基于RF2.4 GHz的超低功耗無線數傳系統設計

　　目前，無線通信技術已經成為一大熱點，而系統設計的微型化、低功耗成為發展的必然趨勢。在保證系統工作可靠性的前提下，如何實現系統低功耗是無線數據傳輸系統亟待解決的一個主要問題。本文利用MSP430超低功耗單片機和2．4 GHz ISM頻段的射頻芯片EMl98810設計了一種低功耗的無線數據傳輸系統。該系統使用干電池供電，可廣泛應用于電池供電的自動化數據采集系統、無線遙控、無線鼠標、無線鍵盤、無線電子標簽、遙控玩具，以及水、氣、熱、電等居民計量表具無線遠傳自動抄表。

　　1 系統概述

　　目前在2．4 GHz頻段的集成射頻芯片有多種，性能各有差異，表1列出了幾種常用芯片的性能特點。

　　本系統采用MSP430F247單片機和EMC公司的EMl98810芯片進行設計。MSP430系列單片機是一個16位精簡指令集(RISC)微處理器。它具有豐富的尋址方式(7種源操作數尋址，4種目的操作數尋址)，簡潔的27條內核指令以及大量的模擬指令；大量的寄存器以及片內數據存儲器都可參加多種運算；具有高效的查表處理指令；有較高的處理速度，在8 MHz晶振驅動下指令周期為125 ns；中斷源較多，并且可以任意嵌套；當系統處于省電的備用狀態時，用中斷請求喚醒只用6μs。MSP430系列單片機的電源電壓采用1．8～3．6 V，其在1 MHz的時鐘條件下運行時，芯片的電流為200～400μA左右，時鐘關斷模式最低只有O．1 μA。

　　EMl98810芯片內建2．4 GHz GFSK射頻收發器，帶有8位數據幀無線收發功能，前導區可以設置為1～8字節，支持1～4個字地址(最多可達64位)，最大數據傳輸速率為1 Mbps，允許長數據包傳送；頻率范圍為2 400～2 482 MHz(81信道)，傳輸距離100 m(PCB天線)，RF輸出功率2 dBm，接收靈敏度在-85 dBm以上，采用SPI數字編程接口，接口電壓為2．5～3．7 V。該芯片發射功率可數字編程調節，通過寄存器的設置很容易實現低功耗模式；內建多種糾檢錯功能，采用各種有效載荷數據格式來消除直流漂移量；支持FEC的1／3、2／3糾檢錯功能和CRC16檢錯功能。內部具有FIFO和DIRECT兩種工作模式：FIFO模式簡單易用，對MCU要求不高，發射和接收各有64字節的緩沖區，一次發送、接收可以最多處理64字節數據；DIRECT模式對MCU要求較高，需要MCU處理各種糾檢錯功能。

　　2 系統設計

　　2．1 系統硬件設計

　　圖1是MSP430F247單片機和EMl98810的連接示意圖，通過SPI總線與RF芯片相連。實際電路連接如圖2所示。

　　2．2 系統軟件設計

　　數據包格式如下：

　　其中，前導區可配置為1～8字節，同步字可配置為16、32、48或64位；前導尾區可配置為4、6、8……18位；數據區可為NRZ碼、Manch-ester碼、8／10位碼、帶FEC的數據4種格式。

　　系統上電后，先使EMl98810的RESET_n引腳為低電平，以保證芯片有效復位；再使此引腳為高電平，BRCLK腳會產生12 MHz的時鐘；然后進行相關寄存器初始化。初始化程序流程如圖3所示。