基于USB接口的数字无线RF发送与接收

基于USB接口的嵌入式无线传输系统设计在涉及通信接口时，为了解决PC机串口和并口严重不足的问 题以及方便仪器设备之间的连接，提出了无线传输技术和USB接口相结合的方案。无线传输和USB接口在各 自的应用领域都不再是新概念，但将两者相结合确是一个较为独特的设计创新。

1 系统结构总体设计

整个设计主要实现基于USB接口的数字无线RF发送与接收，系统结构设计如图1所示，可分为3大部分： 无线RF电路、微控制器电路、USB接口电路。

无线RF电路的主要功能是将从微控制器送来的数据按照预设的调制格式送到天线激励电磁波发射，并 将从天线接收到的调制信号解调得到基带信号，再送给微控制器。微控制器(AT89C51)电路是整个设计系 统的控制核心，是RF电路与USB接口之间的通信桥梁，同时也是RF电路的控制芯片，这部分需完成两大功 能：其一是对RF芯片进行寄存器配置(通信参数配置)和数字通信，其二是与USB芯片进行数据传递以及对 USB接口通信波特率设置。

2 硬件电路设计与实现

硬件电路按结构与功能分由3部分组成：无线RF电路、微控制器接口电路、USB接口电路。

2.1 无线RF电路

基于CC1101的无线RF电路设计如图2所示。

CC1101是TI公司生产的一款高集成度、高灵敏度、多通道UHF收发机，专为低功耗无线数据传输所设 计，特别是用在315/433/868/915 MHz频点的ISM(工业、科学、医疗)和SRD(短距离设备)领域。它的RF收发 器集成了一个配置非常灵活的调制解调器，支持多种不同的调制方式，其数据传输率可达500 kbps，且具 有远程无线唤醒(WOR)功能。RF芯片CC1101采用的是基于0.18sCMOS晶体的Chipcon的SmartRF04技术，它资源开放性非常好，外围电路设计简单，特别是这款RF芯片的输出功率、载波频率、通信波特率可由控制 芯片对相关寄存器编程更改，设计与应用非常灵活。

2.1.1 输出功率调节

来自设备的RF输出功率等级有两个可程控等级。

首先，专用的PATABLE寄存器能保持8个用户(PATABLE(0)～PATABLE(7))选择输出功率设定。然后，3位 FREND0.PA_POWER[2：0]值选择PATABLE使用入口。这个两级功能在传输的开始和结束时提供灵活的PA功率 线性上升或下降，及ASK调制整形。在每种情况下，PATABLE中序号0～FREND0.PA_POWER的所有PA功率设定 值都会用到。

2.1.2 载波频率控制

CC1100的频率控制用来最小化一个信道导向系统需要的设计。为了建立一个带信道数目的系统，理想 信道间隔由MDMCFG0.CHANSPC_M和MDMCFG1.CHANSPC_E寄存器设定。信道间隔寄存器分别为尾数和指数。基 频率和起始频率由位于FREQ2、FREQ1和FREQ0寄存器的24位频率词汇设定。这个词汇典型地设定为将要使用 的最低信道频率的中心。理想信道数目由8位信道数目寄存器CHANNR.CHAN设定。寄存器CHANNR.CHAN为信道 偏移的倍数。合成载波频率为(式中的fxosc晶振选用的频率为26MHz)：

选定的fIF(中间频率)由FSCTRL1.FREQ_IF寄存器控制：

2.1.3 通信波特率设置

系统传输时的数据率由MDMCFG3.DRATE_M和MDMCFG4.DRATE_E配置寄存器控制。数据率由下式算得，控 制的数据率由晶体频率决定。

下面的方法能用来找到对应于给定数据率的合适的值：

若DRATE_M靠近其最近的寄存器而且接近256，则增加DRATE_E，使DRATE_M为0。

2.2 微控制器接口电路

微控制器接口电路设计如图3所示。整个控制电路的核心即MCU选用的是Atmel公司生产的低电压，高性 能CMOS 8位单片机AT89C51，它片内含4 KB的Flash和128字节的数据RAM，提供5个中断源并支持两级中断嵌 套，拥有一个全双工串行通信口，器件采用高精度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统。

整个系统采用的是上电复位，与基于USB接口即插即用的特性非常吻合。图中D1和D2两个LED为整个模 块的通信指示灯，分别接单片机的P1.6和P1.7，工作状态由编程控制;J1为微控制器与无线RF电路的接口， 其中SCLK为RF芯片CC1101的时钟输入信号，接单片机P1.0与单片机时钟同步，端口SO(GDO1)、GDO0、还有GDO2为无线RF电路的数字输出口，端口SI和CSn为无线RF电路的数字输入口。微控制器除了为RF电路提供控 制以外，还预留了键盘输入与液晶显示端口，为以后的需求作铺垫。

2.3 USB接口电路

USB接口电路(如图4所示)完成了系统和计算机或设备端的物理连接，提供总线的硬件收发接口，实现 电气和底层的逻辑功能，完成上层协议处理、数据收发控制以及电压调节。