基于PIC的FSK／ASK超外差收發機的設計

關鍵詞 FSK ASK PIC16F819 MAX1479 超外差收發機

基于FSK／ASK的超外差收發機在遠程無線進入、汽車胎壓檢測、無線傳感器等方面都有很廣泛的應用。本文以PICl6F819和MAXl471、MAXl479為基本部件，設計并實現FSK／ASK超外差射頻收發機的過程。

1 元器件的選擇
(1)控制器的選擇
在本系統設計中，需要涉及到以下幾個方面：處理器性能、所支持的開發工具、處理器的成本和功耗．綜合以上幾個方面考慮，微控制器選擇Microchip公司的一款高性價比的8位微控制器PICl6F819。PICl6FSl9采用20腳貼片封裝，在線方式進行程序調試和燒寫；可采用內部晶振，工作頻率可選31 kHz~8 MHz；工作電壓從2~5.5V；正常工作時使用2V電壓供電、使用內部晶振頻率為32kHz、電流為7μA；睡眠狀態時使用2V電壓供電、電流為0．7μA。
(2)收發器件的選擇
隨著無線技術的發展，無線收發芯片的集成度和性能都得到大幅度提高，芯片性能也各有特色。生產此類芯片的廠商主要有Nordic、TI和Maxim等。選擇無線收發芯片時，應考慮以下幾點因素：功耗、發射功率、接收靈敏度、傳輸速率和芯片成本等。Maxim公司的MAXl479和MAXl471分別是超外差射頻發射機和接收機，都采用+2．1~+3．3V的單電源供電，可以選擇FSK／ASK調制方式，低工作電流，小貼片封裝。

2 系統硬件構成
2.1 發射部分
發射部分由微控制器PICl6F819和射頻發射芯片MAXl479組成，其系統構成原理圖如圖1所示。

微控制器PICl6F819通過PA口的8個引腳控制MAXl479的發射工作。MAXl479的主要引腳功能如表l所列。

其中，Mode引腳用于選擇發射芯片是FSK模式或ASK模式。Enable引腳為高電平，則MAXl179進入發射狀態。DIN引腳輸入串行數據。
Clk0和Clk1共同決定Clkout引腳的輸出頻率，該頻率可以作為微控制器的時鐘頻率輸入。Clk0和Clkl的狀態組合如表2所列。

Dev0、Devl、Dev2共同決定FSK調制時的背離頻率的大小，其組合狀態表如表3所列。

發射的載波頻率由MAXl479所用的晶振決定，晶振同發射載波頻率間的關系是：
fXTAL=32晶振頻率
如果選擇的發射載波頻率為315MHz，則所使用品振為9.8437MHz；如發射載波頻率為433MHz，則所使用品振為13.56MHz。
MAXl479使用的天線要符合50Ω阻抗匹配，天線可以采用l／4波長的鞭狀天線，也可以使用PCB布線作為天線。
2.2 接收部分
接收部分由射頻接收芯片MAXl47l和微控制器構成，接收方一般和其他系統連接在一起，故不需要刻意根據低功耗選擇微控
制器，而是根據數據處理的需要自行選擇。構成框圖如圖2所示。

MAXl47l需要外接一個lO.7MHz的低通濾波器，晶振的頻率同接收載波的頻率的關系為：
fRRECEIVE=（fXTAL32)+l0.7MHz
如果接收載波的頻率為315MHz，則晶振的頻率為9.509MHz；接收載波的頻率為433.92MHz，則晶振的頻率為13.2256MHz。
MAXl47l的主要引腳如表4所列。

其中，IFIN+MIXOUT、AGND連接10.7MHz的低通濾波器，用于ASK數據的解調。ADATA引腳為高，表示到來的是ASK解調數據；FDATA為高，表示到來的是FSK解調數據。微控制器連接SCLK、CS、DIO引腳對MAXl472內部的寄存器進行讀寫。
MAXl471同樣要求50Ω阻抗匹配的天線，可以使用PCB布線作為天線。

3 系統軟件設計
3.1 發射部分
發射部分的編程主要是對PIC16F819的操作。程序由PlCl6F8l9初始化、MAXl479初始化和數據發射三部分組成。
對PICl6F819的初始化包括設置內部晶振的工作頻率和PA口的狀態。對MAXl479的初始化包括設置工作模式、晶振輸出頻率選擇和FSK背離頻率的選擇。數據發射部分包括：設置數據幀格式、發送位“0”或“l”子程序、發送一個字節數據子程序和循環發送多個字節數據子程序。程序流程圖如圖3所示。

3.2 接收部分
接收部分程序主要是微控制器通過SCLK、CS、DIO等引腳對MAX147l內部寄存器進行讀寫的過程。
對MAXl471內部寄存器進行寫操作的時序圖如圖4所示。CS引腳為低，MAXl47l進入工作狀態，SCLK引腳產生串行輸入時鐘，DIO向MAXl47l串行輸出命令。命令的格式為；4位命令碼、4位地址、8位數據。命令碼共有3個：0x01代表寫、0x02代表讀、0x03代表復位。

對MAXl47l內部寄存器進行讀操作的時序圖如圖5所示。CS引腳為低，MAX147l進入工作狀態，SCLK引腳產生串行輸出時鐘，DI0從MAXl471串行輸出數據。當ADATA為高，輸出ASK解調數據；當FDATA為高，輸出FSK解調數據。輸出數據遵循同樣的數據格式。
MAX147l內部常用寄存器和地址的對照表如表5所列。

以接收315MHz的FSK數據為例說明接收數據的編程步驟。
①寫0x3000對芯片進行復位。
②寫0x10f0使能所有的RF和基帶部分。
③寫0x135f設置晶振寄存器，芯片工作于315 MHz頻率。
④寫0x1120置配置寄存器的FSKCALLSB位，使能FSK校準。
⑤寫0x1121開始FSK校準。
⑥讀0x2900讀狀態寄存器位0和位1的狀態，以確定FSK校準已完成。
⑦讀FSK調試后的數據，由微控制器進行處理。

結 語
該系統已成功應用在一款無線遙控門鎖上，使用效果良好，可以在20m的距離內無誤差的識別不同的電子鑰匙。發射部分使
用3V的鋰電池供電，發射時的工作電流在FSK模式為10.5mA，在ASK工作模式為6.7mA。FSK／ASK超外差射頻收發機由于其自身的優點，在無線射頻領域將會得到廣泛的應用。