基于单片机技术的无线数传模块设计

基于单片机技术的无线数传模块设计内容摘要：

GND419TEST_A23FILT_Q20FILT_Q21GND422CE24S L E25S D A T A26S RE A D27S CL K28GND229A D CI N30CR E G 231VDD232S W D33T X RX _ D A T A34T X RX _ CL K35CL K O U T36MUX37OSC238OSC139VDD340CREG341CPOUT42VDD43L244GND45L146GND147CVCO48A D F 70 2 1U4A D F 70 2 1T E S TA N T 图 31 ADF7021 应用射频电路 其中 ADF7021的电源采用 ADI 公司给出参考电压，电源电路由 LM117 产生 供， C4， C5， C6， C29， C31， C32， C33， C40 为去耦合电容。 天线部分参考电路采用的是鞭型天线，所占空间较大。 现在无线通信领域常采用的天线是倒 F 型天线。 倒 F 天线结构紧密，带宽适中，不容易损坏，而且和鞭型天 线比起来功率吸收更小。 因此本设计采用倒 F 天线。 由于在高频电路中，负载阻抗跟传输线的特征阻抗应该相等，这就是传输线的阻抗匹配。 如果输入阻抗与输出阻抗的失配将导致高频信号的反射，能量传递不过去，降低效率；会在传输线上形成驻波（简单的理解，就是有些地方信号强，有些地方信号弱），导致传输线的有效功率容量降低；功率发射不出去，甚至会损坏发射设备。 如果是电路板上的高速信号线与负载阻抗不匹配时，会产生震荡，辐射干扰等。 本模块设计匹配网络由 L4,L5,L6,L7,L8,C30,C34,C35,C36,C37,C38,C39 和 C41 构成，采用图中的相应参数，使得输入阻抗与输出阻抗的匹配。 出于成本的考虑采用负载电容 CL=12pF,等效串联电阻 ESR40Ω 的晶振，最好可以使用负载电容 9 CL=16pF 的晶振，因此采用并联两个串接的 33pF 电容 C26， C22 即可。 单片机控制部分的设计 GND1R E S E T2V C C 4MR 3U6I M P 8 1 1 MC 4 71 0 4R 2 21 0 KS5R E S E TN R E S E T 图 33 单片机复位电路 在给单片机的复位信号，选用 IMP811M微处理器监控电路减少系统中为控制电压供给和电池功能所需要组件的复杂性和数目。 这些设备和独立的 IC或离散组件相比可显著增强系统的可靠性和准确性。 IMP811M用一个有效高电平来代替 看门狗定时器 .当供给电压低于 ， IMP811M产生一个复位脉冲，复位脉宽 200ms。 R 1 21 0KR 1 11 0KR 1 01 0KR91 0KC 1 51 04T C KT D OT M ST D IV CCV CCV CCT CK1GND2T D O3V T r ef4T MS5n S RST6V s u p p ly7n T RS T8T D I9GND10U3J T A G 1 0 图 34 单片机 JATG 烧写电路 ATmega16L单片机可通过控制 4 个 JTAG专用引脚 :TCK、 TMS、 TDI 及 TDOJTAG 接口进行编程。 单片机的 Reset 引脚及时钟引脚不用控制。 首先，使用 JTAG 接口编程 JTAGEN熔丝位。 芯片出厂时这个熔丝位缺省为编程状态。 其次， MCUCSR 寄存器的 JTD 位必须清零。 如果 JTD已被置 1，则可以将单片机的外部 Reset 引脚强制拉低。 经过两个时钟周期之后 JTD位就清 零了。 JTAG 引脚即可用于编程功能。 要求外接电路中各个引脚需各接一个上拉电阻，以下是各个引脚的功能：  TMS: 测试模式选择。 此引脚用来实现 TAP 控制器各个状态之间的切换；  TCK: 测试时钟。 JTAG 操作是与 TCK 同步的；  TDI: 测试数据输入 需要移位到指令寄存器或数据寄存器 (扫描链 )的串行输入数据；  TDO: 测试数据输出 自指令寄存器或数据寄存器串行移出的数据。 10 Y17 .3 7 28 M H ZC 2 62 2p fC 2 72 2p fV CCV CCV CCV CCTCKT D OTMST D IC 1 21 04M C U R X DM C U T X DR S 48 5 _ D EC71 04C 1 71 04C 1 41 04L31 0u HADFCLKADFCEADFSLEA D F T X R X C L KADFREADADFDATAA D F T X R X D A T AADFSWDADFMUXA D F C L K O U TP B5 / MO SI1P B6 / MI S O2P B7 / SCK3V CC5GND6X T A L 27X T A L 18P D 0 / RX D9P D 1 / T X D10P D 2 / I N T 011ADC3/PA334ADC2/PA235ADC1/PA136ADC0/PA037VCC38GND39PB0/XCK/T040PB1/T141PB2/AIN0/INT242PB3/AIN1/OC043PB4/SS44P C4 / T D O23P C5 / T D I24P C6 / T O SC125P C7 / T O SC226A V CC27GND28A RE F29A D C7 / P A 730A D C6 / P A 631A D C5 / P A 532PD3/INT112PD4/OC1B13PD5/OC1A14PD6/ICP115PD7/OC216VCC17GND18PC0/SCL19PC1/SDA20PC2/TCK21PC3/TMS22A D C4 / P A 433RE SE T4U2A T M E G A 1 6 LN R E S E TD1 R E DR 1 35 10 o h mD4 G R E E NR 2 45 10 o h mD3 Y e l l o wR 2 35 10 o h mV C CTxRXTXRX 图 34 单片机控制电路 LM117 提供 ATmega16L 的工作电源， IMP811M 给 ATmega16L 提供复位信号， C C1 C1C1 L3用于单片机系统的去耦抗干扰， C2 C27 和 的 Y1晶振提供单片机的时钟信号电路，同时其中的 I/O 口提供单片机与射频部分的 SPI 接口、与计算机的串行 USART 接口， 3 个发光二极管是为了指示工作状态。 通过程序设置，可使系统不同的状态，黄灯指示发送，绿灯指示接收，红灯只是系统电源正常工作，以便于调试之用。 单片机与 ADF7021 的接口设计 SPI 接口介绍 SPI(Serial Peripheral Interface，串行外设接口 )接口是一种同步串行外接口，它可以使 MCU和各种外围设备进行通信以交换信息。 外围设备包括 Flash,网络控制器， LCD显示驱动器， A/D 转换器和 MCU等。 其特点包括： [9]  全双工，三线同步数据传输  主从模式  LSB 首先发送或 MSB 首先发送  7 种可编程的比特率  传输结束中断标志  写碰撞标志检测  可以从闲置模式唤醒  作为主机时具有倍速模式 (CK/2) 图 36 说明了一个典型的 SPI主从式总线结构。 它使用 3 根线连接了所有的设备。 主设备通过并行的 4 个管脚来控制各个从设备的 SS 管脚来选择从设备。 11 SSSCKMISOMOSI从 机 4SSSCKMISOMOSI从 机 3SSSCKMISOMOSI从 机 2SSSCKMISOMOSI从 机 1M O S IM I S OS C KS S0123端口V D D 图 36 典型 SPI 主从式总线 MOSI(Master Output Slave Input)： 这个 l bit 的信号直接连接主设备和从设备。 信号通过 MOSI线从主设备串行传输到从设备。 因此，对主设备而言， MOSI 是信号输出端口，对从设备而言，则是信号输入端口。 在这条线上，一个 Byte的信号通过高位 (MSB)到低位 (LSB)的传输。 MISO(Master Input Slave Output)： 通过这个 l bit 的信号线，信号由从设备传输到主设备，因此它是主设备的信号输入端口，从设备的信号输出端 口。 信号同样是从 MSB 到 LSB 的传输。 SCK(SPI Serial Clock)： 这个信号来同步所有设备的进出 MOSI 和 MISO的数据。 它通过主设备的 8个时钟周期来驱动，允许交换串行线上的 1 Byte 的信号。 SS(Slave Select )： 通过使某个从设备的 SS管脚保持低电平来选择该从设备。 显然只有主设备 (它的 SS 管脚保持高电平 )才能驱动这个系统备，如图 33。 通过阻止 MISO 线上的冲突，备。 在设置主设备时， SS 管脚可以和 SPI。 主设备通过软件，利用端口来选择从设备来保证主设备每次传输只选择一 个从设备的状态寄存器 SPSTA中的 MODE 一起工作来阻止多个主设备一起驱动 MOSI 和 SCK。 操作模式 SPI 接口可以设置成主模式或者从模式中的一种。 它的设置和初始化可以通过设置 SPCR 寄存器来实现。 一旦 SPCR设置好后，数据交换可以通过 3个寄存器 SPCR， SPSR， SPDR 来实现。 在 SPI 传输过程中，数据是以全双工的方式同时串行传输和串行接收的，它靠同一个时钟进行同步。 1 )主模式 当 MCU 的 SPCR 寄存器中的 MSTR位被设置后，该 MCU即成为 SPI 的主设备。 只有一个主设备可以初始化传送，它通过程序写入 SPDR 寄存器。 如果移位寄存器为空，那么 S PDAT 中的这个字节立即写入移位寄存器中。 在 SCK 的控制下，这个字节开始移到 MOSI 上。 同时，从设备的数据进入主设备的 MISO 脚上。 当 SPSR寄存器中的传输中止标志 SPIF 被设置后，整个传输结束。 同时， MISO 脚接收到的从设备的数据被传到 SPDR 上。 程序通过读取 SPSR 清除 SPIF，然后读取 SPDR。 [9] 2 )从模式 当设备的 SPCR 寄存器中的 MSTR 位被清除后，该设备即成为从设备。 在数据传输前， 从设备的SS 脚必须设为“ 0”。 SS 必须保持低电平直到传输结 束。 主设备来的数据在 SCK 的控制下，进入从设备的移位寄存器。 当满一个字节后，数据立即进入 SPDR，并且 SPIF 被设置。 为了防止数据溢出，从设备的程序必须在下一个字节的进入移位寄存器前，读取 SPDAT 中的数据。 从设备的 SPI 接口必须在 12 主设备的 SPI接口开始传输之前，在一个总线周期里完成对 SPDR的写操作。 如果这个写操作没有及时完成，那么 SPI 接口传输的是先前已经在 SPDAT 里的数据。 从设备的 SCK 频率最高允许是 Fosc /4。 [9] 波特率的设置 在主模式下，通过。