基于nRF2401的工程機械儀表顯示無線通信平臺的設計與實現

　　2401具備4種工作模式，由PWR_UP、CE和CS 3個引腳信號決定，表1給出了工作模式與引腳信號的對應關系。

　　2401上電工作時，首先置為配置模式，由初始化程序寫入配置字，配置字的最后1位指定2401收發狀態；然后由控制器輸出信號將CE引腳置為高電平，2401進入收發模式工作，通過指定通道收發數據，收發雙方交互時一方可進入空閑模式，待全部數據傳送完畢時進入關機模式。

　　2.2 通信系統硬件邏輯電路

　　圖2為系統的控制芯片MSP430F149與無線模塊nRF2401的硬件邏輯電路。由于MSP430F149只有P1和P2口具有中斷控制功能，故將F149的P2口P2.0～P2.7分別接2401的CE、DR2、CLK2、DOUT2、CS、DR1、CLK1和DATA引腳，P5.7接PWR_UP。

　　2401的工作電壓為3 V，由圖2可知2401應用電路只需少量的外圍元件。在設計過程中，天線可以選用PCB內置，也可以使用單鞭天線和環形天線。本系統使用外置天線，SMA接頭。傳輸距離在100 m左右，可滿足大型工程機械儀表通信距離要求。

　　系統外圍電路部分設計較簡單，MSP430F149的P6口為指定A/D口，現場采集的儀表傳感器信號經整形放大輸入F149的P6端口進行A/D轉換；P3、P4、P5口為普通I/O口，因此要合理利用I/O口；F149的P4和P5端口接液晶顯示器YJD12864，控制LCD實時顯示；P1端口接鍵盤，2401的收發狀態由按鍵中斷設定。

　　3 系統軟件設計

　　系統軟件是在IAR Embedded Workbench平臺上開發的C代碼程序，采用模塊化結構。發射機程序包括數據采集、無線數據發送、實時顯示以及與PC機通信等模塊；接收機程序包括無線數據接收、地址和CRC校驗、儀表參數實時顯示以及與PC機通信等模塊。此外，發射機和接收機軟件留有收發命令接口，以備系統擴展工程操作遙控功能。本文主要討論無線數據傳輸模塊。

　　無線通信模塊主要完成nRF2401初始化和無線數據收發功能。

　　2401初始化主要是寫入配置字，由CS片選引腳控制, CLK1引腳提供串行時鐘，通過DATA數據位引腳串行寫入配置字。2401工作在ShockBurstTM方式下，配置字包括數據寬度、地址寬度、地址、CRC校驗碼和解碼四部分。

　　2401數據包通信協議格式由PRE-AMBLE＋ADDRESS＋PAYLOAD＋CRC項組成。其中：PRE-AMBLE為8 bit前導碼，由硬件自動加入；ADDRESS為32 bit發送地址碼；PAYLOAD為208 bit的發送數據；CRC是由內置糾檢錯硬件電路自動加上的校驗和，可設為0、8或16 bit。除去前導碼，本系統設置數據包長度為256 bit(32 B)，其中：數據寬度208 bit、地址寬度32 bit、CRC碼16 bit。