基于單片機(jī)的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊畢業(yè)設(shè)計(jì)

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1、編號(hào)： 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 題 目： 基于單片機(jī)的無(wú)線數(shù) 據(jù)傳輸模塊 院 （系）： ************ 專 業(yè)： ************ 學(xué)生姓名： ****** 學(xué) 號(hào)： ********** 指導(dǎo)教師： ****** 職 稱： ******

2、 題目類型： 理論研究 實(shí)驗(yàn)研究 R工程設(shè)計(jì) 工程技術(shù)研究 軟件開(kāi)發(fā) 摘 要 隨著社會(huì)的發(fā)展,人們期望能隨時(shí)隨地、不受時(shí)空限制地進(jìn)行信息交互。當(dāng)今的各種智能化控制系統(tǒng)也離不開(kāi)數(shù)據(jù)信息的傳輸。其中，無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸是區(qū)別于傳統(tǒng)的有線傳輸?shù)男滦蛡鬏敺绞?，系統(tǒng)不需要傳輸線纜、成本低廉、施工簡(jiǎn)單。無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸如下的優(yōu)點(diǎn)使其日益得到廣泛的應(yīng)用:1)省去了通信設(shè)備之間連線,特別是在不易接線或接線費(fèi)用較高區(qū)域(如有歷史意義的建筑物、河流、山脈等障礙)更具優(yōu)勢(shì),甚至某些場(chǎng)合只能采用無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸方式(如民航飛機(jī)的導(dǎo)航);2)設(shè)備的可移動(dòng)性、安裝的方便性、組網(wǎng)的靈活性

3、等。目前，藍(lán)牙(Bluetooth)、IEEE802.11等無(wú)線局域網(wǎng)協(xié)議及其技術(shù)的研究、開(kāi)發(fā)和應(yīng)用正如火如荼地進(jìn)行,也預(yù)示著無(wú)線通信在未來(lái)的信息交互中將發(fā)揮出更大的作用?，F(xiàn)在，有很多的電器產(chǎn)品(如一些家用電器)的操作控制也都采用了無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸方式，一些無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸功能相對(duì)簡(jiǎn)單的電器產(chǎn)品，無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸信號(hào)的接收識(shí)別往往采用與編碼調(diào)制芯片配套的譯碼芯片。而無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸功能比較復(fù)雜的一些電器產(chǎn)品，無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸信號(hào)的識(shí)別與譯碼多采用單片機(jī)，其編碼調(diào)制方法也有多種。下面介紹一種常用的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸信號(hào)的編碼方法，以及用單片機(jī)對(duì)其進(jìn)行識(shí)別的程序設(shè)計(jì)方法，以供參考。設(shè)計(jì)了一種基于AT89S51單片機(jī)的無(wú)線數(shù)

4、據(jù)傳輸方案,并簡(jiǎn)要介紹了無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸抗干擾措施并給出軟件設(shè)計(jì)實(shí)例。 關(guān)鍵詞：無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸; 單片機(jī); 編碼; 解碼 Abstract With the development of society, people look forward to anytime, anywhere, without time limit to conduct information exchange. Todays all kinds of intelligent control system is also inseparable from the data information tra

5、nsmission. The wireless data transmission is different from the traditional cable transmission of a new transmission, the system does not require transmission cable, low-cost, simple construction. Wireless data transmission are the advantages of its increasingly wide range of applications: 1) elimin

6、ating the connection between the communications equipment, particularly in the hard wiring or higher cost of wiring the region (if any historical significance of buildings, rivers, mountains, etc. Obstructions) a better position, even some occasions, can only use wireless data transfer method (such

7、as civil aircraft navigation); 2) mobile equipment, the installation of convenience, flexibility, and other network. Currently Bluetooth (Bluetooth), IEEE802.11 wireless local area network (WLAN, Wireless Local Area Network) agreement and technology research, development and application are carried

8、out in full swing, but also indicates that wireless communications in the future Internet will play a bigger role. Now, a lot of electrical products (such as some household appliances) have the operational control of the use of wireless data transmission, wireless data transmission functions of some

9、 relatively simple electrical products, wireless data transmission signals are often used to receive recognition and supporting chips code modulation The decoding chips. And wireless data transmission functions of some of the more complex electrical products, wireless data transmission signals in th

10、e identification and decoding use of SCM, its code modulation also have a variety of ways. Here are a commonly used wireless data transmission signal coding methods, and use them to identify the MCU programming methods, for reference. AT89S51 design of a microcontroller-based wireless data transmiss

11、ion programme and gave a briefing on wireless data transmission anti-jamming measures and gives examples of the software design. Key words:Wireless data transmission; single-chip microcomputer; coding; decoder 目 錄 引言 1 1 單片機(jī)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原理 1 1.1 單片機(jī)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸原理概述 1 1.1.1 無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸編碼原理 2 1.1.

12、2 無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸信號(hào)的解碼 5 1.1.3 無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議 6 1.1.4 無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的調(diào)制和解調(diào) 7 1.2 AT89S51單片機(jī)的原理 7 1.3 QwikRadio射頻發(fā)射模塊（Transmitter Module） 11 1.4 QwikRadio射頻接收模塊（Receiver Module） 22 2 基于單片機(jī)的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) 29 2.1 硬件電路設(shè)計(jì) 29 2.1.1概述 29 2.1.2發(fā)射部分 30 2.1.3接收部分 31 2.2 軟件設(shè)計(jì) 33 2.2.1概述 33 2.2.2發(fā)射電路的軟件流程設(shè)計(jì) 33 2.2.3

13、接收電路的軟件流程設(shè)計(jì) 37 3 調(diào)試 42 4 總結(jié) 44 5 結(jié)束語(yǔ) 45 謝 辭 46 參考文獻(xiàn) 47 附 錄 48 第48頁(yè) 共48頁(yè) 引言 　　當(dāng)今的各種智能化控制系統(tǒng) ,比如智能化小區(qū)內(nèi)部的無(wú)線抄表系統(tǒng)、門(mén)禁系統(tǒng)、防盜報(bào)警系統(tǒng)和安全防火系統(tǒng)等 ,工業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) ,水文氣象控制系統(tǒng),機(jī)器人控制系統(tǒng)、數(shù)字圖像傳輸系統(tǒng)等等 ,都離不開(kāi)數(shù)據(jù)信息的傳輸?？梢哉f(shuō) ,數(shù)據(jù)信息傳輸系統(tǒng)是各種智能化控制系統(tǒng)的重要組成部分。而數(shù)據(jù)送的方式大部分采用有線的數(shù)據(jù)傳送方式,例如并行傳送、串行傳送、CAN總線和Lonworks總線等等。在有線數(shù)據(jù)傳輸

14、方式當(dāng)中,數(shù)據(jù)的傳輸載體是雙絞線、同軸電纜或光纖。在一些單片機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中,數(shù)據(jù)采集裝置是安裝在環(huán)境條件惡劣的現(xiàn)場(chǎng)或野外。采集到的數(shù)據(jù)通信傳輸?shù)绞殖纸K端, 然后通過(guò)手持終端送到后臺(tái)機(jī)(PC 機(jī)) 進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、處理。這樣,數(shù)據(jù)采集裝置與手持終端之間的數(shù)據(jù)傳輸需解決通信問(wèn)題。若采用有線數(shù)據(jù)傳輸方式顯然是不合適的。其實(shí),數(shù)據(jù)傳輸還可以有無(wú)線傳輸方式,即通過(guò)空氣或真空實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送。相比于傳統(tǒng)的有線數(shù)據(jù)傳輸方式,無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸方式可以不考慮傳輸線纜的安裝問(wèn)題,從而節(jié)省大量電線電纜,并且降低施工難度和系統(tǒng)成本,是一個(gè)很有發(fā)展?jié)摿Φ难芯空n題。無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸因其傳輸距離遠(yuǎn)和受障礙影響小而得到廣泛應(yīng)用，隨著各種專用

15、無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸集成電路和無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸發(fā)射和接收專用集成電路的不斷涌現(xiàn)，使許多復(fù)雜的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)變得愈來(lái)愈簡(jiǎn)單，而且工作穩(wěn)定性可靠。隨著計(jì)算機(jī)、通信和無(wú)線技術(shù)的逐步融合,在傳統(tǒng)的有線通信的基礎(chǔ)上,無(wú)線通信技術(shù)因具有體積小、抗干擾能力強(qiáng)、快捷、方便、可移動(dòng)、可靠、無(wú)需布線、維護(hù)方便和數(shù)據(jù)安全等優(yōu)勢(shì),所以廣泛應(yīng)用到遙控玩具、汽車電子、安全防火、生物信號(hào)采集、環(huán)境監(jiān)測(cè)和電氣自動(dòng)化等領(lǐng)域。本文介紹利用單片機(jī)以及發(fā)射/接收模塊電路實(shí)現(xiàn)的一種無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想。給出了無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的工作原理、硬件設(shè)計(jì)方案和軟件設(shè)計(jì)方案。討論了數(shù)據(jù)傳輸格式，給出了數(shù)據(jù)通信協(xié)議的數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu),以適應(yīng)于無(wú)線通信環(huán)

16、境,可確保在案較差的無(wú)線環(huán)境下實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)無(wú)差錯(cuò)傳輸。該方法安全可靠,實(shí)時(shí)性強(qiáng),占用內(nèi)存極少,可廣泛應(yīng)用于高中低檔單片機(jī). 特別對(duì)于存儲(chǔ)容量小的低檔單片機(jī),該方法是理想的選擇。主控芯片采用AT89S51 單片機(jī),發(fā)射電路采用無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊QwikRadio射頻發(fā)射模塊，接收部分采用無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊QwikRadio射頻接收模塊。該系統(tǒng)通過(guò)發(fā)射接收無(wú)線電波實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸。其裝置具有體積小、功耗低、成本低的特點(diǎn)，傳輸距離可達(dá)100m以上。 1 單片機(jī)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原理 1.1 單片機(jī)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸原理概述 無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸有發(fā)送和接收兩個(gè)組成部分。發(fā)送端采用單片機(jī)將待發(fā)送的二進(jìn)制信號(hào)編

17、碼調(diào)制為一系列的脈沖串信號(hào),通過(guò)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊中的發(fā)射模塊發(fā)射信號(hào)。無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸接收端普遍采用價(jià)格便宜,性能可靠的一體化無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸接收模塊(如QwikRadio射頻接收模塊,它接收無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸信號(hào)頻率為433.92 MHz，數(shù)據(jù)速率為10Kbps) 接收無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸信號(hào),它同時(shí)對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大、檢波、整形,得到TTL 電平的編碼信號(hào),再送給單片機(jī),經(jīng)單片機(jī)解碼并執(zhí)行,去控制相關(guān)對(duì)象,如圖1-1所示。 單片機(jī) 編碼調(diào)制 無(wú)線發(fā)送模塊 發(fā)送 無(wú)線接收模塊 接收 單片機(jī) 解碼 圖 1-1 　單片機(jī)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^(guò)程 無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸發(fā)射部分,一般由一個(gè)能產(chǎn)生等幅振蕩的高頻載

18、頻振蕩器和一個(gè)產(chǎn)生低頻調(diào)制信號(hào)的低頻振蕩器組成。用來(lái)產(chǎn)生載頻振蕩的電路一般有多諧振蕩器、互補(bǔ)振蕩器和石英晶體振蕩器等由低頻振蕩器產(chǎn)生的低頻調(diào)制波,一般為寬度一定的方法。如果是多路控制可以采用每一路寬度不同的方波,或是頻率不同的方法去調(diào)制高頻載波,組成一組組的已調(diào)制波,作為控制信號(hào)向空中發(fā)射。 接收電路從工作方式分,可以分成超外差接收方式和超再生接收方式。超外差原理利用本地產(chǎn)生的振蕩波與輸入信號(hào)混頻,將輸入信號(hào)頻率變換為某個(gè)預(yù)定的頻率的電路。其優(yōu)點(diǎn)是: ①容易得到足夠大而且比較穩(wěn)定的放大量。②具有較高的選擇性和較好的頻率特性。③容易調(diào)整。缺點(diǎn)是電路比較復(fù)雜 ,同時(shí)也存在著一些特殊的干擾 ,如相

19、頻干擾、組合頻率干擾和中頻干擾等。超再生電路實(shí)際上是一個(gè)受控間歇振蕩的高頻振蕩器,這個(gè)高頻振蕩器采用電容三點(diǎn)式振蕩器,振蕩頻率和發(fā)射器的發(fā)射頻率相一致。而間歇振蕩又是在高頻振蕩過(guò)程中產(chǎn)生的,反過(guò)來(lái)又控制著高頻振蕩器的振蕩和間歇。間歇振蕩的頻率是由電路的參數(shù)決定的。這個(gè)頻率選低了,電路的抗干擾性能較好,接收靈敏度降低;反之亦然。超再生式接收方式具有電路簡(jiǎn)單、性能適中、成本低廉的優(yōu)點(diǎn)所以在實(shí)際應(yīng)用中被廣泛采用。 1.1.1 無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸編碼原理 無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸按編碼產(chǎn)生方式分為專用芯片編碼方式和自定義編碼方式兩種。 (1) 專用芯片編碼方式: 有固定的調(diào)制方式和幀結(jié)構(gòu),可用硬件、也可以用軟件來(lái)

20、實(shí)現(xiàn)解碼。 (2) 自定義編碼方式: 調(diào)制方式和幀結(jié)構(gòu)都由自己定義,采用這種編碼方式時(shí)一般都需要采用軟件解碼。 有許多專用的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸發(fā)射芯片把按鍵識(shí)別、編碼、調(diào)制功能集成在一塊芯片中, 輸出發(fā)射信號(hào), 只要經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)即可通過(guò)芯片把無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸信號(hào)發(fā)射出去。這種發(fā)射方式簡(jiǎn)單可靠、基本不用調(diào)試即可使用,。大多數(shù)發(fā)射芯片采用低功耗設(shè)計(jì), 特別適用于手持式遙控器中。雖然專用芯片使用簡(jiǎn)便, 但對(duì)于某些場(chǎng)合卻并不適用。最簡(jiǎn)單的例子就是空調(diào)遙控器, 用戶必須從遙控發(fā)射端知道空調(diào)當(dāng)前的設(shè)置狀態(tài), 而遙控器的按鍵數(shù)目又不可能太多, 在這種情況下, 我們發(fā)射出去的溫度調(diào)節(jié)信號(hào)就不能只是簡(jiǎn)單的“加”和“減”和

21、“開(kāi)”和“關(guān)”, 還應(yīng)該把設(shè)置的溫度值一起發(fā)射出去。這時(shí)就要使用以MCU 為核心的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸發(fā)射電路。在以MCU 為核心的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸發(fā)射電路中,MCU 完成按鍵的識(shí)別、編碼工作, 調(diào)制既可由硬件電路完成也可以由軟件模擬完成。因?yàn)槿缜八? 無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸?shù)妮d波頻率比較低, MCU 的速度完全可以滿足要求。產(chǎn)生出來(lái)的發(fā)射信號(hào)同樣只要經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)即可發(fā)射出去。 二進(jìn)制信號(hào)的編碼: 傳統(tǒng)通訊傳送的信息以模擬信號(hào)出現(xiàn)，表現(xiàn)為一種連續(xù)的信號(hào), 而現(xiàn)代通訊系統(tǒng)傳送的方式是采用數(shù)字信號(hào)的方式。無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸采用不同的脈寬寬度來(lái)實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制信號(hào)的編碼,可由發(fā)送單片機(jī)來(lái)完成。 為了滿足上述對(duì)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊?

22、, 傳輸指令的傳送可以通過(guò)改變光學(xué)載體 （紅外線）的編碼來(lái)傳輸 ,其字長(zhǎng)可以變化 ,即一個(gè)字可以包括不同的二進(jìn)制位數(shù).在傳輸系統(tǒng)中有3 種“二進(jìn)制位”的表示方法 ,即通常所說(shuō)的“0”,“1”的表示方法。 第一種:FSK式（移頻鍵控方式Frequency Shift Keying）, 又稱數(shù)字調(diào)頻。如果用改變載波頻率的方法來(lái)傳送二進(jìn)制符號(hào)，就是移頻鍵控（FSK）的方法。這時(shí)其頻譜可以看成碼列對(duì)低頻載波的開(kāi)關(guān)鍵控加上碼列的反碼對(duì)高頻載波的開(kāi)關(guān)鍵控。移頻鍵控方式用兩種不同的脈沖頻率分別表示二進(jìn)制數(shù)的“0”和“1”。用2個(gè)頻率傳輸1“位”二進(jìn)制 ,這是最安全的方法,缺點(diǎn)是成本高、功耗大。所以 ,在電

23、器的遙控器中極少應(yīng)用。圖1-2是表示用2個(gè)頻率對(duì)“二進(jìn)制位”的“0”和“1”進(jìn)行編碼的示意圖。在FSK方式中，相鄰碼元的頻率不變或者跳變一個(gè)固定值。在兩個(gè)相鄰的頻率跳變的碼元之間，其相位通常是不連續(xù)的。 圖1-2 　FSK編碼“二進(jìn)制位”的方式 第二種:曼徹斯特編碼方式 又稱雙相調(diào)制編碼方式 ,常用于局域網(wǎng)傳輸。在曼徹斯特編碼中，每一位的中間有一跳變，位中間的跳變既作時(shí)鐘信號(hào)，又作數(shù)據(jù)信號(hào)；從高到低跳變表示"1"，從低到高跳變表示"0"。,在長(zhǎng)虹、創(chuàng)維等彩電的控制器中,就采用了這種雙相調(diào)制方式。還有一種是差分曼徹斯特編碼，每位中間的跳變僅提供時(shí)鐘定時(shí)，而用每位開(kāi)始時(shí)有無(wú)跳變表示"0

24、"或"1"，有跳變?yōu)?0"，無(wú)跳變?yōu)?1"。兩種曼徹斯特編碼是將時(shí)鐘和數(shù)據(jù)包含在數(shù)據(jù)流中，在傳輸代碼信息的同時(shí)，也將時(shí)鐘同步信號(hào)一起傳輸?shù)綄?duì)方，每位編碼中有一跳變，不存在直流分量，因此具有自同步能力和良好的抗干擾性能。但每一個(gè)碼元都被調(diào)成兩個(gè)電平，所以數(shù)據(jù)傳輸速率只有調(diào)制速率的1/2。曼徹斯特編碼“二進(jìn)制位”的表示方法如圖1-3所示。 圖1-3 　傳輸“二進(jìn)制位”的曼徹斯特編碼方式 第三種:脈寬調(diào)制編碼方式 ,是利用微處理器的數(shù)字輸出來(lái)對(duì)模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)，廣泛應(yīng)用在從測(cè)量、通信到功率控制與變換的許多領(lǐng)域中。這種編碼方式根據(jù)脈沖上升沿之間的距離決定“二進(jìn)制位”是“

25、0”還是“1”,兩脈沖上升沿之間距離短為“0”,距離長(zhǎng)為“1”。如圖1-4 所示 ,脈寬編碼用在載波或脈沖調(diào)制方式中.家用錄像機(jī) ,VCD,DVD的遙控器多采用脈寬編碼方式。 圖1-4 　傳輸“二進(jìn)制位”的脈沖調(diào)制方式 脈寬調(diào)制編碼方式的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是從處理器到被控系統(tǒng)信號(hào)都是數(shù)字形式的，無(wú)需進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換。讓信號(hào)保持為數(shù)字形式可將噪聲影響降到最小。噪聲只有在強(qiáng)到足以將邏輯1改變?yōu)檫壿?或?qū)⑦壿?改變?yōu)檫壿?時(shí)，也才能對(duì)數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生影響。 對(duì)噪聲抵抗能力的增強(qiáng)是脈寬調(diào)制編碼方式相對(duì)于模擬控制的另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，而且這也是在某些時(shí)候?qū)⒚}寬調(diào)制編碼方式用于通信的主要原因。從模擬信號(hào)轉(zhuǎn)向脈寬

26、調(diào)制編碼方式可以極大地延長(zhǎng)通信距離。在接收端，通過(guò)適當(dāng)?shù)腞C或LC網(wǎng)絡(luò)可以濾除調(diào)制高頻方波并將信號(hào)還原為模擬形式。 本文采用不同的脈寬寬度來(lái)實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制信號(hào)的編碼 ,這種編碼調(diào)制方法類似于脈寬調(diào)制編碼方式，編碼過(guò)程可由發(fā)送單片機(jī)來(lái)完成。用圖1-5（a）表示二進(jìn)制信號(hào)中的高電平‘1’,其特征是脈沖中低電平與高電平的寬度均相等，即由一個(gè)脈沖的高電平和一個(gè)脈沖的低電平組成;用圖1-5（b）表示二進(jìn)制信號(hào)中的低電平‘0’,其特征是脈沖中高電平的寬度和低電平的寬度不相等,低電平的寬度是高電平的二倍 ,相當(dāng)于一個(gè)脈沖的高電平加上兩個(gè)脈沖的低電平。上述的脈沖寬度可以適當(dāng)?shù)卣{(diào)整 ,以適應(yīng)不同數(shù)據(jù)傳輸速度的需要

27、。 表示“1” 表示“0” 1個(gè)脈沖 1個(gè)脈沖 1個(gè)脈沖 2個(gè)脈沖 (a)“1”的二進(jìn)制編碼表示 (b) “0”的二進(jìn)制編碼表示 圖1-5 二進(jìn)制信號(hào)的編碼 1.1.2 無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸信號(hào)的解碼 硬件解碼可分為專用解碼集成電路和自行設(shè)計(jì)的解碼電路兩種。專用解碼芯片一般與專用編碼芯片配對(duì)設(shè)計(jì)制造。按其編碼與解碼功能可分為以下三類: (1) 控制數(shù)據(jù)的地址加密編碼與解碼器: 這類電路的特點(diǎn)是在地址加密編碼的同時(shí)還可以進(jìn)行控制數(shù)據(jù)的編解碼。其編碼容量大,保密性好。適用于安防、工業(yè)控制等對(duì)可靠性要求較高的場(chǎng)合。 (2) 地址加密編碼與

28、解碼器: 這一類電路無(wú)控制數(shù)據(jù)編碼僅有加密地址編解碼功能。適用于可靠性要求較高,但只進(jìn)行簡(jiǎn)單的開(kāi)關(guān)或增減控制的場(chǎng)合。 (3) 控制數(shù)據(jù)編碼與解碼器: 這類電路無(wú)加密地址編碼僅有控制數(shù)據(jù)的編解碼。適用于群控或者應(yīng)用環(huán)境本身就保證了其他信號(hào)發(fā)射源不會(huì)同時(shí)出現(xiàn)的場(chǎng)合,如在一個(gè)密閉的設(shè)備內(nèi)部。使用專用的硬件編碼解碼對(duì)芯片,簡(jiǎn)便可靠,使用廣泛,不再多述。一般來(lái)說(shuō)硬件解碼相對(duì)軟件解碼成本較高,并且當(dāng)系統(tǒng)因更改或升級(jí)改變了編碼方式時(shí), 接收的硬件就要做相應(yīng)的更改,缺乏一定的靈活性。當(dāng)MCU 的任務(wù)不是很繁重時(shí),可以考慮使用軟件解碼。對(duì)于頻率調(diào)制方式, 只要測(cè)出每次脈沖的周期就可以解碼出對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制信息。方

29、法有很多種,中斷、查詢都可以實(shí)現(xiàn),具體方法因?qū)嶋H情況而定。對(duì)于脈寬調(diào)制(PWM),只要識(shí)別出每個(gè)脈沖的高(或低)電平寬度即可完成解碼。對(duì)于2 脈位調(diào)制(2PPM),需要判斷出每個(gè)周期內(nèi)高低電平出現(xiàn)的先后次序,從而實(shí)現(xiàn)解碼。單片機(jī)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸軟件解碼要保證正確無(wú)誤地還原無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸信息碼,其主要功能包括以下幾部分: (1) 過(guò)濾附加信息,得到有效信息位。(2)排除系統(tǒng)內(nèi)外各種干擾信號(hào)。(3)丟棄接收到的不完整信息幀。(4)檢驗(yàn)接收信息的正確性。 為了能夠達(dá)到上述要求，本系統(tǒng)使用的解碼方式是無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸信號(hào)的解碼由接收單片機(jī)來(lái)完成,它把無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸接收模塊送來(lái)的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸編碼波形通過(guò)解碼,還原

30、出發(fā)送端發(fā)送的數(shù)據(jù)。當(dāng)接收到起始幀后,進(jìn)入解碼部分,接收完一幀后,處理收到的數(shù)據(jù)并進(jìn)入下一次接收。解碼采用軟件解碼, 如果從一個(gè)脈沖的高電平和一個(gè)脈沖的低電平過(guò)后, 若讀到的電平為低, 說(shuō)明該位為“0”, 反之即可判定為編碼“1”。解碼一位后,需等到下一位的高電平到來(lái),再讀到一個(gè)低電平后，判斷讀得的電平是高還是低,進(jìn)行解碼。按照這種方法判斷八次，從而還原出發(fā)送端發(fā)送的信號(hào)。這樣,根據(jù)事先約定代碼所代表的功能，單片機(jī)就可以去執(zhí)行各種控制動(dòng)作,從而達(dá)到無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪康摹? 1.1.3 無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議 通訊中幾個(gè)重要的方面包括傳輸速度、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度、數(shù)據(jù)的完整性等,也就是要求解碼能盡可能準(zhǔn)確。為

31、了達(dá)到這些要求,需在一定脈沖頻率下按照一定的時(shí)間約定進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送,也就是一種簡(jiǎn)單的協(xié)議。為了保證數(shù)據(jù)的正確性,盡量采 用大于的脈沖,并經(jīng)過(guò)多次的反復(fù)測(cè)定,對(duì)脈沖進(jìn)行多次采樣,選用幾種延時(shí)程序等。無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議除了規(guī)定無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸信號(hào)的載波頻率、編碼方式、脈沖寬度等信息外，還對(duì)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸?shù)母袷竭M(jìn)行了嚴(yán)格的規(guī)定，以確保發(fā)送端和接收端之間無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確無(wú)誤。無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議是為了進(jìn)行無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸所制定的標(biāo)準(zhǔn)。幾乎所有的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)都是按照特定的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議來(lái)進(jìn)行信號(hào)傳輸?shù)?。因此，要設(shè)計(jì)制作無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，首先要制定無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，以及了解與之相關(guān)的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸發(fā)射和接收模塊。

32、 基于字節(jié)傳輸?shù)臒o(wú)線數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)格式 本系統(tǒng)的傳輸數(shù)據(jù)格式是：在發(fā)送字節(jié)的開(kāi)始先通過(guò)單片機(jī)發(fā)送5個(gè)脈沖寬度的高電平和5個(gè)脈沖寬度的低電平作為傳輸開(kāi)始,接著發(fā)送8 位數(shù)據(jù)(字節(jié)高位在前,低位在后),如下圖所示。 5個(gè)脈沖高電平 5個(gè)脈沖低電平 高位在前，低位在后 起始位 8位數(shù)據(jù) 圖1-6 基于字節(jié)傳輸?shù)臒o(wú)線數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)格式 1.1.4 無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的調(diào)制和解調(diào) 為了使數(shù)據(jù)傳送的距離較長(zhǎng)，在發(fā)射信號(hào)前要對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，調(diào)制的方法是將原信號(hào)與一個(gè)載波相與。QwikRadio射頻接收模塊，DATA是信號(hào)輸出端。QwikRadio射頻接收模塊接收發(fā)射的已調(diào)制信號(hào)，并對(duì)信號(hào)進(jìn)行

33、解調(diào)恢復(fù)原來(lái)的調(diào)制信號(hào)。解調(diào)過(guò)的信號(hào)經(jīng)過(guò)放大后送入單片機(jī)中進(jìn)行解碼。 對(duì)移動(dòng)通信的數(shù)字調(diào)制和解調(diào)器技術(shù)的要求如下： （1）在信道衰落條件下，誤碼率要盡可能低； （2）發(fā)射頻譜窄，對(duì)相鄰信道干擾?。? （3）高效率的解調(diào)，以降低移動(dòng)臺(tái)功耗，進(jìn)一步縮小體積和成本； （4）能提供較高的傳輸速率； （5）易于集成。 1.2 AT89S51單片機(jī)的原理 AT89S51單片機(jī)是美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的低功耗，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4K bytes的可系統(tǒng)編程的Flash只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用ATMEL公司的高密度，非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)8051指令系統(tǒng)及引腳。它

34、集Flash程序存儲(chǔ)器，既可在線編程（ISP）也可用傳統(tǒng)方法進(jìn)行編程及通用8位微處理器于單片芯片中，ATMEL公司的功能強(qiáng)大，低價(jià)at89s51單片機(jī)可提供許多高性價(jià)比的應(yīng)用場(chǎng)合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。AT89S51提供以標(biāo)準(zhǔn)功能:4K字節(jié)Flash閃速存儲(chǔ)器,128字節(jié)內(nèi)部RAM,32個(gè)I/O口線,看門(mén)狗(WDT),兩個(gè)數(shù)據(jù)指針,兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器,一個(gè)5向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu),一個(gè)全雙工串行通信口,片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。同時(shí)，AT89S51可降至0HZ的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時(shí)/計(jì)數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電

35、方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。 主要性能參數(shù) 與MCS-51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容 4K字節(jié)在系統(tǒng)編程（ISP）Flash閃速存儲(chǔ)器 1000次擦寫(xiě)周期 4.0-5.5V的工作電壓范圍 全靜態(tài)工作模式：0HZ-33MHZ 三級(jí)程序加密鎖 128*8字節(jié)內(nèi)部RAM 32個(gè)可編程I/O口線 2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器 6個(gè)中斷源 全雙工串行UART通道 低功耗空閑和掉電模式 中斷可從空閑模式喚醒系統(tǒng) 看門(mén)狗（WDT）及雙數(shù)據(jù)指針 掉電標(biāo)識(shí)和快速編程特性 靈活的在系統(tǒng)編程（ISP-字節(jié)或頁(yè)寫(xiě)模式） 圖1-7 單片機(jī)的引腳 引腳功

36、能說(shuō)明 VCC：電源電壓 GND：地 P0口：P0口是一組8位漏極開(kāi)路型雙向I/O口，也即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時(shí)，每位能驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯門(mén)電路，對(duì)端口寫(xiě)“1”可作為高阻抗輸入端使用。在訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器時(shí)，這組I/O口線分時(shí)轉(zhuǎn)換地址（低8位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問(wèn)期間激活內(nèi)部上拉電阻。在Flash編程時(shí)，P0口接收指令字節(jié)，而在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)，校驗(yàn)時(shí)，要求外接上拉電阻。 P1口：P1口是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門(mén)電路。對(duì)端口寫(xiě)“1”，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可以作為輸

37、入口。作為輸入口時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流。Flash編程和程序校驗(yàn)期間，P1接收8位地址。 P2口：P2口是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門(mén)電路。對(duì)端口寫(xiě)“1”，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作為輸入口，作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流。在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。在訪問(wèn)8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P2口線上的內(nèi)容（也即特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中P2寄存器的內(nèi)容），在整個(gè)訪問(wèn)期間不改

38、變。Flash編程或校驗(yàn)時(shí)，P2亦接收高位地址和其他控制信號(hào)。 P3口：P3口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。P3口輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門(mén)電路。對(duì)P3口寫(xiě)入“1”時(shí)，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可以作為輸入端口。作為輸入端時(shí)，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流。P3口除了作為一般的I/O口線外，更重要的用途是它的第二功能，如下表所示： 表1-1 P3口的第二功能列表 P3口還接收一些用于Flash閃速存儲(chǔ)器編程和程序效驗(yàn)的控制信號(hào)。 RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，RST引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。WDT溢出將使該引腳輸出高

39、電平，設(shè)置SFR AUXR的DISRTO位（地址8EH）可打開(kāi)或關(guān)閉該功能。DISRTO位缺省為RESET輸出高電平打開(kāi)狀態(tài)。 ALE/PROG:當(dāng)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。即使不訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器，ALE仍以時(shí)鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的正脈沖信號(hào)，因此它可以對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。要注意的是：每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。對(duì)Flash存儲(chǔ)器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（PROG）。如有必要，可以通過(guò)對(duì)特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中的8EH單元的D0位置，可以禁止ALE操作。該位置后，只有一條MOVX和MO

40、VC指令A(yù)LE才會(huì)被激活。此外，該引腳會(huì)被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)該設(shè)置ALE無(wú)效。 PSEN:程序儲(chǔ)存允許（PSEN）輸出是外部程序存儲(chǔ)區(qū)的讀選通信號(hào)，當(dāng)AT89S51由外部程序存儲(chǔ)器取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，每當(dāng)機(jī)器周期兩次PSEN有效，即輸出兩個(gè)脈沖。當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，沒(méi)有兩次有效的PSEN信號(hào)。 EA/VPP：外部訪問(wèn)允許。欲使CPU僅訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器（地址為0000H-FFFFH），EA端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存EA端狀態(tài)。如EA端為高電平（接VCC端），CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的指令。Flash存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引

41、腳加上+12V的編程電壓Vpp。 XTAL1：振蕩器反相放大器及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。 XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。 中斷寄存器：各中斷允許控制位于IE寄存器，5個(gè)中斷源優(yōu)先級(jí)控制于IP寄存器。 雙時(shí)鐘指針寄存器：為了更方便地訪問(wèn)內(nèi)部和外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，提供了兩個(gè)16位數(shù)據(jù)指針寄存器：DP0位于SFR（特殊功能寄存器）區(qū)塊中的地址82H、83H和DP1位于地址84H、85H，當(dāng)SFR中的位DPS=0選擇DP0 ，而DPS=1則選擇DP1。用戶應(yīng)該在訪問(wèn)相應(yīng)的數(shù)據(jù)指針寄存器前初始化DPS位。 電源空閑標(biāo)志：電源空閑標(biāo)志（POF）在特殊功能寄存器SFR中PCON的第4位，電源打

42、開(kāi)時(shí)POF置“1”，它可以由軟件設(shè)置睡眠狀態(tài)并不為復(fù)位所影響。 存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)：MCS-51單片機(jī)內(nèi)核采用程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間分開(kāi)的結(jié)構(gòu)，均具有64KB外部程序和數(shù)據(jù)的尋址空間。 程序存儲(chǔ)器：如果EA引腳接地（GND），全部程序均執(zhí)行外部存儲(chǔ)器。在AT89S51,假如EA接至VCC(電源正)，程序首先執(zhí)行地址從0000H-0FFFH內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，再執(zhí)行地址為1000H-FFFFH的外部程序存儲(chǔ)器。 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器：AT89S51的具有128字節(jié)的內(nèi)部RAM，這128字節(jié)可利用直接或間接尋址方式訪問(wèn)，堆棧操作可以利用間接尋址方式進(jìn)行，128直接均可以設(shè)置為堆棧區(qū)空間。 看門(mén)狗定時(shí)器：看門(mén)

43、狗定時(shí)器是為了解決CPU程序運(yùn)行時(shí)可能進(jìn)入混亂或死循環(huán)而設(shè)置的，它由一個(gè)14比特的計(jì)數(shù)器和看門(mén)狗復(fù)位SFR構(gòu)成。外部復(fù)位時(shí)，看門(mén)狗定時(shí)器默認(rèn)為關(guān)閉狀態(tài)，要打開(kāi)看門(mén)狗定時(shí)器，用戶必須按順序?qū)?1EH和0E1H寫(xiě)到WDTRST寄存器，當(dāng)啟動(dòng)了看門(mén)狗定時(shí)器，它會(huì)隨晶體振蕩器在每個(gè)機(jī)器周期計(jì)數(shù)，除硬件復(fù)位或看門(mén)狗定時(shí)器溢出復(fù)位外沒(méi)有其它方法關(guān)閉看門(mén)狗定時(shí)器，當(dāng)看門(mén)狗定時(shí)器溢出，將會(huì)使RST引腳輸出高電平的復(fù)位脈沖。 UART：通用異步通信口。 定時(shí)器0和定時(shí)器1：在單片機(jī)中有兩個(gè)特殊功能寄存器與定時(shí)/計(jì)數(shù)有關(guān),這就是TMOD 和TCON。TMOD 和TCON 是名稱,在寫(xiě)程序時(shí)就可以直接用這個(gè)名稱

44、來(lái)指定它們,當(dāng)然也可以直接用它們的地址89H 和88H 來(lái)指定它們。TMOD 被分成兩部份,T1 和T0 每部份4 位.分別用于控制T1 和T0, TCON也被分成兩部份,高4 位用于定時(shí)/計(jì)數(shù)器,低4 位則用于中斷。 中斷：中斷由特殊功能寄存器、中斷入口、順序查詢邏輯電路等組成,包括5個(gè)中斷請(qǐng)求源,4個(gè)用于中斷控制的寄存器IE、IP、ECON 和SCON 來(lái)控制中斷類弄、中斷的開(kāi)、關(guān)和各種中斷源的優(yōu)先順序確定。 晶體振蕩器的選擇 AT89S51中有一個(gè)用語(yǔ)構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個(gè)放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或

45、陶瓷諧振器一起構(gòu)成自激振蕩器，振蕩電路如下圖。 外接石英晶體（或陶瓷諧振器）及電容C1、C2接在放大器的反饋賄賂中構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路。對(duì)外接電容C1、C2雖然沒(méi)有十分嚴(yán)格的要求，但電容容量的大小會(huì)輕微影響振蕩器頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程序及溫度穩(wěn)定性。如果使用石英晶體，我們推薦電容使用30pF10Pf,而如使用陶瓷諧振器建議選擇40pF10Pf。 用戶也可以采用外部時(shí)鐘。采用外部時(shí)鐘的電路如圖所示。這種情況下，外部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端，XTAL2則懸空。 由于外部時(shí)鐘信號(hào)是通過(guò)一個(gè)2分頻觸發(fā)器后作為內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)的，所以對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的占空比沒(méi)有特殊要求，但最小高電平持續(xù)時(shí)間

46、和最大的地電平持續(xù)時(shí)間應(yīng)符合產(chǎn)品技術(shù)條件的要求。 因?yàn)楸鞠到y(tǒng)為無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，為了減小外部干擾對(duì)整個(gè)系統(tǒng)傳輸性能的影響以及符合無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊的要求。本系統(tǒng)單片機(jī)的晶振采用6MHZ的晶振。因?yàn)榫д耦l率高時(shí)，容易對(duì)傳輸系統(tǒng)進(jìn)行干擾。 圖1-8 晶振振蕩電路 1.3 QwikRadio射頻發(fā)射模塊（Transmitter Module） 無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的核心是無(wú)線收發(fā)控制電路．我們可以采用無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊來(lái)構(gòu)成無(wú)線收發(fā)電路。在本系統(tǒng)中，我們采用的收發(fā)模塊是QwikRadio射頻發(fā)射模塊和QwikRadio射頻接收模塊。 QwikRadio射頻發(fā)射模塊有以下特點(diǎn)： ◆支持幅移鍵控

47、(ASK)/鍵控通斷(OOK)調(diào)制方式 ◆數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá) 20Kbps ◆可與各種超再生和超外差接收器配合使用 ◆與QwikRatio系列接收器配合使用，能在實(shí)現(xiàn)可靠鏈接的同時(shí)，大大的降低系統(tǒng)成本 ◆待機(jī)電流極小，小于0.04uA ◆通過(guò)改變PC端電壓可調(diào)節(jié)發(fā)射功率 ◆輸出消隱是保證MICRF102符合FCC等發(fā)射規(guī)定的關(guān)鍵 ◆天線自動(dòng)調(diào)諧功能,消除了模塊生產(chǎn)過(guò)程中的手工調(diào)諧工序.也能自動(dòng)適應(yīng)阻抗變化和觸摸效應(yīng) 表1-2 射頻發(fā)射模塊參數(shù)表 模塊型號(hào) RFIC 發(fā)射功率 工作電流 數(shù)據(jù)速率 發(fā)射頻率 模塊尺寸(mm) 外圍元件 TX-2-F3-A MICR

48、F102BM 0dbm 8mA 20Kbps 315MHz 22.6 X 10.2 16只 無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸發(fā)射芯片MICRF102的應(yīng)用說(shuō)明 概述 MICRF102 是Micrel 公司 QwikRatioTM 系列發(fā)射器（Transmitter）的成員之一，工作在 300~470MHz ISM頻段，適用于各種無(wú)線遙控/數(shù)傳領(lǐng)域。它是一款真正的單片“數(shù)據(jù)入，天線出”發(fā)射器，天線調(diào)諧在芯片內(nèi)部完成，無(wú)需手工調(diào)節(jié)；發(fā)射功率自動(dòng)控制；高度集成，外圍元件極少，應(yīng)用非常簡(jiǎn)單；穩(wěn)定性好，性價(jià)比優(yōu)異。 MICRF102支持幅移鍵控（ASK ）/鍵控通斷（OOK）調(diào)制方式，可與各種

49、超再生和超外差接收器配合使用。數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)20kbps。MICRF102與QwikRatioTM系列接收器配合使用，能在實(shí)現(xiàn)可靠鏈接的同時(shí)，大大的縮短產(chǎn)品研發(fā)周期和降低系統(tǒng)成本。 特征 完整的單片UHF 發(fā)射器 300MHz~440MHz ISM 頻段 數(shù)據(jù)速率可達(dá)20kbps 自動(dòng)天線調(diào)諧，無(wú)需手工調(diào)節(jié) 外圍元件極少 待機(jī)電流極小，小于0.04 μA FCC 認(rèn)證，安全可靠 應(yīng)用 遙控門(mén)鎖（RKE/GDO ） 家電遙控 汽車防盜 家居安防系統(tǒng) 無(wú)線數(shù)據(jù)鏈接 無(wú)線傳感 玩具 表1-3 MICRF102BM應(yīng)用參數(shù) 型號(hào) 工作溫度范

50、圍 封裝形式 MICRF102BM 0~+85℃ 8-Pin SOIC 典型應(yīng)用電路 圖1-9 典型應(yīng)用電路 引腳定義 圖1-10 SOP-8 引腳封裝 表1-4 引腳功能 序號(hào) 名稱 功能 1 PC 功率控制輸入。該腳電壓通常置為0.15~0.35V 2 VDD 電源輸入正端。通過(guò)去耦電容接VSS 端 3 VSS 電源輸入負(fù)端 4 REFOSC 時(shí)鐘基準(zhǔn)輸入。通過(guò)晶振接VSS，或以AC 耦合方式輸入峰峰值為0.5V 的時(shí)鐘信號(hào)?；鶞?zhǔn)頻率等于發(fā)射頻率的1/

51、32 5 STBY 待機(jī)模式控制。接VDD 為發(fā)射狀態(tài)；接VSS 為待機(jī)狀態(tài) 6 ANTM 射頻功率輸出負(fù)端。驅(qū)動(dòng)環(huán)路天線低端 7 ANTP 射頻功率輸出正端。驅(qū)動(dòng)環(huán)路天線高端 8 ASK ASK （幅移鍵控）信號(hào)輸入 技術(shù)參數(shù) 極限工作條件（說(shuō)明1） 最大電源電壓（VDD ）……………………………………………………+6V 輸入/輸出端電壓………………………………………Vss-0.3V ~V +0.3V

52、 儲(chǔ)存溫度范圍…………………………………………………-65℃~+150℃ 焊接溫度（焊接時(shí)間10s） …………………………………………+300℃ ESD 額定值見(jiàn)說(shuō)明3 額定工作條件(說(shuō)明2) 電源電壓（VDD ）………………………………………………+4.75~+5.5V 最大電源紋波……………………………………………………………10mV PC 端電壓范圍(VPC)……………………………………………150mV~350mV 工作環(huán)境溫度（TA ）………………………………………………0~+85℃ 工作頻率范圍…………………………………………………300MHz

53、~470MHz 特性參數(shù) 表中參數(shù)如無(wú)特別聲明，均在以下條件測(cè)得 4.75V≤VDD ≤5.5V，VPC=0.35V， TA=25℃，fREFOSC=12.1875MHz，STBY＝VDD 。 表1-5特性參數(shù) 符號(hào) 參數(shù) 測(cè)試條件 最小值 典型值 最大值 單位 電源 IQ 待機(jī)電流 VSTBY<0.5V , VASK<0.5V 或VASK>VDD-0.5V 0.04 μA ION 高電平電流 315MHz，見(jiàn)說(shuō)明4 6 10.5 mA 433MHz，見(jiàn)說(shuō)明4 8 12 mA IOFF 低電平電流 315MHz

54、 4 6 mA 433MHz 6 8.5 mA 平均工作電流 315MHz，33% 占空比 4.7 mA 433MHz，33% 占空比 6.7 mA 射頻/ 中頻部分 POUT 射頻輸出功率 見(jiàn)說(shuō)明4 0 dBm E 場(chǎng)強(qiáng)(3m 處) 見(jiàn)說(shuō)明5 67dB 80dB μV/m H 諧波輸出，見(jiàn)說(shuō)明10 315MHz 二次諧波 三次諧波 -46 -45 dBc 433MHz 二次諧波 三次諧波 -50 -41 dBc ASK 消光比

55、 40 52 dBc 變?nèi)菡{(diào)節(jié)范圍 見(jiàn)說(shuō)明7 3 5 7 pF 參考振蕩器部分 參考振蕩器輸入阻抗 300 k Ω 參考振蕩器源電流 6 μA 參考振蕩器輸入電壓 0.2 0.5 VPP 數(shù)據(jù)/控制部分 校準(zhǔn)時(shí)間 見(jiàn)說(shuō)明8，ASK=High 25 ms 功放待機(jī)/ 啟動(dòng)延遲 見(jiàn)說(shuō)明9， STBY 電壓由低至高轉(zhuǎn)換，晶振ESR<20 Ω 6 ms 待機(jī)/ 發(fā)射穩(wěn)定時(shí)間 外部時(shí)鐘輸入（500mVPP ） 10 ms 晶振，ESR

56、<20 Ω 19 ms 最大數(shù)據(jù)速率 ASK 調(diào)制，占空比為50% 20k bps VSTBY 使動(dòng)電壓 0.75 VDD V ASK 輸入電平 高電平 0.75 VDD V 低電平 0.25 VDD V ASK 輸入電流 ASK 為0V 和5V 時(shí)電流 -10 0.1 10 V 說(shuō)明： 1. 超出極限工作條件可能會(huì)損壞器件。 2. 超出額定工作條件時(shí)器件性能不能保證 3. 本產(chǎn)品屬靜電敏感器件，請(qǐng)采取合理的靜電防護(hù)措施。不要在強(qiáng)靜電場(chǎng)附近使用和貯存。 4. 工作電流和發(fā)射功

57、率均為PC（功率控制）端控制電壓的函數(shù)。提高PC 端電壓可以提高發(fā)射功率，但工作電流也會(huì)增大。見(jiàn)圖3 5. 發(fā)射功率為在50 歐等效負(fù)載電路下測(cè)得。 6. 場(chǎng)強(qiáng)為在距發(fā)射模塊TX102-2A 天線3 米處測(cè)得。 7. 可變電容調(diào)節(jié)范圍表征芯片在保證標(biāo)稱發(fā)射頻率狀況下天線元件離散的容忍度。 8. 芯片第一次上電或掉電時(shí)，芯片會(huì)進(jìn)入校準(zhǔn)模式自動(dòng)調(diào)整天線參數(shù)。 9. 脫離待機(jī)狀態(tài)后，芯片需要一段時(shí)間初始化參考時(shí)鐘REFOSC 和鎖相環(huán)PLL。第一個(gè)高電平應(yīng)比初始化時(shí)間長(zhǎng)，緊接著的低電平到高電平的躍變才被視為數(shù)據(jù)調(diào)制。 10.基于MICRF102 的發(fā)射模塊TX102-2A 符

58、合FCC 15.231 部分有關(guān)最高發(fā)射強(qiáng)度的規(guī)定。 典型特性曲線 圖1-11a. 輸出功率-控制電壓 圖1-11b. 邏輯1 耗電流-控制電壓 原理與結(jié)構(gòu) 圖1-12. MICRF102 內(nèi)部結(jié)構(gòu) MICRF102的基本結(jié)構(gòu)如圖4所示，它由以下幾個(gè)功能模塊組成： UHF頻率合成器（1,2,3,4,5）、緩沖器（6a/b）、天線調(diào)諧器（7）、功率放大器（8）、發(fā)射功率偏置控制（9）、待機(jī)控制（10）、可變電容（11）。 頻率合成器產(chǎn)生正交輸出的射頻載波，其中同向信號(hào)（I）用于驅(qū)動(dòng)功放，正交信號(hào)（Q） 用于比較天線信號(hào)相位以實(shí)行天線自動(dòng)調(diào)諧。 天線調(diào)諧模塊檢測(cè)

59、天線端發(fā)射信號(hào)的相位，控制可變電容進(jìn)行天線調(diào)諧。 功率控制單元檢測(cè)天線信號(hào)，控制功放偏置電流，以校正發(fā)射功率。 內(nèi)置差分可變電容作為調(diào)諧元件，保證發(fā)射頻率在電源和溫度變化時(shí)保持穩(wěn)定。 一個(gè)PCB 環(huán)形天線，一個(gè)諧振元件和一個(gè)電阻分壓網(wǎng)絡(luò)，這就是用MICRF102 組成一個(gè)完整的遙控發(fā)射器所需的所有外圍元件。 應(yīng)用信息 設(shè)計(jì)步驟 MICRF102 發(fā)射器設(shè)計(jì)步驟如下： 1）根據(jù)發(fā)射頻率選擇適當(dāng)?shù)膮⒖颊袷幤鳌? 2）設(shè)計(jì)PCB 環(huán)形天線 3）計(jì)算天線總的匹配電容 4）計(jì)算串聯(lián)和并聯(lián)電容。 5）設(shè)置PC 端電壓來(lái)控制發(fā)射功率。 參考振蕩器選擇

60、根據(jù)發(fā)射頻率計(jì)算外置參考振蕩器頻率。發(fā)射頻率為參考振蕩器頻率的32 倍，即 fTX=32 fREFOSC 參考振蕩器頻率可由晶振或信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生。若選擇晶振，則其等效串聯(lián)電阻ESR應(yīng)不大于20 歐姆。若用信號(hào)發(fā)生器，則其幅值應(yīng)在200mV~500mV 之間。 PCB 天線設(shè)計(jì) PCB 環(huán)形天線的電感可由下式?jīng)Q定 LANT=0.2Length ln （Length/d-1.6 ）10 -9k 其中， Length 為天線長(zhǎng)度，單位mm， d 為銅帶寬度，單位mm， k 為頻率修正因子，

61、 LANT 為天線近似電感，單位H。 由于寄生參數(shù)的影響，實(shí)際的電感要比計(jì)算值要大一些，可在計(jì)算值后加2nH修正。上式只是天線電感的近似算法，實(shí)際的天線電感會(huì)隨PCB 材料、厚度和接地面的不同而有所變化，精確的測(cè)定可借助于射頻網(wǎng)絡(luò)分析儀。 匹配電容計(jì)算 天線匹配電容可由下式計(jì)算： CT=1/（4π2f2LANT） 其中， CT為總的匹配電容值，單位F， π值取3.1416， f為載頻，單位Hz， LANT為天線電感，單位H， 串/并聯(lián)電容計(jì)算 理想情況下，MICRF102的串聯(lián)電

62、容和并聯(lián)電容具有相同或非常相近的容值，可先給CP賦值，然后由下式進(jìn)行計(jì)算CS，反復(fù)計(jì)算，直到兩者相等或非常接近，并可選用精度為5%的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品為止。 CS=1/（1/Cr-1/(CVAR+CP)） 其中， CVAR 為內(nèi)置可變電容，單位F（對(duì)MICRF102，可取其中間值5pF）， CS 為串聯(lián)電容，單位F， CP 為并聯(lián)電容，單位F。 天線的尺寸不宜大于參考設(shè)計(jì)中尺寸，因?yàn)樘炀€面積越大，天線環(huán)路負(fù)載Q值越高，越難實(shí)現(xiàn)電容匹配。另外，流入內(nèi)部變?nèi)萜鞯慕涣麟娏骶街挡灰^(guò)16mA，在天線尺寸不太大的情況下，并聯(lián)電容可以吸收掉一部分電流。如果選用更小尺寸的天線，串聯(lián)電容可選用1

63、00pF～220pF 的隔直電容器，以保證天線管腳之間沒(méi)有直流電流。此時(shí)并聯(lián)電容可根據(jù)下式計(jì)算： CT= CP+ CVAR 。 發(fā)射功率控制 發(fā)射場(chǎng)強(qiáng)與天線的效率有關(guān)。好的天線設(shè)計(jì)可在3 米處獲得67～80的場(chǎng)強(qiáng)。PC引腳用來(lái)設(shè)置發(fā)射功率，功放PA 輸出端的差分電壓隨PC 腳的電壓增加而成比例增加。但在PC端電壓高于0.35V時(shí)，由于功放電流受到限制，射頻輸出功率不再增加。PC端電壓較低時(shí)，功耗較低，但射頻輸出功率和工作距離也會(huì)較小。設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用均衡考慮。 天線自動(dòng)調(diào)諧 MICRF102 的差分輸出適合驅(qū)動(dòng)呈感性負(fù)載的環(huán)路天線。其輸出級(jí)含有一個(gè)可變電

64、容，標(biāo)稱值為5.0pF，可在3~7pF 之間調(diào)節(jié)。天線調(diào)諧單元監(jiān)測(cè)功放輸出端信號(hào)的相位，將可變電容自動(dòng)設(shè)置在正確的容值上以獲得諧振。MICRF102 的自動(dòng)調(diào)諧功能，消除了模塊生產(chǎn)過(guò)程中的手工調(diào)諧工序，也能在使用中自動(dòng)適應(yīng)阻抗變化和“觸摸”效應(yīng)。 電源旁路電容 適當(dāng)?shù)碾娫磁月肥潜匦璧?，如果電源紋波過(guò)大或去耦電路不合適，發(fā)射器頻譜中會(huì)有較明顯的雜波。建議用一個(gè)4.7F 和一個(gè) 100pF 的電容并聯(lián)接在VDD 和VSS 之間，連線應(yīng)盡量短。 輸出消隱 當(dāng)器件初次上電或突然斷電時(shí)，輸出就會(huì)自動(dòng)消隱（關(guān)斷）。輸出消隱是保證MICRF102 符合FCC 等發(fā)射規(guī)定的關(guān)

65、鍵，它使發(fā)射只有在頻率合成器完全正常工作時(shí)才會(huì)進(jìn)行，避免了無(wú)意發(fā)射。 參考設(shè)計(jì) 該參考設(shè)計(jì)為T(mén)X102-2A。參考設(shè)計(jì)PCB 如圖1-13。 圖1-13. MICRF102 參考設(shè)計(jì) 圖1-14 環(huán)路天線輻射模式（315MHz） 天線參數(shù) 環(huán)路天線的參數(shù)見(jiàn)表1-6 表1-6 天線參數(shù)表 Freq. (MHZ) R. (ohms) XL (ohms) Ind (Nh) Q (XL/R) K 300 1.7 84.5 44.8 39.72 0.83 315 2.34 89.3 45.1 39.65 0.85

66、390 3.2 161 47.4 52.00 0.90 434 2.1 136 50.0 78.33 0.96 人們常認(rèn)為環(huán)路天線方向性較強(qiáng)。實(shí)際上小環(huán)路天線可獲得與偶極天線相近的特性。圖15為環(huán)路天線的輻射模式圖。其中，0面圖像為發(fā)射器PCB 所在平面輻射模式，90面圖像為PCB 垂直方向輻射模式。 電源旁路 旁路電容分別選用C3=4.7μF，C4=0.1μF，C5=100pF。 圖1-15 電源旁路 匹配電容計(jì)算 315MHz 天線電感計(jì)算 Length_mils=2815 dmils=70 k=0.85 Length=(Length_mils25.4)/1000 d=(dmils25.4)/1000 Length=71.501 d=1.778 L=0.2LengthIn(Length/d-1.6) 10-9k L=4410-9 其中，天