單片機無(wú)線(xiàn)串行接口電路設計

　　1 概 述

　　單片機無(wú)線(xiàn)串行接口電路由MICRF102單片發(fā)射器芯片、MICRF007單片接收器芯片組成，工作在300~440 MHz ISM頻段;具有ASK調制和解調能力，抗干擾能力強，適合工業(yè)控制應用;采用PLL頻率合成技術(shù)，頻率穩定性好;接收靈敏度高達 -96 dBm，最大發(fā)射功率達-2.5 dBm;數據速率可達2 Kb/s;低工作電壓：4.75~5.5 V;功耗低，接收時(shí)電流3 mA，發(fā)射時(shí)電流7.75 mA，接收待機狀態(tài)僅為0.5μA，發(fā)射待機狀態(tài)僅為1.0μA;可用于單片機之間的串行數據無(wú)線(xiàn)傳輸，也可在單片機數據采集、遙測遙控等系統中應用。

　　2 電路組成及工作原理

　　2.1 無(wú)線(xiàn)發(fā)射電路

　　無(wú)線(xiàn)發(fā)射電路如圖1所示，電路以MICRF102為核心。MICRF102是Micrel公司推出的一個(gè)單片UHF ASK發(fā)射器，采用SOP(M)-8封裝，芯片內包含有：由基準振蕩器、相位檢波器、分頻器、帶通濾波器、壓控振蕩器構成的合成器，發(fā)射偏置控制，RF功率放大器，天線(xiàn)調諧控制和變容二極管等電路，是一個(gè)真正的"數據輸入-無(wú)線(xiàn)輸出"的單片無(wú)線(xiàn)發(fā)射器件。UHF合成器產(chǎn)生載頻和正交信號輸出。輸入相位信號(I)用來(lái)驅動(dòng)RF功率放大器。天線(xiàn)調諧正交信號(Q)用來(lái)比較天線(xiàn)信號相位。天線(xiàn)調諧控制部分檢測天線(xiàn)通道中發(fā)射信號的相位和控制變容二極管的電容，以調諧天線(xiàn)，實(shí)現天線(xiàn)自動(dòng)調諧。功率放大器輸出受發(fā)射偏置控制單元控制。ASK/OOK調制，提供低功耗模式，數據傳輸速率為20 kb/s。

　　使用中應注意的問(wèn)題是：(1)REFOSC(引腳4)是基準振蕩端，連接晶振到地，或采用AC耦合方式輸入峰-峰值為0.5 V的時(shí)鐘脈沖。發(fā)射頻率是基準振蕩器頻率的32倍：基準振蕩頻率×32=發(fā)射頻率。如果使用外接時(shí)鐘信號，須采用AC耦合方式，輸入信號幅度峰-峰值為200~500 mV。(2)MICRF102使用差分輸出去驅動(dòng)天線(xiàn)負載。功率放大器輸出級包含有一個(gè)變容二極管，它自動(dòng)與天線(xiàn)的電感調諧，以保證諧振在發(fā)射頻率上。典型的PCB導線(xiàn)天線(xiàn)的電感與回路的尺寸、天線(xiàn)導線(xiàn)的寬度、PCB銅泊的厚度和接地板的位置有關(guān)。設計時(shí)一般選擇變容二極管的電容值為6.5 pF。天線(xiàn)電感L由公式L=1/(4π2f2C)計算。(3)功率放大器的輸出功率與PC端(引腳1)上的電壓有關(guān)。正常工作時(shí)，該引腳端上的電壓被設置在0.2~0.4 V之間。PC端上的電壓上升，輸出功率加大;但是，如果PC端上的電壓超過(guò)0.4 V，功率放大器被限流，輸出功率不再增加。減少PC端的電壓可降低電源功率消耗，同時(shí)也會(huì )減少RF輸出功率。(4)STBY端(引腳5)是待機模式控制。接VDD為發(fā)射方式，接VSS為待機模式。(5)MICRF102芯片對電源紋波敏感，正確地電源旁路是必需的，一般使用4.7μF、 0.1μF、100 pF 3個(gè)電容并聯(lián)在VDD和VSS之間。

　　2.2 無(wú)線(xiàn)接收電路

　　無(wú)線(xiàn)接收電路如圖2所示，電路以MICRF007為核心。MICRF007是Micrel公司推出的單片UHF ASK/OOK(導通-關(guān)斷鍵控)超外差無(wú)線(xiàn)電接收芯片。MICRF007采用SOP(M)-8封裝，芯片內電路可分為UHF下變換器、OOK解調器和基準控制三部分。UHF下變換器包含RF放大器、混頻器、中頻放大器、帶通濾波器、峰值檢波器、合成器、AGC控制電路;OOK解調器包含低通濾波器、比較器;基準控制電路包含基準振蕩器和控制邏輯電路。僅需外接2個(gè)電容器CAGC和CTH，1個(gè)晶振以及電源去耦電容即可構成1個(gè)UHF ASK接收器，所有的RF和IF調諧都在芯片內自動(dòng)完成，是一個(gè)真正"無(wú)線(xiàn)輸入-數據輸出"的單片器件。

　　MICRF007是標準的窄RF帶寬的超外差接收器，窄帶寬接收器對RF干擾信號不敏感。RF中心頻率由完全集成的PLL/VCO頻率合成器控制，與基準振蕩器外接晶振有關(guān)。中頻帶通濾波器的帶寬為430 kHz，基帶解調器的低通濾波器帶寬為2.1 kHz。接收數字ASK信號，接收器數據傳輸率為2 Kb/s。

　　使用中應注意的是：(1)MICRF007是一個(gè)窄帶寬接收器，要求發(fā)射電路必須使用SAW或晶振穩頻。(2)如果接收器處于高噪聲環(huán)境，在天線(xiàn)ANT端和VSS之間可以連接一個(gè)固定數值的帶通網(wǎng)絡(luò )，以提供接收選擇性和輸入過(guò)載保護。(3)基準振蕩器可通過(guò)REFOSC端(引腳8)外接晶振或輸入時(shí)鐘信號?；鶞收袷幤鞯念l率fT是外接晶振頻率的64.5倍。對于超外差接收器本機振蕩頻率fLO和發(fā)射頻率fTX的差值必須等于中頻的中心頻率。因此，發(fā)射器的頻率fTX(即接收器接收頻率)、基準振蕩器頻率fT和本機振蕩器頻率fLO的關(guān)系為：fT = fLO/64.5，fLO = fTX±(1.064fTX/390)。(4)SHUT端(引腳6)控制接收器使能，當SHUT端電壓VSHUT為高電平時(shí)，芯片進(jìn)入低功耗待機模式，電流消耗僅為0.5μA;當VSHUT為低電平(下拉到地)時(shí)，芯片使能，為接收狀態(tài)。(5)CTH端(引腳4)上的解調信號的直流值作為比較器的基準閥值。CAGC端(引腳7)外接電容C2可增加輸入動(dòng)態(tài)范圍。(6)MICRF007芯片對電源紋波敏感，正確地電源旁路是必需的。一般使用4.7μF、0.1μF、100 pF 3個(gè)電容并聯(lián)在VDD和VSS之間。

　　2.3 單片機串行接口電路

　　無(wú)線(xiàn)收發(fā)電路可以直接與常用的單片機如8051、68HC05、PIC16C5X等連接，實(shí)現單片機與單片機之間的串行數據無(wú)線(xiàn)傳輸，連接電路如圖3所示。

　　結束語(yǔ)

　　實(shí)驗表明：所設計的單片機串行接口無(wú)線(xiàn)收發(fā)電路結構簡(jiǎn)單、工作可靠，可方便地在單片機與單片機之間，構成一個(gè)點(diǎn)對點(diǎn)、一點(diǎn)對多點(diǎn)的無(wú)線(xiàn)串行數據傳輸通道。

　　使用中應注意的問(wèn)題是：① 在發(fā)射模式下，通信速率最高為2 Kb/s;發(fā)送數據之前須將電路置于發(fā)射模式(MICRF102的第5腳STBY = 1);接收模式轉換為發(fā)射模式的轉換時(shí)間至少5 ms;可以發(fā)送任意長(cháng)度的數據;發(fā)送結束后應將電路置于接收模式(MICRF007的第6腳SHUT = 0);發(fā)射模式轉換為接收模式的轉換時(shí)間至少5 ms。② 在待機模式(MICRF102的STBY= 0，MICRF007的SHUT = 1)下，電路不發(fā)射/接收數據。設計串行通信程序應考慮：雙方通信的協(xié)議，有效數據識別標志，數據的檢錯、糾錯和校驗。