短距離ISM頻段無線數(shù)據傳輸?shù)膽迷O計

1、短距離ISM頻段無線數(shù)據傳輸?shù)膽迷O計    近些年來，隨著集成電路技術的發(fā)展，ISM頻段單芯片的無線數(shù)據通信IC的性能日益提高，短距離無線應用領域也在不斷的擴大，其中包括家用電器，消費電子產品，工業(yè)控制，安防，自動抄表，汽車遙控控制等諸多領域。    本文介紹一種基于ATMEL公司的單芯片多頻點，工作于ISM頻段的收發(fā)芯片 ATA5428在無線數(shù)據傳輸中的應用。    ATA5428是ATMEL公司新推出的一款包含了射頻功能和邏輯控制功能的集成電路?？梢怨ぷ饔?31.5MH

2、z436.5MHz。ATA5428具有低功耗和高集成度，傳輸?shù)木嚯x遠，接收的靈敏度高等優(yōu)點，其內部集成壓控振蕩器、鎖相環(huán)電路、功率放大電路、解調電路、變頻器、中放電路等。由于高度的集成化使復雜無線電路大大簡化，以往較難處理的射頻部分，被簡化到只需在IC外圍加上幾個免調試的分立元件。    ATA5428內部含有自動定時接收喚醒數(shù)字邏輯控制電路，可以設定喚醒的周期，選擇這個功能后僅僅增加一些收發(fā)延遲，但會成倍的降低接收功耗。    ATA5428內部含有7個控制寄存器，可以非常簡單的對頻率、收發(fā)速率、調制方式進行設置

3、。 ATA5428內部還包含一個16字節(jié)先進先出RAM緩沖器，利用這個功能減少對MCU的依賴，使MCU有更多的時間處理其它的事務。所以，MCU既使運行在比較低的頻率，在收發(fā)雙方不小于100ms響應下，依然能夠正常工作。    系統(tǒng)電路設計    本系統(tǒng)使用了AVR系列單片機ATmega88。ATA5428與ATmega88通訊采用SPI接口，與外部通信采用UART接口。由于高度集成化ATA5428外圍零件已經很少，所以設計的關鍵是RF前端的匹配電路的設計。一般的RF芯片發(fā)射與接收端口的阻抗并不是標準的50阻抗，而是

4、在不同頻率下都可以等效為一個實部加一個虛部 ，例如ATA5428在433.92MHz的頻率下輸入阻抗可以等效為(32-j169)，要達到最佳的接收效果必須將輸入阻抗通過外圍器件的補償使之與50的天線匹配，        圖1中L4與C1的作用是補償輸入阻抗成為50，同樣L2與C8的作用是用于補償使輸出阻抗為50，同時L2還起到高頻扼流的作用。C9，L1，C10組成一個三階低通濾波電路，3dBm的截止頻率約為500MHz左右，低通濾波電路一方面可以抑制發(fā)射的高次諧波，另一方面可以衰減輸入噪音。必須注意，為了降低輸入輸

5、出網絡的互相影響，在ATA5428 的內部增加了一個天線開關，在發(fā)射狀態(tài)時開關閉合，輸入網絡前的20mm×0.4mm傳輸線由于長度遠遠小于1/4波長，所以等效與一個電容接地，而在接收時，等效一個電感，這部分的設計必須注意的是分布參數(shù)影響。另外高頻部分的走線盡量的短粗，元器件參數(shù)要根據線路板的實際情況作出適當?shù)恼{節(jié)，以抵消分布參數(shù)的影響。    ATA5428的靈敏度已經相當理想，當有些特殊場合需較遠的通信距離的應用時，如雙向汽車遙控器等，可以在ATA5428的RF輸入端加一級低噪聲放大器LNA(見圖2)，以進一步提高ATA5428的接收靈敏度。

6、放大電路的輸入和輸出都采用了LC匹配網絡。放大器的實際增益高達近20dB,可以提高4dB到6dB的靈敏度，相當于增加30%80%的距離。             軟件設計    眾所周知，一般無線數(shù)字接收機在接收有效數(shù)據之前，必須要識別數(shù)據開始的標志信息及前導碼PREAMBLE和同步頭SYNCWORD(見圖3)。前導碼是由若干01010數(shù)據組成主要是用于恢復與同步無線接收機的時鐘，同步頭可以是若干特定的數(shù)據，它標志著數(shù)據的開始

7、，ID FIELD是個可選項，用于識別接收機的地址。 數(shù)據域DATA FIELD是真正的數(shù)據區(qū)，數(shù)據的長度通常是可變的，CRC是對ID FIELD和DATA FIELD的效驗，可以選擇CRC16或CRC32。ATA5428推薦用Manchester 編碼以區(qū)別與其他同類IC，ATA5428檢測前導碼采用比較每個比特的脈沖寬度，并有一個可設置比特數(shù)據的長度的范圍窗口，其他同類IC則采用識別是否有01010數(shù)據來識別前導碼，ATA5428這種比較前導碼的方式，顯然具有明顯的優(yōu)點，抗干擾能力大大增強。        &#

8、160;    ATA5428有2種接收工作模式，普通模式和透明模式。我們這個應用采用的是普通模式。在普通模式下，接收的過程是當檢測到前導碼和同步頭后，激活收發(fā)數(shù)據緩沖控制邏輯，并且把數(shù)據寫入收發(fā)數(shù)據緩沖區(qū)，如圖4所示。這里需注意的是ATA5428只有16字節(jié)的緩沖區(qū)。如果數(shù)據隊列長度超過16個字節(jié)，那么會發(fā)生緩沖溢出，所以數(shù)據的及時讀入非常重要，這樣可以避免數(shù)據的溢出。ATA5428有一個顯示接收數(shù)據的計數(shù)器，當計數(shù)器的值到達了某一個值后，可以通過中斷的方式與MCU進行通信。    ATA5428在工作之前需要對

9、其初始化，下面僅給出在普通接收模式下的初始化函數(shù)與發(fā)送的初始化函數(shù)。    void receive_init()        _disable_interrupt(); /disable all    interrupts    SETBIT(PORTD,CS_5428);  /CS_/-    spi(write_ctr_reg|5); /0

10、xa5->ctr6    spi(write_ctr_reg|4); /0x50->ctr5    spi(0x90);  /6 bits check,  lim_min:    16,4b    spi(write_ctr_reg|3); /0x80->ctr4    spi(0x00);    /FREQ = (fr

11、f/fxto-32.5)*16384-20.5,3928    spi(write_ctr_reg|2); /0x7b->ctr3    spi(0x7b);  /vsout on, clock out on    spi(write_ctr_reg|1); /0xb0->ctr2    spi(0xb1);         

12、 /manchester modulator on    spi(write_ctr_reg|0); /0x42->ctr1    spi(0x26);  /tx mode.send 1data    every time    CLRBIT(PORTD,CS_5428);/close 5428    spi interface    SET

13、BIT(PORTD,CS_5428);    spi(cancel_IRQ);    CLRBIT(PORTD,CS_5428);/close 5428    spi interface    send.sum_value = 0;        發(fā)送的過程首先是初始化，然后從SPI口送出2-3字節(jié)的01010前導碼，由于設置的是Manchester，發(fā)送幾

14、個0XFF即可，后面的格式可以參照圖4的數(shù)據的傳輸格式。發(fā)送函數(shù)如下。    void transfer_data()        SETBIT(PORTD,CS_5428);/CS_5428    _/-    spi(write_TRX_buffer);/write writing    buffer command   

15、 spi(0xFF);/send 0xFF ,for bit check    spi(0xFF);/send 0xFF ,for bit check    spi(0x55);  /for SYNCWORD    spi('T');/send 'T'    .    .    ID FIELD和DATA

16、FIELD    CRC16    .    .    CLRBIT(PORTD,CS_5428);/CS_5428 -    -_    SETBIT(PORTD,CS_5428);/CS_5428    _/-    spi(write_ctr_reg|0);/0x00 -> ctr1    spi(0x00);/go to IDLE mode    CLRBIT(PORTD,CS_5428);/CS_5428 -    -_