MSP430单片机与nRF905无线通信系统设计

无线通信系统，由两个部分组成：发送终端，接收终端。数据的发送和接收显示是借助于串口来实现的，通过ＰＣ机串口给发送终端送数据，然后发送终端通过ｎＲＦ９０５把数据发送出去；接收终端通过ｎＲＦ９０５接收数据，然后把接收到的数据通过串口传给ＰＣ机。系统框图如图１所示。

无线系统的硬软件设计

系统的硬件设计

本系统采用的射频收发器为Ｎｏｒｄｉｃ　ＶＬＳＩ公司的ｎＲＦ９０５，　工作电压为１．９～３．６Ｖ，工作于４３３／８６８／９１５ＭＨｚ三个ＩＳＭ频段，频段之间的转换时间小于６５０ｕｓ。ｎＲＦ９０５由频率合成器、接收解调器、功率放大器、晶体振荡器和调制器组成，不需外加声表滤波器。高抗扰ＧＦＳＫ调制，数据速率为５０ｋｂｐｓ，独特的载波监测输出，地址匹配输出，数据就绪输出。ＳｈｏｃｋＢｕｒｓｔＴＭ工作模式，自动处理字头和ＣＲＣ（循环冗余码校验），使用ＳＰＩ接口与微控制器通信，配置非常方便。此外，其功耗非常低，以－１０ｄＢｍ的输出功率发射时电流只有１１ｍＡ，工作于接收模式时的电流为１２．５ｍＡ，内建空闲模式与关机模式，易于实现节能。ｎＲＦ９０５的硬件连接电路图如图２所示。

采用的微处理器为ＴＩ公司的ＭＳＰ４３０Ｆ１４９，它是一种超低功耗的混合信号控制器，具有１６位ＲＩＳＣ结构，ＣＰＵ中的１６个寄存器和常数产生器使ＭＳＰ４３０能达到最高的代码效率。单片机通过采用不同的时钟源工作可以使器件满足不同功耗要求，适当选择时钟源，可以让器件的功耗达到最小。外设主要有存储器、时钟模块、定时器、ＵＳＡＲＴ和Ａ／Ｄ转换器等。

此次设计主要用到了ＭＳＰ４３０Ｆ１４９两个串口通信模块ＵＳＡＲＴ０和ＵＳＡＲＴ１，ＵＳＡＲＴ０作为ＵＡＲＴ使用，提供异步通信，通过ＭＡＸ３２３２电平转换芯片提供ＲＳ－２３２接口和ＰＣ机进行通信，ＵＳＡＲＴ１作为ＳＰＩ使用，提供同步通信，主要是和ｎＲＦ９０５之间进行命令和数据通信。把ＭＳＰ４３０Ｆ１４９的Ｐ２口作为一般引脚使用，与ｎＲＦ９０５的其他引脚相连。对ＭＳＰ４３０Ｆ１４９提供双晶振系统，低频晶振为３２．７６８Ｋ，与微控制的ＸＩＮ和ＸＯＵＴ相连，为ＲＳ－２３２接口提供频率支持，高频晶振为８Ｍ，和微控制器的ＸＴ２相连，为系统运行的主时钟。系统的整体设计相对较为简单，不过在此基础上可以实现遥测，无线抄表，工业数据采集，机器人控制等。发送和接收的硬件电路是一样的，系统设计主要硬件电路图如图３所示。

系统的软件设计

系统软件设计包括下位机软件设计和ＰＣ机软件设计。前者主要是微控制器通过ＳＰＩ口对ｎＲＦ９０５的控制以及微控制器串口通讯的设计，后者包括串口通讯模块、主界面和数据库设计。[page]

｝ＲＦＣｏｎｆｉｇ；

ＲＦＣｏｎｆｉｇ　ＲｘＴｘＣｏｎｆ＝

｛

１０，

０ｘ０１，　０ｘ０ｃ，　０ｘ４４，　０ｘ２０，　０ｘ２０，　０ｘｃｃ，

０ｘｃｃ，　０ｘｃｃ，　０ｘｃｃ，　０ｘ５８

｝；

ｎＲＦ９０５提供ＳＰＩ口的读写指令，当ＣＳＮ为低时，ＳＰＩ接口开始等待一条指令，任何一条新指令均由ＣＳＮ的由高到底的转换开始。下面主要介绍ｎＲＦ９０５的发送流程和接收流程。

发送流程：

Ａ．当微控制器有数据要发送时，通过ＳＰＩ接口，按时序把接收机的地址和要发送的数据送传给ｎＲＦ９０５，ＳＰＩ接口的速率在通信协议和器件配置时确定；

Ｂ．微控制器置高ＴＲＸ＿ＣＥ和ＴＸ＿ＥＮ，激发ｎＲＦ９０５的ＳｈｏｃｋＢｕｒｓｔＴＭ发送模式；

Ｃ．ｎＲＦ９０５的ＳｈｏｃｋＢｕｒｓｔＴＭ发送：射频寄存器自动开启；数据打包（加字头和ＣＲＣ校验码）；发送数据包；当数据发送完成，数据准备好引脚被置高；

Ｄ．当ＴＲＸ＿ＣＥ被置低，ｎＲＦ９０５发送过程完成，自动进入空闲模式。

ＳｈｏｃｋＢｕｒｓｔＴＭ工作模式保证，一旦发送数据的过程开始，无论ＴＲＸ＿ＥＮ和ＴＸ＿ＥＮ引脚是高或低，发送过程都会被处理完。只有在前一个数据包被发送完毕，ｎＲＦ９０５才能接受下一个发送数据包。

接收流程：

Ａ．当ＴＲＸ＿ＣＥ为高、ＴＸ＿ＥＮ为低时，ｎＲＦ９０５进入ＳｈｏｃｋＢｕｒｓｔＴＭ接收模式；

Ｂ．６５０ｕｓ后，ｎＲＦ９０５不断监测，等待接收数据；

Ｃ．当ｎＲＦ９０５检测到同一频段的载波时，载波检测引脚被置高；

Ｄ．当接收到一个相匹配的地址，地址匹配引脚被置高；

Ｅ．当一个正确的数据包接收完毕，ｎＲＦ９０５自动移去字头、地址和ＣＲＣ校验位，然后把数据准备好引脚置高

Ｆ．微控制器把ＴＲＸ＿ＣＥ置低，ｎＲＦ９０５进入空闲模式；

Ｇ．微控制器通过ＳＰＩ口，以一定的速率把数据移到微控制器内；

Ｈ．当所有的数据接收完毕，ｎＲＦ９０５把数据准备好引脚和地址匹配引脚置低；

Ｉ．ｎＲＦ９０５此时可以进入ＳｈｏｃｋＢｕｒｓｔＴＭ接收模式、ＳｈｏｃｋＢｕｒｓｔＴＭ发送模式或关机模式。

ＭＳＰ４３０Ｆ１４９的串口通讯程序设计，主要是设定传输的速率为４８００ｂｐｓ，数据传输为８位数，１个停止位，无奇偶校验。根据相应的发送端和接收端来设定发送模块和接收模块使能，发送中断和接收中断使能。

在ＰＣ机软件设计中，串口通信模块负责ＰＣ机与下位机之间的数据通信。而主界面和数据库设计主要是方便对接收的数据进行管理。

实验测试分析

在发送和接收时利用示波器和万用表对ｎＲＦ９０５的相关引脚进行测量分析如下：

发射时ｎＲＦ９０５的分析情况如表１所示。

接收时ｎＲＦ９０５的分析情况如表２所示。

结语

本设计实现了基于ＭＳＰ４３０Ｆ１４９和ｎＲＦ９０５的无线通信。发送端和接收端之间的距离为８０米，之间没有任何有线连接，通过发送端发送数据，在接收端能正确接收数据并显示在ＰＣ机上。实验表明，该系统实时性好，性能可靠。