基于STM8及UHFRF收發器SX1231的無線射頻收發系統

SX123節省功耗方面有一些很重要的特性：

（1）工作電壓范圍寬：從1.8V~3.6V都可以正常工作，且任何特性都保持不變。特別是對于發射，工作電壓低至1.8V時仍然保持相同的輸出功率，即電壓從1.8V~3.6V，輸出功率都能到達17dBm或20dBm，不隨電壓而變。但是其他類似的芯片，輸出功率則隨著電壓的下降而降低。這樣一種特性，使得該系統能夠使電池的利用最大化，延長電池的使用壽命，這對低功耗的應用來說具有非常重大的意義。

（2）可以在sleep/standby模式下讀寫寄存器：該特性節約了寫FIFO時的功耗。在sleep模式下的電流為0.1μA，而在接收模式下的電流為16mA，節約了160000倍的功耗。

表1 DIO PIN 與信號的映射關系表

系統軟件設計

系統中各主要功能模塊均編成獨立的函數由主程序調用。功能模塊包括：初始化程序（包括初始化STM8L151K2、SX1231）、無線發送程序、無線接收程序等。無線發送程序負責寫入數據載荷到SX1231，并根據通信協議來配置芯片的前導碼、同步字及CRC校驗碼，最后SX1231把其組裝成數據包將其發送出去；無線接收程序負責接收并處理數據。首先，SX1231接收到一個完整的數據包，之后逐步的把前導碼、同步字以及CRC碼去除，最后MCU從其FIFO中取出有效數據。

無線收發模塊之間的通信是以數據包的形式發送的，本系統定義的數據包格式如表2所示。

表2 本文系統定義的數據包格式

其中，Preamble(前導碼)是一連串的10101010（0XAA）或01010101（0X55），其數量為0~655635字節，具體幾個字節可以根據應用的需要來設定。前導碼主要用來進行幀同步，接收機主要依靠前導碼來進行有用信號識別，完成頻率控制，以及自動增益控制、信號強度判斷等動作以確保用最佳的狀態接收正確的數據。SyncWord(同步字)在前導碼之后，通過設定好的同步字來作為同步模式的標志碼，也可以作為一個網絡的ID，相同網絡的設備用相同的同步碼。而接下來的地址碼（Address）可以作為網絡內每個設備的ID，如果數據包中的地址于本設備的地址相同，則接收數據，否則不予處理。有效載荷（Message）是真正需要傳輸的數據。最后是CRC校驗碼，由芯片自動完成。

初始化程序

初始化程序包括STM8L151K2的初始化以及SX1231的收發頻率、工作模式、調制方式、數據速率以及數據包處理等寄存器的初始化配置。

系統上電后，STM8L151K2處于默認狀態，根據系統功能需求重新進行初始化配置。SX1231也處于默認狀態，需要進行配置才能工作。SX1231的初始化是一個重要的部分，正確的配置對系統最終的通信性能有很大的影響。

數據發送程序

無線發送程序流程如圖3所示。完成STM8L151K2、SX1231的初始化后，配置寄存器寫入相應的初始化RF控制字；然后通過SPI連續寫寄存器向TX FIFO內寫入需要發送的數據；再切換到發射模式。當數據發送完后，PacketSent寄存器置1，同時映射的DIO PIN會變成高電平通知MCU數據包發送完成。然后寫數據到FIFO，發送，如此循環。直到所有數據發送完成，進入Sleep模式。

圖3 數據收發流程圖

數據接收程序

程序完成STM8L151K2、SX1231的初始化后，配置寄存器寫入相應的初始化RF控制字，把SX1231配置為接收狀態。檢測PayloadReady為高電平時，表明已經收到數據，然后MCU從FIFO中讀取數據，并進行處理。如此循環直至完成接收。

系統測試結果

系統測試條件及設置

該部分為本系統測試時的設置，根據不同的應用需求，部分設置可用作相應的變動。

電源電壓：3.3V

頻率：868.3MHz

數據速率：4.8kbps

頻偏：5.0kHz

接收機帶寬：10kHz

數據類型：PN15

功率設定：4dBm

測試結果

發射功率

從圖4中可以看到，發射功率為6.86dBm。低于5mW（7dBm）的規范要求。

圖4 發射功率

載波頻率容限：100x10-6

從圖5中可以看出，設置為868.3MHz輸出，實際測量的頻率為868.2960MHz，則頻率偏差為(（868.30-868.296）MHz/868MHz)=4.6×10-6，小于規定的載波頻率容限100×10-6。