MSP430单片机与nRF905无线通信系统设计

无线通信系统，由两个部分组成：发送终端，接收终端。数据的发送和接收显示是借助于串口来实现的，通过ｐｃ机串口给发送终端送数据，然后发送终端通过ｎｒｆ９０５把数据发送出去；接收终端通过ｎｒｆ９０５接收数据，然后把接收到的数据通过串口传给ｐｃ机。系统框图如图１所示。　　无线系统的硬软件设计　　系统的硬件设计　　本系统采用的射频收发器为ｎｏｒｄｉｃ　ｖｌｓｉ公司的ｎｒｆ９０５，　工作电压为１．９～３．６ｖ，工作于４３３／８６８／９１５ｍｈｚ三个ｉｓｍ频段，频段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。高抗扰ｇｆｓｋ调制，数据速率为５０ｋｂｐｓ，独特的载波监测输出，地址匹配输出，数据就绪输出。ｓｈｏｃｋｂｕｒｓｔｔｍ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的硬件连接电路图如图２所示。　　采用的微处理器为ｔｉ公司的ｍｓｐ４３０ｆ１４９，它是一种超低功耗的混合信号控制器，具有１６位ｒｉｓｃ结构，ｃｐｕ中的１６个寄存器和常数产生器使ｍｓｐ４３０能达到最高的代码效率。单片机通过采用不同的时钟源工作可以使器件满足不同功耗要求，适当选择时钟源，可以让器件的功耗达到最小。外设主要有存储器、时钟模块、定时器、ｕｓａｒｔ和ａ／ｄ转换器等。　　此次设计主要用到了ｍｓｐ４３０ｆ１４９两个串口通信模块ｕｓａｒｔ０和ｕｓａｒｔ１，ｕｓａｒｔ０作为ｕａｒｔ使用，提供异步通信，通过ｍａｘ３２３２电平转换芯片提供ｒｓ－２３２接口和ｐｃ机进行通信，ｕｓａｒｔ１作为ｓｐｉ使用，提供同步通信，主要是和ｎｒｆ９０５之间进行命令和数据通信。把ｍｓｐ４３０ｆ１４９的ｐ２口作为一般引脚使用，与ｎｒｆ９０５的其他引脚相连。对ｍｓｐ４３０ｆ１４９提供双晶振系统，低频晶振为３２．７６８ｋ，与微控制的ｘｉｎ和ｘｏｕｔ相连，为ｒｓ－２３２接口提供频率支持，高频晶振为８ｍ，和微控制器的ｘｔ２相连，为系统运行的主时钟。系统的整体设计相对较为简单，不过在此基础上可以实现遥测，无线抄表，工业数据采集，机器人控制等。发送和接收的硬件电路是一样的，系统设计主要硬件电路图如图３所示。　　系统的软件设计　　系统软件设计包括下位机软件设计和ｐｃ机软件设计。前者主要是微控制器通过ｓｐｉ口对ｎｒｆ９０５的控制以及微控制器串口通讯的设计，后者包括串口通讯模块、主界面和数据库设计。　　｝ｒｆｃｏｎｆｉｇ；　　ｒｆｃｏｎｆｉｇ　ｒｘｔｘｃｏｎｆ＝　　｛　　１０，　　０ｘ０１，　０ｘ０ｃ，　０ｘ４４，　０ｘ２０，　０ｘ２０，　０ｘｃｃ，　　０ｘｃｃ，　０ｘｃｃ，　０ｘｃｃ，　０ｘ５８　　｝；　　ｎｒｆ９０５提供ｓｐｉ口的读写指令，当ｃｓｎ为低时，ｓｐｉ接口开始等待一条指令，任何一条新指令均由ｃｓｎ的由高到底的转换开始。下面主要介绍ｎｒｆ９０５的发送流程和接收流程。　　发送流程：　　ａ．当微控制器有数据要发送时，通过ｓｐｉ接口，按时序把接收机的地址和要发送的数据送传给ｎｒｆ９０５，ｓｐｉ接口的速率在通信协议和器件配置时确定；　　ｂ．微控制器置高ｔｒｘ＿ｃｅ和ｔｘ＿ｅｎ，激发ｎｒｆ９０５的ｓｈｏｃｋｂｕｒｓｔｔｍ发送模式；　　ｃ．ｎｒｆ９０５的ｓｈｏｃｋｂｕｒｓｔｔｍ发送：射频寄存器自动开启；数据打包（加字头和ｃｒｃ校验码）；发送数据包；当数据发送完成，数据准备好引脚被置高；　　ｄ．当ｔｒｘ＿ｃｅ被置低，ｎｒｆ９０５发送过程完成，自动进入空闲模式。　　ｓｈｏｃｋｂｕｒｓｔｔｍ工作模式保证，一旦发送数据的过程开始，无论ｔｒｘ＿ｅｎ和ｔｘ＿ｅｎ引脚是高或低，发送过程都会被处理完。只有在前一个数据包被发送完毕，ｎｒｆ９０５才能接受下一个发送数据包。　　接收流程：　　ａ．当ｔｒｘ＿ｃｅ为高、ｔｘ＿ｅｎ为低时，ｎｒｆ９０５进入ｓｈｏｃｋｂｕｒｓｔｔｍ接收模式；　　ｂ．６５０ｕｓ后，ｎｒｆ９０５不断监测，等待接收数据；　　ｃ．当ｎｒｆ９０５检测到同一频段的载波时，载波检测引脚被置高；　　ｄ．当接收到一个相匹配的地址，地址匹配引脚被置高；　　ｅ．当一个正确的数据包接收完毕，ｎｒｆ９０５自动移去字头、地址和ｃｒｃ校验位，然后把数据准备好引脚置高　　ｆ．微控制器把ｔｒｘ＿ｃｅ置低，ｎｒｆ９０５进