无线数据通信系统的设计(论文)1

目录

第一章概述 (2)

第二章无线收发芯片nRF401工作原理 (3)

第2.1节芯片特点 (3)

第2.2节芯片内部框图 (3)

第2.3节芯片的主要特点及电气特性 (5)

第2.4节芯片典型应用 (6)

第三章无线数据通讯系统的硬件设计 (7)

第3.1节 nRF401无线收发模块 (7)

第3.2节单片机与无线收发控制器的接口 (8)

第3.3节多机通讯网络框图 (9)

第四章无线数据通讯系统的软件设计 (10)

第4.1节时序参数与通讯协议 (10)

第4.1.1节工作时序 (10)

第4.1.2节通信协议 (12)

第4.2节软件流程图 (13)

第五章扩展性能及相关问题的处理 (15)

第5.1节通讯距离的扩展 (15)

第5.1.1节影响无线通信距离的主要因素 (15)

第5.1.2节加大功率提高通信距离 (16)

第5.1.3节采用高增益天线提高通信距离 (17)

第5.2节常见问题及解决办法 (18)

第5.2.1节发送和接收频率问题 (18)

第5.2.2节 PCB布局和去藕设计指南 (18)

结束语 (21)

参考文献 (22)

致谢 (23)

无线数据通信系统的设计

06测控：许云峰指导老师：朱桂荣

【摘要】文章利用无线收发芯片nRF401实现以单片机为控制系统的无线数据通信，并给出单片机控制nRF401硬件和通信软件的具体设计。该系统数据传输速率较快，可靠性高，适于多种应用领域。

【关键词】nRF401 无线数据通信单片机

Abstract：

This article recommended the wireless communication about microcomputers which utilizes nRF401, the hardware and software design which the singalchip computer controls the nRF401 is given. The system’s performance is good and it’s functions can expanded easily, so it can be applied in many regions.

Keywords：nRF401 wireless data communication micro computer

第一章概述

nRF401是NORDIC公司最新推出的单片无线收发一体的芯片，在一个20脚的芯片中包括了高频发射、高频接收、PLL合成、FSK调制、FSK解调、多频道切换，是目前集成度最高的无线数传产品，目前国内的工业微机测控网络多为有线通信方式，有线通信的优点是数据传输可靠性较高，但需铺设较多明线，而有些生产领域由于条件所限，难以铺设线路，这时就需要无线通信来解决问题。本文利用无线收发芯片nRF401实现了以单片机为控制系统的无线数据通信, nRF401无线收发芯片性能领先业界，其显著特点是外围元件较少(约１０个)，在设计上充分考虑了用户编程和使用的方便，例如nRF401可以直接接单片机串口发送接收数据，而无需对数据进行曼彻斯特编码，其他的单片ＲＦ收发芯片一般都需要对数据进行曼彻斯特编码后才能发送，采用曼彻斯特编码不仅增加了编程的复杂性，而且传输效率低，实际速率仅为标称的一半，不能满足实时传输的需要。而nRF401 系列独特的技术可以直接传送单片机串口数据，目前还没有其他厂商能做到这一点。nRF401是目前外接元件最少的单片ＲＦ收发芯片之一，采用易于获得的4MHz晶振，通过频率合成器合成433MHz的工作频率，大大降低了成本，增加了使用的灵活性，而其他产品大多需要外接昂贵的变容二极管或表面波振子。系统性能较好，适于多种应用领域，有较大推广价值。并对单片机间的多机通信技术做了较深入的探讨，对系统硬件实现做了较详细的介绍。

第二章无线收发芯片nRF401工作原理

第2.1节芯片特点

nRF401无线收发芯片是北欧集成电路公司（NORDIC）公司最新推出的一种集发射和接收为一体的真正单片UHF无线数传芯片，采用蓝牙核心技术设计，它在一个20脚双列直插封装的芯片中包括了高频发射、高频接收、PLL合成、FSK调制、FSK解调、多频道切换等功能，是目前集成度最高的无线数传产品。nRF401采用抗干扰能力强的ＦＳＫ调制方式，采用了移频键控进行调制解调，能够以20Kbps的比特率进行无线数据的传输，发射功率可以调整，最大发射功率是+10dBm。nRF401的天线接口设计为差分天线，以便于使用低成本的PCB天线。它要求非常少的外围元件（约10个），无需声表滤波器、变容管等昂贵的元件，只需要便宜且易于获得的4MHz晶体，收发天线合一。无需进行初始化和配置，不需要对数据进行曼彻斯特编码，工作速率最高可达20Kbit/s，开阔地的使用距离最远可达1000M，工作在ISM频率433MHz和双信道频率433.92/434.33MHz，工作电压范围可以从2.7至5V，还具有待机模式，可以更省电、更高效。

以往设计无线数传产品往往需要相当的无线电专业知识和价格高昂的专业设备，传统的电路方案不是电路繁琐就是调试困难，令人望而却步，影响了用户的使用和新产品的开发，nRF401的出现使人们摆脱了无线产品设计的困难，nRF401采用抗干扰能力强的FSK 移频键控调制方式，直接数据输入输出，特别适合工业场合。采用DSS+PLL频率合成技术，工作频率稳定可靠，外围元件少，便于设计生产，功耗极低，适合于便携及手持产品的设计，由于采用了低发射功率，高接收灵敏度的设计，满足无线管制要求，无需使用许可证，是目前低功率无线数传的理想选择，可广泛用于遥控、遥测、小型无线网络、无线抄表、门禁系统、小区传呼、工业数据采集系统、无线标签、身份识别、非接触RF智能卡、小型无线数据终端、安全防火系统、无线遥控系统、生物信号采集、水文气象监控、机器人控制、无线232数据通信、无线485/422数据通信、无线数字语音、数字图像传输等。

第2.2节芯片内部框图[5]

内部结构包括发射电路、接收电路、模式和低功耗控制逻辑电路及串行接口几部分，可分为高频接收/发射、PLL合成、FSK调制/解调和双频切换等单元。发射电路包含有：射频功率放大器、锁相环（PLL）、压控振荡器（VCO）、频率合成器等电路。基准振荡器采