ＮＲＦ９０５无线收发芯片原理及设计实现
摘 要：介绍了无线收发芯片nRF905的功能，及其与51单片机的接口设计。单片机可以很容易地通过SPI接口访问nRF905，功耗低。多频道多频段，可以很方便地实现点对点及点对多点无线通信。
关键词：无线收发器；SPI接口；单片机
中图分类号：TP29文献标识码：A文章编号：1672-3198（2008）04-0293-02
1 引言
nRF905是Nordic VLSI公司推出的一款无线收发芯片。32脚封装（32L QFN 5 x 5mm），供电电压为1.9～3.6V，工作于433/868/915MHz三个ISM（工业、科学和医学）频道。可自动处理字头和CRC（循环冗余码校验）。微处理器可以通过SPI接口及相关指令访问nRF905的寄存器。功耗低，高抗干扰GFSK调制，可跳频，载波检测输出，地址匹配输出以及数据就绪输出。nRF905适用于遥感、遥测、无线抄表、工业数据采集以及家庭自动化等领域。
2 nRF905简介
2.1 芯片结构
MOSI/MISO是发射／接收数据的通道；TRX_CE，TX_EN是收／发通道的控制端；PWR_UP是工作模式控制端；CSN、SCK为串行接口控制端；CD是接收模式下载波监测信号输出端；AM是接收到正确的数据包地址后芯片指示信号的输出端；DR是发射完一个数据包后芯片指示信号的输出端；uPCLK是芯片提供的一个可设置的时钟源信号输出端；ANT1和ANT2用于天线部分；XC1和XC2外接电路构成了晶体振荡电路。nRF905片内集成了电源管理、晶体振荡器、低噪声放大器、频率合成器、功率放大器、通信协议控制等模块，曼彻斯特编码/解码由片内硬件完成，无需用户对数据进行曼彻斯特编码，因此使用非常方便。可自动处理字头和ＣＲＣ（循环冗余码校验），使用ＳＰＩ接口与微控制器通信，配置非常方便。由于nRF905采用抗干扰能力强的高斯频移键控（GFSK）调制方式，抗干扰能力强，能很好的减少噪声环境对系统性能的干扰。
2.2 工作模式
nRF905有两种工作模式和两种节能模式。两种工作模式分别是 接收模式和 发送模式，两种节能模式分别是关 机模式和空闲模式。nRF905的工作模式由TRX_CE、TX_EN和PWR_UP三个引脚决定。详见表1。
由于nRF905具有ShockBurstTM功能，使得nRF905不需要使用昂贵的高速微控制处理器（MCU）对数据处理／时钟恢复，也能达到较高的数据率。通过在芯片上将所有的高速信号处理变为射频通信协议，nRF905芯片提供了一个具有微控制器能力的SPI接口，数据率由具有微控制器功能的接口速率自行设定。收发电路的数字部分是一个低速率电路，而收发电路的射频链接却是一个处于最高速率的电路，整个电路要通过变速才能解决速率上的差异。nRF905芯片的ShockBurstTM模式减少了在这一过程中的平均电流消耗。在ShockBurstTMRX模式中，当一个有效地址的数据包被接收时，能够通过AM和DR两个信号外送给MCU。在ShockBurstTMTX模式中，nRF905芯片自动地完成报头的生成和CRC校验，当发送过程完成后，能够通过DR信号外送给MCU，发送工作已经完成。这样可以降低MCU对内存的要求，使得MCU实现了低成本，同时也缩短了软件的开发周期。
3 硬件设计
单片机选用ATMEL公司生产的AT89LV51单片机。它具有低功耗、低电压（与nRF905共用同一电压）的特性，它既适合结构比较简单的应用系统，也适合于比较复杂的实时系统。单片机主要完成两个方面的工作，一方面完成对射频芯片通信过程的控制，另一方面通过RS-232总线与上位机相连。由于AT89LV51内部没有集成SPI接口，因此通过软件模拟的方法来实现与nRF905的SPI通信。硬件连接上，由P2口、P3.2、P3.3、P3.5连接到nRF905模块的连接器相应的引脚上。电路如图1所示。
4 软件设计
4.1 发射子程序
（1）当单片机有数据需要发往规定节点时，接收节点的地址（TX_address）和有效数据（TX_payload）通过SPI接口传送给nRF905，单片机设置接口速度。
（2）单片机设置TRX_CE，TX_EN为高电平来启动传输。
（3）nRF905内部处理：
无线系统自动上电；
数据包完成（加前导码和CRC校验码）；
数据包发送（5Ok， GFSK，曼彻斯特编码）。
（4）如果AUTO_RETURN被设置为高电平，nRF905将连续的发送数据包，直到TRX_CE被设置为低。
（5）当TRX_CE被设置为低时，nRF905结束数据传输并将自己设置成待机模式。发送程序流程图如图2所示。
4.2 接收子程序
（1）通过设置TRX_CE高，TX_EN低来选择RX模式。
（2）650us后，nRF905监测空中的信息；
（3）当nRF905发现和接收频率相同的载波时，载波检测（CD）被置高；
（4）当nRF905接收到有效的地址时，地址匹配（AM）被置高；
（5）当nRF905接收到有效的数据包（CRC校验正确）时，nRF905去掉前导码，地址和CRC位，数据准备就绪（DR）被置高；
（6）单片机设置TRX_CE低，进入待机模式；
（7）单片机以合适的速率通过SPI接口读出有效数据。接收程序流程图如图3所示。
5 结语
利用单片射频无线收发芯片 nRF905，容易实现小尺寸、高稳定性的无线数据传输系统，通信程序简单，易于实现，较一般的无线通信系统更具有扩展方便的优点。其数据传输速度快、可靠性高、可移植性强，可广泛应用于各类无线数据通信中。
参考文献
［1］吕跃刚. 基于nRF905无线数传模块的设计及其实现［J］.微计算机信息，2006，22（11-2），274-275.
［2］侯海岭，姚年春.无线收发芯片nRF905的原理及其在单片机系统中的应用［J］.仪器仪表用户，2006，13（3），70-71.
注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。
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