基于nRF905无线数传模块的设计及其实现

1、关键词:无线通信nrf905spi单片机pc机高频芯片时间：地点：用户：标签类型：工作频率：标准：实施公司：方案解决商：硬件提供商：【提要】本文介绍了挪威nordic vlsi公司最新推出的单片无线收发一体芯片nrf905的结构和工作特点，以及在此基础上设计的多功能无线数传模块。该模块主要由标准rs232c接口、标准rs485接口、无线通信接口三部分组成。根据实际工作要求编写相应的通信协议，可以应用在不同的领域中。 当代科学技术日益向高速化、智能化、信息化、网络化发展，各种各样的制造业和通信业设备除了可以与计算机联机外，还可以互相联机，而实现设备间相互联机的最具发展潜力的方式就是无线通信。与有

2、线通信方式相比，无线通信具有一系列优点，特别适用于手持现场设备、电池供电设备、遥控遥测设备、水文气象监控设备、生物信号采集系统、工业数据采集系统等。在上述无线通信技术应用实际中，无线通信协议起着至关重要的作用，直接关系到无线通信系统的安全性和误码率以及系统运行的速度。本文基于挪威nordicvlsi公司最新推出的单片无线收发一体芯片nrf905设计出多功能无线数传模块：具有标准rs232c和rs485接口通信模块，设计的多功能无线数传模块由基于nrf905的高频头和标准通信接口模块组成。 2硬件设计 2.1高频头设计 2.1.1nrf905简介 nrf905是挪威nordicvlsi公司推出的

3、单片射频收发器，工作电压为1.93.6v，32引脚qfn封装(55mm)，工作于433/868/915mhz三个ism(工业、科学和医学)频道，频道之间的转换时间小于650us。nrf905由频率合成器、接收解调器、功率放大器、晶体振荡器和调制器组成，不需外加声表滤波器，shockburst工作模式，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。此外，其功耗非常低，以-10dbm的输出功率发射时电流只有11ma，工作于接收模式时的电流为12.5ma，内建空闲模式与关机模式，易于实现节能。nrf905适用于无线数据通信、无线报警及安全系统、无线开锁、无线监测

4、、家庭自动化和玩具等诸多领域。 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。nrf905的详细结构如图1所示，以及管脚功能如表1所示。 图1nrf905结构图 图2由nrf905组成的高频头用户接口 2.1.2高频头用户接口设计 图2中给出了由nrf905组成的高频头用户接口，该接口由10个数字输入/输出i/o组成，按照工作可分为三组： 1模式控制 该接口由trx_ce、txen、pwr组成控制由nrf905组成的高频头的四种工作模式：掉电和spi编程模式；待机和spi

5、编程模式；发射模式；接收模式，各种模式的控制模式见下表1。 spi接口 表1各种模式的控制模式pwrtrx_cetxen工作模式0xx掉电和spi编程模式10x待机和spi编程模式110接收111发射spi接口由sck、miso、mosi以及csn组成。 （1）在配置模式下单片机通过spi接口配置高频头的工作参数； （2）在发射/接收模式下单片机spi接口发送和接收数据。 l状态输出接口 提供载波检测输出cd，地址匹配输出am，数据就绪输出dr。 2.2标准通信接口模块 标准通信接口模块主要由三部分组成：标准rs232c接口模块；标准rs485接口模块；无线通信接口模块。标准rs232c接口模

6、块，采用maxim公司生产的max232a芯片将微处理器（mcu）的ttl电平与pc机串口标准rs232c电平进行相互转换。标准rs485接口模块采用motorola公司生产的mc3486和mc3487电平转换芯片实现ttl电平与rs485电平的转换。无线通信接口模块采用philips公司生产的74lvc4245a电平转换芯片实现3v与5v电平转换，可以实现mcu与nrf905之间的双向数据通信。其工作原理为：根据事先设定的通信协议，mcu通过设定74lvc4245a的dir引脚为高和低电平，可以分别实现数据由mcu到nrf905的传输（即5v转换为3v）和nrf905到mcu的传输（即3v转

7、换为5v）。 3软件设计 3.1rs232接口通信软件设计 在本设计中pc机发送字符与接受字符均采用查询方式，发送前先读取通信或状态寄存器，查询发送保持寄存器是否为空；接收前先读取通信或状态寄存器，查询一帧据是否收完。从机采用中断方式，即接受到地址帧后就进行串行口中断申请，cpu响应后，进入中断服务程序。 pc机通讯程序用visualbasic开发。我们利用了vb提供的串行通讯专用activex控件mscomm，该控件屏蔽了通讯过程的低层操作。只需设置mscomm控件的相应属性，调用控件相应方法和事件，按照通讯协议要求发出命令号，下位机完成相应功能，便能实现数据通讯。 3.2rs485接口通信

8、软件设计 利用rs485接口可以实现pc机与单片机之间、单片机与单片机之间的远距离点对点和点对多点的异步串行通信。由于rs485通讯是一种半双工通讯，发送和接收共用同一物理信道。在任意时刻只允许一台单机处于发送状态。因此要求应答的单机必须在侦听到总线上呼叫信号已经发送完毕，并且没有其它单机发出应答信号的情况下，才能应答。半双工通讯对主机和从机的发送和接收时序有严格的要求。如果在时序上配合不好，就会发生总线冲突，使整个系统的通讯瘫痪，无法正常工作。对于多机通信，总线上所连接的各单机的发送控制信号在时序上应完全隔开，以保证发送和接收信号的完整和正确避免总线上信号的碰撞。 3.3基于nrf905的高

9、频头的无线通信软件设计 由于与rf协议相关的高速信号处理部分已经嵌入在模块内部，高频头可与各种低成本单片机配合使用，也可以与dsp等高速处理器配合使用；高频头提供一个spi接口，速率由微控制器自己设定的接口速度决定。在rx模式中，地址匹配（am）和数据准备就绪（dr）信号通知mcu一个有效的地址和数据包已经各自接收完成，微控制器即可通过spi读取接收的数据。在tx模式中，高频头自动产生前导码和crc校验码，数据准备就绪（dr）信号通知mcu数据传输已经完成。这意味着降低mcu的存储器需求也就是降低mcu成本，同时缩短软件开发时间。nrf905接收模式如图4所示，nrf905发射模式如图5所示。

10、 3.3.1配置编程 上电以后mcu首先配置高频头模块。先将pwr、txen、trx_ce设为配置模式（见表1），mcu通过spi将配置数据移入高频头模块；在掉电和待机模式工作后，配置内容仍然有效。配置数据只有当电源撤除后才会丢失。 3.3.2发射模式 l当mcu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接口传送给高频头。应用协议或mcu设置接口速度。图4nrf905接收模式 lmcu设置trx_ce，txen为高来启动传输。 l高频头内部处理： （1）无线系统自动上电 （2）数据包完成（加前导码和crc校验码） （3）数据包发

11、送（100kbps，gfsk，曼切斯特编码） l如果auto_retran被设置为高，高频头将连续地发送数据包，直到trx_ce被设置为低。 l当trx_ce被设置为低时，高频头结束数据传输并将自己设置成待机模式。 3.3.3接收模式 l通过设置trx_ce高，txen低来选择rx模式。 l650us以后，高频头监测空中的信息。 l当高频头发现和接收频率相同的载波时，载波检测（cd）被置高。 l当高频头接收到有效的地址时，地址匹配（am）被置高。 l当高频头接收到有效的数据包（crc校验正确）时，高频头去掉前导码，地址和crc位，数据准备就绪（dr）被置高。 lmcu设置trx_ce低，进入standby模式（待机模式）。 lmcu可以以合适的速率通过spi接口读出有效数据。 l当所有的有效数据被读出后，高频头将am和dr置低。 4结束语 随着信息技术和计算机科学的变革和发展，无线通讯技术已经成为一种发展趋势在各个领域当中逐步得到应用。无线通讯传输技术具有成本低、无需通讯电缆、不受应用环境限制、组态灵活、重构性强等优点，这就给无线通信技术带来了很大的发展空间。本文采用了挪威nordicvlsi公司最新推出的单片无线收发一体芯片nrf905，并在此基础上设计出多功能无线数传模块。 经过实际检验，此模块运行稳定，通信可靠