基于CC1020的無線通信模塊設計

本文介紹了一種以C8051F310單片機為控制核心,基于無線收發芯片CC1020的通信模塊。對其工作原理和工作方式進行了分析,給出了設計思路和硬件電路。并重點闡述了通信模塊的實現過程。

關鍵詞：無線通信;CC1020;射頻;C8051F310

引言

隨著網絡及通信技術的飛速發展,無線通信以其成本低廉、擴展性好、受地理條件限制較少、安裝施工簡便靈活等特點,在許多領域都有著廣闊的應用前景。

CC1020簡介

CC1020是一種理想的超高頻單片收發器芯片。主要用于ISM(工業、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串行總線接口編程,例如輸出功率、頻率及AFC。

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

在發送模式下,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FSK調制產生的?？墒褂靡粋€高頻濾波器來得到高斯頻移鍵控GFSK。芯片內部的收/發開關電路使天線容易接入和匹配。

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,也易于系統開發以及擴展,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雙向引腳端,則可節省微控制器的一個I/O端口。

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

CC1020通過簡單的四串行SPI接口進行編程。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/寫位,初始化讀或寫的操作。CC1020一次完整的配置,要求發送33個數據幀,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間少于53ms。將CC1020設為低功耗模式,只需發送一幀數據,因此所需的時間不到2ms。所有的寄存器都是可讀的。

CC1020信號收發接口

CC1020信號收發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

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

數據輸出可以選擇使用單獨的引腳。這時要設置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。

微控制器的一個引腳可用來監視鎖相環的鎖定信號,即LOCK引腳信號。當鎖相環鎖定時,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。