基于CC1020的無(wú)線(xiàn)通信模塊設計

本文介紹了一種以C8051F310單片機為控制核心,基于無(wú)線(xiàn)收發(fā)芯片CC1020的通信模塊。對其工作原理和工作方式進(jìn)行了分析,給出了設計思路和硬件電路。并重點(diǎn)闡述了通信模塊的實(shí)現過(guò)程。

關(guān)鍵詞：無(wú)線(xiàn)通信;CC1020;射頻;C8051F310

引言

隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )及通信技術(shù)的飛速發(fā)展,無(wú)線(xiàn)通信以其成本低廉、擴展性好、受地理條件限制較少、安裝施工簡(jiǎn)便靈活等特點(diǎn),在許多領(lǐng)域都有著(zhù)廣闊的應用前景。

CC1020簡(jiǎn)介

CC1020是一種理想的超高頻單片收發(fā)器芯片。主要用于ISM(工業(yè)、科研及醫療)頻帶和在426/429/433/868/915MHz頻帶的SRD(Short Range Device－近距離設備)中,也可經(jīng)編程后用于頻率為402MHz~470MHz和 804MHz~940MHz的多信道設備。CC1020主要的工作參數可通過(guò)串行總線(xiàn)接口編程,例如輸出功率、頻率及AFC。

在接收模式下,CC1020可看成是一個(gè)傳統的超外差接收器。RF輸入信號經(jīng)低噪聲放大器(LNA和LNA2)放大后,翻轉經(jīng)過(guò)積分器(I和Q)產(chǎn)生中頻IF信號。在中頻處理階段,I/Q信號經(jīng)混合濾波、放大后經(jīng)ADC轉化成數字信號。然后進(jìn)行自動(dòng)獲取控制、信道濾波、解調和二進(jìn)制同步化處理,在DIO引腳輸出數字解調數據,DCLK引腳獲取同步數字時(shí)鐘數據。RSSI為數字形式,并可通過(guò)竄行接口讀出。RSSI還可作為可編程的載波檢測指示器。

在發(fā)送模式下,合成的RF信號直接饋送到功率放大器PA。射頻輸出是FSK信號,此信號是由饋送到DIO引腳的數字比特流通過(guò)FSK調制產(chǎn)生的?？墒褂靡粋€(gè)高頻濾波器來(lái)得到高斯頻移鍵控GFSK。芯片內部的收/發(fā)開(kāi)關(guān)電路使天線(xiàn)容易接入和匹配。

硬件電路設計

微控制器選型

微控制器采用Cygnal公司生產(chǎn)的C8051F310,該處理器具有與8051完全兼容的CIP-51內核,是一款完全集成的混合信號ISP型MCU芯片,帶有模擬多路器的10位200ksps的25通道單端/差分ADC,硬件實(shí)現的I2C、增強型UART及SPI接口,Flash存儲器具有在系統重編程能力,可用于非易失性數據存儲,并且允許現場(chǎng)更新8051固件。該型號單片機體積小、性能高,能夠快速存取數據,也易于系統開(kāi)發(fā)以及擴展,很適合本設計的需要。

CC1020結構配置接口

CC1020結構配置接口與微控制器的連接如圖1所示。微控制器使用引腳P2.2~P2.5與CC1020的結構配置接口PSEL、PCLK、PDI、PDO連接。PDO與微控制器的一個(gè)輸入端連接。PDI、PCLK和PSEL連接到微控制器的輸出端。如果把PDI和PDO連接在一起,微控制器可以使用一個(gè)雙向引腳端,則可節省微控制器的一個(gè)I/O端口。

當結構配置接口不使用時(shí),連接到PSEL、PCLK、PDI和PDO引腳端的微控制器引腳可作他用。當PSEL引腳端無(wú)效(保持高電平)時(shí)(PSEL引腳端低電平有效),PCLK、PDI和PDO是高阻抗輸入狀態(tài)。PSEL有一個(gè)內部上拉電阻,在低功耗模式時(shí)必須斷開(kāi)(由微控制器三態(tài)控制),或者設為高電平,以阻止電流流入上拉電阻。

CC1020通過(guò)簡(jiǎn)單的四串行SPI接口進(jìn)行編程。有8位的結構配置寄存器。每一位寄存器的地址是7位,1位作為讀/寫(xiě)位,初始化讀或寫(xiě)的操作。CC1020一次完整的配置,要求發(fā)送33個(gè)數據幀,每幀16位(Address 7位,R/W 1位,Data 8位)。一次完整配置所需時(shí)間取決于PCLK的頻率。如果PCLK頻率為10MHz,完成一次完整配置的時(shí)間少于53ms。將CC1020設為低功耗模式,只需發(fā)送一幀數據,因此所需的時(shí)間不到2ms。所有的寄存器都是可讀的。

CC1020信號收發(fā)接口

CC1020信號收發(fā)接口與微控制器的連接如圖1所示。微控制器使用引腳P2.6和P3.4與CC1020的雙向同步數據接口DIO、DCLK連接。

圖1 CC1020與微控制器的連接電路

微控制器的一個(gè)雙向引腳與CC1020的DIO連接,用于數據的發(fā)射與接收(輸入與輸出)。DCLK提供數據定時(shí),必須連接到微控制器的一個(gè)輸入端。

數據輸出可以選擇使用單獨的引腳。這時(shí)要設置CC1020的INTERFACE寄存器SEP_DI_DO=1。在同步模式下,LOCK引腳用作數據輸出,而DCLK引腳作為異步模式的數據輸出,DIO引腳端則只用于數據輸入。

微控制器的一個(gè)引腳可用來(lái)監視鎖相環(huán)的鎖定信號,即LOCK引腳信號。當鎖相環(huán)鎖定時(shí),LOCK引腳為邏輯低電平。它還可以用作載波檢測及監視其它內部測試信號。