嵌入式智能射頻光傳輸模塊設計
本設計采用射頻收發(fā)芯片CC1000作為數傳芯片。CC1000是根據Chipcon 公司的SmartRF技術(shù)制造出的可編程高頻單片收發(fā)芯片,主要用于工作頻帶在315、868 及915MHz 的ISM(工業(yè)、科學(xué)及醫療)方面和SDR(短距離通訊)方面,可在300-1000MHz 范圍內通過(guò)編程工作。其主要工作參數能通過(guò)串行總線(xiàn)接口編程改變,這樣使CC1000 使用更方便更靈活。CC1000 芯片含有三條串行數據線(xiàn)接口PDATA、PCLK、PALE 用于配置內部寄存器實(shí)現收發(fā)等各種功能控制,能夠與多種單片機(MSC51、ARM、AVR、PIC 等)直接兼容連接。
CC1000 與C8051F023的連接圖如圖3 所示。單片機使用三個(gè)輸出管腳用于連接CC1000的三串行配置口(PDATA、PCLK、PALE),以配置CC1000的工作模式,其中PDATA 必須是雙向管腳,用于程序數據的輸入輸出。信號接口由DIO和DCLK組成,在本設計中它們分別與單片機的TXD1和RXD1連接,實(shí)現數據的半雙工式收發(fā)。管腳CHP_OUT用于監視頻率鎖定狀態(tài),當CC1000內部的PLL鎖定時(shí),該引腳輸出高電平。另外單片機可通過(guò)A/D轉換檢測RSSI信號的強度。

近端模塊與遠端模塊之間采用FSK通信,在圖3 中,引腳RF_OUT和RF_IN分別用于發(fā)送FSK_OUT信號和接收FSK_IN信號。通信數據FSK_OUT由近端模塊中的CC1000發(fā)出,結合圖2 可知,FSK_OUT信號通過(guò)耦合器耦合到射頻信號中,經(jīng)過(guò)光/電轉換進(jìn)入光纖傳輸至遠端模塊;在遠端,光信號被還原為射頻信號,通過(guò)低通濾波得到FSK信號,此時(shí)稱(chēng)FSK_IN信號,該信號被遠端模塊的CC1000接收。遠端模塊發(fā)送給近端模塊的數據依據同樣的原理傳輸。模塊之間的FSK通信大大提高了對光模塊的監測和控制能力。
C8051F023有兩個(gè)UART接口,在本設計中UART0與上位機通信,UART1則用于與CC1000的數據傳輸。
3.系統軟件設計
3.1 系統軟件總體設計
軟件總體功能主要分為四個(gè)部分:參數監測、數據存儲、數據收發(fā)和性能控制。在主程序中采用兩個(gè)中斷:定時(shí)器中斷和串口中斷。定時(shí)器中斷實(shí)時(shí)采集參數數據,實(shí)現模塊的實(shí)時(shí)監測;串口中斷實(shí)時(shí)收發(fā)上位機和FSK數據,實(shí)現命令的處理和監控數據的傳輸。
主程序的結構如圖4所示,程序對上位機命令進(jìn)行鑒權處理之后,根據通信協(xié)議解析處理命令,并執行相應的操作。


3.2 CC1000參數編程
CCl000作為數傳芯片,需要進(jìn)行參數配置以決定其工作性能,因而CC1000參數編程是一個(gè)重要的過(guò)程。通過(guò)可編程配置寄存器能改變以下主要參數:接收/發(fā)送模式、射頻輸出功率、射頻輸出頻率、FSK分頻、晶振參考頻率、傳輸速率和數據格式等。在本設計中,CC1000 采用曼徹斯特編碼方式,進(jìn)行數據譯碼和同步工作,這通過(guò)設置CC1000 的MODEM1 寄存器的參數完成。在同步編碼方式中,曼徹斯特編碼不需要鎖定平均值濾波器,傳輸效率高。設計要求CC1000采用11.0592MHz晶振,接收本振頻率為433.766MHz,發(fā)射中心頻率為433.916MHz(連發(fā)“1”)、433.948MHz (連發(fā)“0”),調制頻偏為32KHz,載頻穩定度為10KHz。根據以上參數,可通過(guò)Chipcon 公司提供的CC1000配置軟件SmartRF Studio來(lái)產(chǎn)生配置信息,這些配置信息將被輸入到單片機中。另外該軟件還可以提供輸入/輸出匹配電路和VCO電感所需的元件參數值。
完成配置信息后,要對CC1000進(jìn)行初始化,初始化主要完成對CC1000內部寄存器的設置。在初始化時(shí)需復位CC1000內部寄存器。當完成寄存器的設置后,為了避免芯片運行過(guò)程中頻率產(chǎn)生的漂移,應當校正CC1000內部VCO和PLL寄存器中的值。校正完成后,對MAIN寄存器進(jìn)行設置,將CC1000輸出功率初始值設為0,功耗模式設置為低電平模式,以降低功耗。初始化流程如圖5所示。
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