據(jù)接收信號的特性需要對基帶濾波器的代換進(jìn)行計算。正交零中頻解調(diào)原理及低通濾波器帶寬的計算：接收機(jī)結(jié)構(gòu)如下圖所示：本振設(shè)射頻輸入信號為：s(t)=Acos(W0t+(-1)DAWt);本振信號為：L(t)=cos(wLt+()通過正交下變頻器：I(t)=s(t)xL(t)=Acos(30t+(-1)DAcot-COLt-(f)+cos(30t+(-1)DA31+3Lt+(f)/2Q(t)=s(t)xsin(c

9、oLt+()=Asin(30t+(-1)DAwt-wLt-()+sin(wt+(-1)DAwt+wLt+4)/2通過低通濾波器有：Ib(t)=Acos(w0t+(-1)DAwt-wLt-()/2Qb(t)=Asin(cot+(-1)DAcot-coLt-()/2當(dāng)30=COL,4=0時有：Ib(t)=Acos(-1)DAwt)/2Qb(t)=(-1)DAsin(At)/2當(dāng)D=0時Ib和Qb構(gòu)成正方向旋轉(zhuǎn)向量，標(biāo)識為頻偏大于零；判讀為0或1當(dāng)D=1時Ib和Qb構(gòu)成反方向旋轉(zhuǎn)向量，標(biāo)識為頻偏小于零；判讀為1或0.在這里對于碼元寬度為T,頻偏為A3,那么低通濾波器的帶寬不應(yīng)小于：A3+2口/T當(dāng)考

10、慮到本振與信號載波的偏差，濾波器的帶寬應(yīng)包含：頻偏，數(shù)據(jù)速率和頻率誤差。u340C，CKOACT#NOS#VCCTXDR232MPV3RTS#HTPa,UD-DCD#，GNDRI#F1QDXOCTS#RF12的命令RF12的命令通過SPI發(fā)送，共有15條命令:1ConfigurationSettingCommandFrequencyband,crystaloscillatorloadcapacitance,basebandfilterbandwidth,etc.el,ef,b1tob0,x3tox02PowerManagementCommandReceiver/Transmittermodec

11、hange,synthesizer,xtalosc,PA,wake-uptimer,clockoutputcanbeenabledhereer,ebb,et,es,ex,eb,ew,dc3FrequencySettingCommandDatafrequencyofthelocaloscillator/carriersignalf11tof04DataRateCommandBitratecs,r6tor05ReceiverControlCommandFunctionofpin16,ValidDataIndicator,basebandbw,LNAgain,digitalRSSIthreshold

12、p16,d1tod0,i2toi0,g1tog0,r2tor06DataFilterCommandDatafiltertype,clockrecoveryparametersal,ml,s1tos0,f2tof07FIFOandResetModeCommandDataFIFOITlevel,FIFOstartcontrol,FIFOenableandFIFOfillenablef3tof0,s1tos0,ff,fe8ReceiverFIFOReadCommandRXFIFOcanbereadwiththiscommand9AFCCommandAFCparametersa1toa0,rl1tor

13、l0,st,fi,oe,en10TXConfigurationControlCommandModulationparameters,outputpower,eamp,m3tom0,p2top011TransmitterRegisterWriteCommandTXdataregistercanbewrittenwiththiscommandt7tot012Wake-UpTimerCommandWake-uptimeperiodr4tor0,m7tom013LowDuty-CycleCommandEnablelowduty-cyclemode.Setduty-cycle.d6tod0,en14Lo

14、wBatteryDetectorandMicrocontrollerClockDividerCommandLBDvoltageandmicrocontrollerclockdivisionratiod2tod0,v4tov015StatusReadCommandStatusbitscanbereadout對于部分命令說明如下:頻率設(shè)置命令bit1151413121110g3|6543iIPOK10t0fllntp電f7f5f4f3efif.12位參數(shù)F取值在96到3903之間，當(dāng)送入的F值在范圍之外，以前的F數(shù)據(jù)任然被保留。頻率合成器的中心頻率f0可以計算如下：f0=10*C1*(C2+F/4

15、000)MHz常數(shù)C1和C2由所選擇頻段確定：BandMHzC1C2433143868243915330數(shù)據(jù)速率命令bitI1413卜10g654|321CFORII1Q1I01ilc6T5r4口r2ilIO在發(fā)射模式中發(fā)送數(shù)據(jù)的實(shí)際位速率和接收模式中接收數(shù)據(jù)期望的位速率通過7位參數(shù)R(bitsr6tor0)和cs位確定。BR=10000/29/(R+1)/(1+cs*7)kbps在接收部分根據(jù)下面的函數(shù)設(shè)置R參數(shù)：R=(10000/29/(1+cs*7)/BR)-1,這里BR是期望的位速率kbps。除了設(shè)定客戶數(shù)值外，標(biāo)準(zhǔn)位速率可以很小的誤差設(shè)定從600bps到115.2kbps數(shù)據(jù)數(shù)率精度

16、要求：在慢模式恢復(fù)時鐘：ABR/BR1/(29*Nbit)在快模式恢復(fù)時鐘：ABR/BR3/(29*Nbit)BR是在接收機(jī)設(shè)置的位速率，ABR是發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間的數(shù)率偏差。Nbit是在數(shù)據(jù)流中最大的連續(xù)1或0的個數(shù)。建議在長數(shù)據(jù)包中要包含足夠多的1/0或0/1的變換，并在接收機(jī)和發(fā)射機(jī)中小心應(yīng)用相同的分頻比。發(fā)送設(shè)置命令:bit1-1413-I109I65-卜2I-I0JI00mp|hm2mlm口|p1po|9800h位8-4（mp,m3tom0）:FSK調(diào)制參數(shù)為：導(dǎo)致輸出的頻率為：fout=f0+（-1）SIGN*（M+1）*（15kHz）這里：f0為信道的中心頻率（見頻率設(shè)置命令）M

17、is思維二進(jìn)制數(shù)：SIGN=(mp)XOR(Databit)四、控制接口時序：對RF12的命令以串行方式發(fā)送。只要當(dāng)引腳nSEL信號為低邏輯電平，在SDI引腳上的數(shù)據(jù)在引腳SCK上的時鐘信號的上升沿被移入器件。當(dāng)nSEL信號為高，接口被初始化。所有命令由命令碼，后跟可變數(shù)量的參數(shù)或數(shù)據(jù)位構(gòu)成。所有數(shù)據(jù)以高位先發(fā)送（例如對于16位命令的第15位）。用X標(biāo)識的位沒有影響。上電復(fù)位（POR）電路所有控制寄存器和命令寄存器設(shè)置默認(rèn)值。當(dāng)下列事件發(fā)生，接收機(jī)通過將nIRQ引腳拉低對微處理機(jī)產(chǎn)生一個中斷請求：TX寄存器準(zhǔn)備接收下一個字節(jié)（RGIT）FIFO已經(jīng)接收到程序設(shè)定的位數(shù)量（FFIT）上電復(fù)位（P

18、OR）FIFO溢出（FFOV）/TX寄存器覆蓋（RGUR）喚醒定時器溢出（WKUP）在中斷輸出引腳nINT有負(fù)脈沖（EXT）電源電壓低于設(shè)定的電壓（LBD）當(dāng)FIFO許可時FFIT和FFOV才能應(yīng)用。當(dāng)TX寄存器許可時RGIT和RGUR才能應(yīng)用。通過讀出狀態(tài)位來識別中斷源。控制接口的時序圖五、調(diào)試方法：對于發(fā)射功能調(diào)試的方法為采用頻譜分析儀測量RF12的發(fā)射功率和頻率，調(diào)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如下：PC機(jī)通過USB口發(fā)送命令使無線模塊工作在不同的通道上,功率大小分布，頻率精度等情況，以檢驗(yàn)是否工作正常。六、天線的制作：采用四分之一波長的天線，設(shè)計過程主要計算天線的尺寸，關(guān)鍵是調(diào)試其阻抗，調(diào)到50歐姆

19、。截取略長與四分之一波長硬銅線20CM,與50歐姆同軸電纜芯線焊接。通過微波網(wǎng)絡(luò)分析儀測量天線的駐波比，用手鉗對天線頂端小心剪截，改變天線長度，使其駐波比最小即可。連續(xù)發(fā)射，來觀察整個頻段的歐姆射頻電纜接口七、單片機(jī)程序設(shè)計:兩個模塊分別通過USB口與PC機(jī)連接，PC機(jī)上運(yùn)行串口調(diào)試程序，兩臺PC可以互相收發(fā)數(shù)據(jù)，下面是單片機(jī)程序：/芯片采用mega48,時鐘米用外部晶振11.0592M/連線圖mega48RFM12/(PB5)SCKSCK/(PB3)MOSI-SDI/(PB4)MISOSDO/(PB2)SSnSEL/(PD2)nIRQ/編譯器用CodeVisionAVRCCompiler/#

20、include#includetypedefunsignedcharuchar;typedefunsignedintuint;defineSDIPORTB.3defineSDOPINB.4defineSCKPORTB.5definenSELPORTB.2definenIRQPIND.2defineLEDPORTD.6voidInit_RF12(void);voidWrite0(void);voidWrite1(void);voidWriteCMD(uintCMD);voidWriteFSKbyte(uchar*ptr,ucharnum);voiduart0_init(void);voidINT

21、0_init(void);ucharRF12_RDFIFO(void);/ucharmes尸0 xAA,0 xAA,0 x2D,0 xD4,0 x30,0 x31,0 x32,0 x33,0 x34,0 x35,0 x36,0 x37,0 x38,0 x39,0 x3A,0 x3B,0 x3C,0 x3D,0 x3E,0 x61,0 xAA;/eepromucharmes125;ucharmes50=0 xAA,0 xAA,0 x2D,0 xD4;ucharRF_RXBUF50;uchari=0,j=0,t=0;ucharflag1=0,flag2=0;uchartempdata;voidIn

22、it_RF12(void)DDRB=0 x2c;DDRD=0 x42;PORTD.2=1;nSEL=1;SDI=1;SCK=0;WriteCMD(0 x80D8);/EL,EF,433Mband,12.5pFWriteCMD(0 x82D8);/turnoncrystal,!PAWriteCMD(0 xA640);434MHz/WriteCMD(0 xAE10);/439M/WriteCMD(0 xA9B0);/436.2MWriteCMD(0 xC647);/4.8kbpsWriteCMD(0 x94A0);/VDI,FAST,134kHz,0dBm,-103dBmWriteCMD(0 xC

23、2AC);/AL,!ml,DIG,DQD4WriteCMD(0 xCA80);/FIFO8,SYNC,!ff,DRWriteCMD(0 xCA83);WriteCMD(0 xC49B);PWR,NORSTRIC,!st,!fi,OE,ENWriteCMD(0 x9850);/!mp,9810=30kHz,MAXOUTWriteCMD(0 xE000);/NOTUSEWriteCMD(0 xC80E);/NOTUSEWriteCMD(0 xC000);/1.0MHz,2.2Vvoidmain()(Init_RF12();uart0_init();/INT0_init();delay_us(10)

24、;#asm(sei);while(1)(if(flag1)(#asm(cli);LED=0;flag1=0;WriteCMD(0 x8228);/OPENPAdelay_us(4);WriteCMD(0 x8238);#asm(nop);#asm(nop);WriteFSKbyte(mes,i+4);delay_ms(10);WriteCMD(0 x8208);/CLOSEPALED=1;i=0;#asm(sei);WriteCMD(0 x82D8);WriteCMD(0 xCA83);if(!nIRQ)LED=0;/WriteCMD(0 xCA83);RF_RXBUFt+=RF12_RDFI

25、FO();/tempdata=RF_RXBUFt-;/if(tempdata=a)if(RF_RXBUFt-1=0 x61)flag2=0;WriteCMD(0 xCA80);for(j=0;jt-1;j+)while(!(UCSR0A&(0 x20);UDR0=RF_RXBUFj;t=0;LED=1;/#asm(sei);/*/WriteCMD(0 x82D8);voiduart0_init(void)UCSR0A=0 x00;UCSR0C=0 x06;模式UBRR0L=51;UBRR0H=0;UCSR0B=0 x98;voidWrite0(void)(SDI=0;/SDI=0使用波特率不倍

26、增，不使用多從機(jī)模式/異步串口模式，禁止奇偶校驗(yàn),1位停止位,8-bit幀/設(shè)置波特率，9600允許接收發(fā)送允許接收中斷#asm(nop);SCK=0;/SCK=0#asm(nop);#asm(nop);#asm(nop);#asm(nop);#asm(nop);#asm(nop);#asm(nop);#asm(nop);#asm(nop);#asm(nop);#asm(nop);#asm(nop);#asm(nop);#asm(nop);#asm(nop);#asm(nop);SCK=1;#asm(nop);)voidWritel(void)(SDI=1;/SDI=1#asm(nop);SCK=0;/SCK=0#asm(nop);#asm(nop);#asm(nop);#asm(nop);#asm(nop);#asm(nop);#asm(nop);#asm(nop);#asm(nop);#asm(nop);#asm(nop);#asm(nop);#asm(nop);#asm(nop);/SCK=1#asm(nop);#asm(nop);SCK=1;#asm(nop);)voidWriteCMD(uintCMD)(ucharn=16;S