CC1100的無(wú)線(xiàn)數據通信與時(shí)分多址通信協(xié)議

　　引 言

　　無(wú)線(xiàn)數據通信技術(shù)被越來(lái)越多地使用到嵌入式系統中，在簡(jiǎn)化布線(xiàn)的同時(shí)，也使數據交換變得更加便捷。本文介紹一種適用于遠程計數無(wú)線(xiàn)傳輸的測試系統，該系統主要由德州儀器(TI)公司的CC1100射頻收發(fā)器和飛利浦(Philips)公司的微處理器P89LPC922構成。

　　1 硬件設計

　　(1)總體方案設計

　　本設計由1個(gè)主機和1～32臺終端從機組成。從機通過(guò)內部傳感器計數后將數據以無(wú)線(xiàn)方式傳送給主機，主機負責整個(gè)系統的調度、顯示、配置。

　　(2)微控制器P89LPC922

　　P89LPC922芯片具有8 KB Flash程序存儲器、1 KB可擦除扇區和64字節可擦除頁(yè)，可擦除單個(gè)字節，指令執行時(shí)間只需2～4個(gè)時(shí)鐘周期，指令執行速率6倍于標準80C51器件，有可配置的片內振蕩器和 RC振蕩器、增強型UART，具有波特率發(fā)生器及自動(dòng)地址識別和通用的中斷功能。

　　(3)射頻芯片CC1100

　　CC1100的主要特點(diǎn)有：體積小(20引腳，QLP 4 mm×4 mm)，工作頻率為300～1000 MHz，接收靈敏度高(1.2 kb/s下110 dBm)，數據傳輸率最大可達500 kb/s，功耗低(RX中15.6 mA，2.4 kb/s，433 MHz)，在所有頻段輸出功率高達+10 dBm;SPI接口，支持ASK、OOK、2-FSK、GF-SK和MSK調制模式，具有無(wú)線(xiàn)喚醒(WOR)功能等。

　　由于高頻收發(fā)信號會(huì )對MCU部分產(chǎn)生干擾，所以無(wú)線(xiàn)通信部分應單獨做1塊PCB板，并外加屏蔽。P89LPC922和CC1100的連接如圖1所示。

　　2 軟件設計

　　(1)數據包格式

　　CC1100數據包格式包含以下幾部分：前導、同步詞匯、可控數據包長(cháng)度、可選地址字節、有效載荷、可選的2字節CRC。它支持恒定長(cháng)度和可變長(cháng)度數據包協(xié)議，其數據長(cháng)度可達255字節，對于更長(cháng)的數據包，必須使用無(wú)限長(cháng)度數據包協(xié)議。本系統采用可變長(cháng)度數據包格式。

　　(2)狀態(tài)及寄存器設置

　　CC1100有一個(gè)內置的狀態(tài)機，用來(lái)在不同的操作狀態(tài)(模式)之間切換。狀態(tài)的變化要么通過(guò)命令濾波，要么通過(guò)內部事件(如TX FIFO下溢)改變。當前狀態(tài)可從狀態(tài)寄存器MARCSTATE獲得。CC1100的寄存器比較多，可根據需要配置，有一部分需由軟件SmartRF Studio給出。

　　CC1100的3個(gè)數字輸出引腳SO(GDO1)、GDO0、GDO2也可以通過(guò)IOCFGX寄存器配置成所需的功能接口。設計中，GDO0 IOCFGO=Ox06，引腳會(huì )在收發(fā)到同步詞匯的時(shí)候置成高電平，當數據包傳輸結束時(shí)變成低電平。此外，當收發(fā)FIFO溢出時(shí)也將變成低電平。 GDO2IOCFG2=Ox0B，引腳輸出一連續時(shí)鐘，可以用來(lái)檢測CC1100是否工作。

　　(3)收發(fā)數據

　　CC1100上電后，需要依次對芯片進(jìn)行復位、寄存器設置、功率設置等。收發(fā)數據可以通過(guò)GPO0引腳產(chǎn)生中斷，然后依據不同的情況處理。程序如下：

　　3 通信協(xié)議

　　在大多數主從式結構通信中，一般主機和從機之間的通信都是采用查詢(xún)方式進(jìn)行，然而當從機數量較多時(shí)，效率并不高。因此，設計一種快速實(shí)用的通信模式就很有必要。時(shí)分多址(time division multiple access)是把時(shí)間分割成互不重疊的時(shí)段(幀)，再將幀分割成互不重疊的時(shí)隙(信道)，與用戶(hù)具有一一對應關(guān)系;依據時(shí)隙區分來(lái)自不同地址的用戶(hù)信號，從而完成多址連接。時(shí)分多址簡(jiǎn)稱(chēng)TDMA。

　　根據上述定義，在設計中主機采用定時(shí)發(fā)送命令的方式，每個(gè)從機則分配1個(gè)時(shí)間段用于和主機通信。時(shí)間段的選擇要根據從機的數量、同步的時(shí)間，以及通信速率來(lái)決定。具體約定如下：

　　主機定時(shí)向終端從機發(fā)送命令，命令中包含下次同步的時(shí)間以及其他所需信息，命令周期可以自行定義，這里命令周期為1 s。

　　從機接收到主機命令后首先同步自己的時(shí)鐘，然后再做出相應的動(dòng)作。

　?、賹τ跓o(wú)應答的命令，從機立刻進(jìn)入休眠狀態(tài)，只在下一個(gè)接收主機命令時(shí)刻到來(lái)之前，提前2 ms退出休眠。

　?、趯τ谟袘鸬拿?，從機則在接收到主機命令之后延時(shí)(N×30)ms應答主機，在沒(méi)有應答之前，從機也先進(jìn)入休眠，只是在應答時(shí)刻到來(lái)之前，提前2ms 醒來(lái)，準備應答。從機應答時(shí)間為1～25 ms，剩余的5 ms是為了把一個(gè)時(shí)間段和另一個(gè)時(shí)間段分開(kāi)(即保護時(shí)間)。當應答結束后延時(shí)2 ms進(jìn)入休眠。

　?、郛攺臋C未能和主機同步時(shí)，應開(kāi)啟CC1100電磁波激活功能，搜尋主機信息。

　　其中N為從機地址號，設置范圍1～32，具體通信協(xié)議如圖2所示。

　　結 語(yǔ)

　　本文介紹的無(wú)線(xiàn)數據通信方案，適用于工業(yè)信號監控、無(wú)線(xiàn)儀器儀表測試、樓宇智能系統等，性?xún)r(jià)比高，所提出的通信協(xié)議具有較強的實(shí)時(shí)性、可靠性?，F場(chǎng)工作表明，在計數測試系統中，距離100 m內未發(fā)生通信錯誤的情況，滿(mǎn)足了測試要求。