基于RF收發(fā)器SX1231的無(wú)線(xiàn)射頻收發(fā)系統設計

本文主要是基于868MHz頻段的要求，設計了比較簡(jiǎn)單通用的無(wú)線(xiàn)收發(fā)系統，該系統可適用于該頻段的不同的無(wú)線(xiàn)傳輸應用。

　　SX1231介紹及性能描述

　　SX1231芯片是Semtech公司推出的一款高集成度、低功耗、多頻段的UHF RF收發(fā)器。其工作電壓為1.8V~3.6V，24引腳QFN封裝，工作頻率包括3155MHz、4335MHz、 8685MHz和915MHz無(wú)許可證的ISM頻段;內部集成SIGMA-DELTA小數分頻鎖相環(huán)、功率放大器、喚醒定時(shí)器、數字調制解調器、66字節的發(fā)送和接收數據FIFO、數據包處理、數據加密功能AES，以及6個(gè)可配置的DIO等，所有主要的RF通信參數是可編程的，大多數可動(dòng)態(tài)設定。采用16節的FIR通路濾波器，因而有好的選擇性;發(fā)射功率可編程輸出，從-18dBm到+17dBm;有多種調制解調方式：FSK、GFSK、MSK、GMSK和OOK等;SX1231在使用時(shí)所需的外部元件很少，1個(gè)32MHz的晶振、幾個(gè)電容和電感就可組成一個(gè)高可靠性的收發(fā)系統，設計簡(jiǎn)單且成本低。SX1231在1.2kbps時(shí)的靈敏度高達-120dBm，主要用在無(wú)線(xiàn)抄表(AMR)、無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )、家庭和建筑物自動(dòng)化、無(wú)線(xiàn)告警和安全系統、工業(yè)監視和控制等領(lǐng)域。

　　無(wú)線(xiàn)射頻收發(fā)系統設計

　　系統總體方案

　　無(wú)線(xiàn)射頻收發(fā)系統的結構框圖如圖1所示，由STM8L151K2單片機控制SX1231實(shí)現無(wú)線(xiàn)數據的收發(fā)。發(fā)送模塊中的STM8L151K2將數據傳送給SX1231，然后SX1231對數據進(jìn)行包格式處理，包括增加前導碼、同步字、CRC校驗碼，如果需要也可以對數據進(jìn)行加密處理。最后數據包經(jīng)天線(xiàn)發(fā)送給接收模塊。接收模塊對接收到的射頻信號放大、解調、解包之后，再將數據送給主控制器STM8L151K2進(jìn)行相應的處理，如送顯示屏或PC數據處理中心等。該系統包括按鍵和液晶顯示屏等人機交互界面，以及RS232接口，這實(shí)現了與PC的通信功能。

　　圖1 系統方框圖

　　系統硬件設計

　　主控芯片選用ST公司推出的單片機STM8L151K2。STM8L151K2有1K bytes的RAM和8K bytes的Flash以及256bytes的EEPROM，片上集成了包括串口、SPI、I2C、ADC、觸摸屏控制功能等外圍模塊接口，完全滿(mǎn)足本系統對微控制器的要求;有多種電源管理模式(如等待模式、低功耗運行模式、低功耗等待模式等)。

　　STM8L151K2可以通過(guò)SPI接口對SX1231的內部寄存器進(jìn)行讀寫(xiě)操作，靈活配置各項參數。通過(guò)4線(xiàn)SPI接口完成對SX1231的初始化配置、讀寫(xiě)數據、訪(fǎng)問(wèn)FIFO等操作，使SX1231正常工作在發(fā)射、接收模式，完成數據在空中的傳播。

　　SX1231是15腳~18腳的標準的SPI接口，DIO0~DIO5可以通過(guò)內部寄存器來(lái)配置成不同的中斷信號。映射關(guān)系如表1所示，這樣可以很方便地獲取SX1231的工作狀態(tài)。如果需要了解FIFO滿(mǎn)、FIFO不是完全空，工作模式Ready，有效的數據包發(fā)送或接收、電池電壓低、RSSI、PLL鎖定等狀態(tài)，都可以配置寄存器來(lái)把這些信號映射到DIO PIN，然后單片機STM8L151K2通過(guò)檢測這些DIO PIN的電平來(lái)獲得或者主動(dòng)通知MCU某個(gè)狀態(tài)發(fā)生?？捎?9腳(RXTX)控制射頻收發(fā)開(kāi)關(guān)以進(jìn)行發(fā)射通路和接收通路的切換，高電平時(shí)為發(fā)射狀態(tài)。圖2中采用UPG2214TB射頻開(kāi)關(guān)，V1和V2分別為開(kāi)關(guān)的控制腳。由于SX1231只有一個(gè)控制腳，因此增加一個(gè)三極管反相器就完成了開(kāi)關(guān)的控制。21腳(RFIO)是發(fā)射和接收共用的PIN，但是該PIN的最高輸出功率為13dBm。如果需要輸出更高的功率(17dBm或20dBm)，就必須把發(fā)射接至23腳(PABOOST)，這時(shí)21腳(RFIO)只當作接收PIN。