基于C8051和Si4432無線收發透明模塊設計與實現

摘要：為了節省成本和降低用戶對無線通信使用的難度。設計基于C8051F340和Si4432的一款無線收發模塊。通過大量的干擾實驗，證實模塊在一些比較惡劣的環境下也能穩定工作。此模塊具有較小的PCB尺寸，通過串口透明傳輸，方便嵌入到用戶的產品中，縮短了用戶開發無線產品的周期。
關鍵詞：C8051F340；Si4432；無線收發模塊；透明傳輸

目前市場上各類無線產品種類及應用越來越廣泛，如何讓廣大學生、電子研發人員及一些小公司能快速在自己的產品中使用無線技術、降低無線技術的門檻，是本設計的初衷。對一些沒有接觸無線技術的人，從學到最后的設計應用需要比較長的時間。本文設計了一種基于無線收發芯片Si4432和單片機C8051F340的無線射頻收發系統。基于串口透明傳輸，用戶只需要了解一些串口指令即可方便實現無線收發。多種標準接口方便用戶把模塊嵌入到自己的產品中去。模塊經過大量的試驗、改進，能實現較遠距離的穩定傳輸。

1 系統總體方案
無線射頻收發系統結構框圖如圖1所示，由單片機C8051F340控制Si4432實現無線數據的收發。

發送模塊中的C8051F340將數據傳送給Si4432進行編碼處理，并以特定的格式經天線發送給接收模塊。接收模塊對接收到的射頻信號放大、解調之后，再將數據送給主控制器C8051F340進行相應的處理，如送液晶顯示等。為測試方便，系統提供了按鍵和液晶(OCM12864-9)等人機交互接口(模塊本身不帶顯示部分，開發板留有12864接口)，還留有RS 232，TTL，RS 485等接口。可以實現模塊之間各種標準通信及與PC機通信。

2 硬件設計
Si4432芯片是Silicon Labs公司推出的一款高集成度、低功耗、多頻段的EZ Radio PRO系列無線收發芯片。Si4432在使用時所需的外部元件很少，1個30 MHz的晶振、幾個電容和電感就可組成一個高可靠性的收發系統，設計簡單且成本低。Si4432的接收靈敏度達到-117 dB，可提供極佳的鏈路質量，在擴大傳輸范圍的同時將功耗降至最低；最小濾波帶寬達8 kHz，具有極佳的頻道選擇性；在240～960 MHz頻段內，不加功率放大器時的最大輸出功率就可達20 dBm，設計良好時收發距離最遠可達2 km。C8051F340也是Silicon Labs公司推出的單片機。具有4 KB的RAM和64 KB的FLASH，片上集成了豐富的外圍模塊(包括串口，SPI，10位A／D轉換器等)，很好地滿足了本系統對微控制器的要求；支持快速喚醒和最低0．9 V的供電；有多種電源管理模式(如正常模式、空閑模式、休眠模式等)，內部集成的2個內建欠壓檢測器分別適用于休眠模式和正常模式，典型休眠模式下電流僅為50 nA。C8051F340包含1個高效率直流升壓轉換器，最多提供65 mW給內部微控制器和其他元器件，為了減少正常模式下的電池耗電，C8051F340的省電架構能將操作模式下的電流減小到170μA／MHz。無線收發硬件設計原理圖如圖2所示。

C8051F340可以通過內置增強型SPI對Si4432的內部寄存器進行讀寫操作，靈活配置各項參數。通過SPI接口完成對Si4432的初始化配置、讀寫數據、訪問FIFO等操作。使用4線SPI，即MOSI、MISO、SCK和SEL。MOSI用于從C8051F340到Si4432的串行數據傳輸；MISO用于從Si4432到C8051F340的串行數據傳輸；SCK用于同步C8051F340和Si4432之間在MOSI和MISO線上的串行數據傳輸；SEL作為片選信號，只有片選信號為低電平時，對Si4432的操作才有效。Si4432的13～16腳是標準的SPI接口，17腳(IRQ)是中斷狀態輸出引腳。
為了達到較好的通信效果，Si4432的接收低噪聲放大器匹配電路和發射功率放大器匹配電路的阻容參數，應嚴格按照數據手冊提供的參數選型。前端的分集式電路采用SKY13267，其V1腳和V2腳分別連接Si4432的GPIO1和GPIO2。通過這款交叉開關實現分集式天線發送和接收通道的自動切換。

3 系統軟件設計
軟件的開發環境為KeilμVision 3，使用的語言為KeilC51。軟件的功能為完成MCU和Si4432的缺省配置；軟件設計的目的是完成微控制器和Si4432的初始化配置、數據的接收與發送。