摘? 要: 介紹了基于nRF401無線收發芯片的PC機串口通信模塊和PC機ISA插槽通信模塊的設計思路和實現方法。通過該兩種模塊可以方便地實現PC機數字信號的載頻傳播,使計算機之間的無線數據傳輸成為可能。?

　　關鍵詞: 無線收發? nRF401? 串口? ISA? ActiveX?

?

　　很多PC機應用系統需要增加無線數據傳輸功能。本文基于挪威NORDIC公司最新推出的單片無線收發一體芯片nRF401,設計出兩種無線通信模塊:具有標準RS232C接口的串口模塊和具有標準PC機ISA總線插槽的通信模塊。系統由基于nRF401的高頻頭(UFH)和連接PC機的接收適配器(ADAPTER)兩部分組成。?

1 高頻頭設計?

1.1 主芯片nRF401簡介?

　　nRF401是工作于ISM頻段(433MHz)的單片無線收發一體芯片。它是目前集成度最高的無線數傳產品,20腳雙列直插封裝。nRF401內部結構如圖1所示,其中包含高頻接收/發射、PLL合成、FSK調制/解調和雙頻切換等單元。?

?

?

　　該芯片有如下特點:FSK^[5]頻移鍵控(FrequencyShiftKeying)調制方式,直接數據輸入輸出,抗干擾能力強,特別適合工業場合;采用DSS+PLL頻率合成技術,頻率穩定性極好;靈敏度高,達到-105dBm;無需曼徹斯特編碼;工作速率最高可達20kbit/s;最大發射功率達+10dBm,開闊地的使用距離最遠可達1000m;工作在ISM頻率433MHz和雙信道頻率433.92MHz/434.33MHz，使用不需要申請許可證。?

1.2 接口設計 ?

　　考慮到相互干擾,在本系統中,高頻頭單獨做成一塊PCB板。?

　　壓控振蕩器(VCO)外接22mH高品質因素電感;鎖相環(PLL)外接典型單端二階濾波器;振蕩源輸入接4MHz晶振;天線設計采用環形差分天線。和通信模塊接口的電路采用四腳端口連接。其中,TXEN為發送使能，接低PCB板上的跳線。當接高電平時表明發送模式,反之為接收模式;CS為頻率選擇,也接PCB跳線,由高低電平選擇所使用的頻率;PWN_UP為節電模式選擇,采用同樣處理方式;ANT1/ANT2為天線接口。這樣,高頻頭僅以DOUT、DIN、GND和VCC與通信模塊構成接口,使系統調試非常方便。?

2 通信適配器的設計?

　　考慮到PC機應用的具體情況,本文提出了基于標準RS232C端口和基于ISA總線的兩種設計思路。為防止高頻電路對通信適配模塊的干擾,兩種情況下,通信適配器均單獨設計PCB電路板。?

2.1 RS232方案?

2.1.1 硬件實現?

　　RS232方案如圖2所示,采用51系列芯片8052作為主控芯片,外加一片USART8251擴展8052的串行口,使之與PC機和高頻頭兩端都具有通信的能力。其中,8251的RXRDY和TXRDY可以用一片或門相連接至8052的INT0端口(中斷方式)或浮空(查詢方式)。

?

?

　　系統時鐘采用7.3728MHz的石英晶振,由8252的ALE、組合產生1.2288MHz的脈沖信號,該信號作為8251的CLK時鐘信號,同時利用一片可編程定時/計數器8253進行64分頻以產生8251的收發時鐘。?

　　在接收板端,高頻頭接收來自發送高頻頭的FSK調制電磁波,經過接口送到適配器的8052引腳RXD。運行于查詢方式時,系統程序把數據從8052的TXD端向PC機傳送,完成一次數據傳輸;在中斷方式時,8251接收到數據后會激活系統中斷服務例程并完成同樣的操作。發送板端與此類似,只不過經由8052的RXD、8251的TXD直接從高頻頭發送出去。?

　　在電路圖中,8052的P27用來產生8251的片選信號,P26接8253的WR以產生寫入數據或命令字的片選信號。本系統編址如下:8251的命令狀態端口C=7FFFH,數據端口D=7FFEH;8253的工作方式控制字口為BFF3H,通道1地址為BFF0H。?

　　串行端口RXD/TXD與PC機串口連接時,選用一片MAXIM232芯片作TTL/RS232邏輯電平轉換,如圖3所示。?

?

?

2.1.2 軟件及設置?

　　為平衡PC機端和8251端通訊的波特率,統一采用1200bps,設置如下:?

　　可編程定時/計數器8253工作于方式3,即方波發生器方式。工作方式控制字寫入36H,采用二進制計數;為達到64分頻的目的,在通道1寫入40H。?

　　通用同步/異步接收/發送器USART8251工作于異步方式,波特率1200bps，字符長度8位,一個停止位?？紤]到系統的低波特率應該能滿足傳輸的可靠性,故不設校驗位。方式控制字為4EH,命令指令為15H。?

　　在8051自身串口設置中,采用方式1即8位UART,以T1作為收發時鐘。為滿足1200bps的傳輸波特率,經計算得:T1編程為方式2定時狀態,即可重載方式,計數常數為F0H。?

　　查詢方式通信適配器流程圖如圖4所示。?

2.2 ISA方案?

　　在應用系統設計中,ISA總線由于其技術成熟性而被廣泛應用。下面簡單介紹本系統的ISA方案。 ?

　　在該方案中,微型計算機作為系統中央處理設備,擴展一塊UART8251使之具有串口通信的能力;74LS138用于不完全地址譯碼,譯碼邏輯電路如圖5所示;為避免對ISA總線操作造成影響,加了兩片三態門電路74LS245進行總線隔離;在本系統中,去除了8052,僅使用一片USART8251和一片可編程定時/計數器8253,如圖5和圖6所示。?

?

?

?

　　74LS138的輸出腳y0同時選通8251的CS片選引腳和總線隔離芯片74LS245的腳;由于74LS245固有的選通邏輯,使用ISA總線的IOR選通該三態門的DIR端;74LS138的y7腳同時選通8253的WR和另一片74LS245的端;8251的命令數據腳C/D接ISA總線的A0,8253的A0、A1腳接ISA總線的A0、A1。8253的輸出通道0和通道1設定8251的收發時鐘TXC/RXC和系統時鐘CLK。?

3 PC端通信軟件設計?

3.1 用8086匯編語言或C語言編制?

　　傳統方式的PC端涉及的通信軟件一般采用8086匯編語言或C語言提供的端口讀寫語句來實現,在本系統設計中,也可以這樣做。?

　　PC機讀寫串口其實就是對機內UART8251的操作。在本系統中,為達到1200bps的通信波特率,可對相關寄存器作如下設置:首先在線控制寄存器設置通信波特率,低位端口3F8H設置為60H,高位端口3F9H設置為00H;然后采用查詢方式編制軟件,先在線狀態寄存器查詢相關位,再作端口操作。?

　　對ISA總線的訪問也是通過端口來操作的,例如在上述譯碼方案中,端口分配如下:8251命令狀態端口為331H,數據端口為330H;8253的通道0為33CH,通道1為33DH,命令口為33FH。只需使用IN或OUT指令進行操作。?

3.2 在可視化環境下操作 ?

　　微軟的可視化平臺VB、VC可以很方便地完成上述操作。下面簡述在VC中使用ActiveX控件開發PC串行通信程序。?

　　在實際應用中,主要使用MSComm(MircosoftCommunicationControl)控件,它提供了事件驅動和查詢兩種方法。在事件驅動法中,每當有新字符到達端口,MSComm控件將觸發OnComm事件。這樣,應用程序可以通過檢查MSComm控件的CommEvent屬性采取相應的操作,它類似于匯編語言中的中斷方式;較小的應用程序可以采用查詢法,也就是應用程序不斷檢查MSComm的CommEvent屬性并采取相應操作,它類似于匯編中的查詢法。?

　　本文介紹了基于nRF401芯片的PC機無線收發模塊的研制,提出了兩套具體的應用方案和相應的軟件編制方法。對本系統的適當擴展,可以廣泛應用于遙控、遙測、無線抄表、門禁系統、工業數據采集、身份辨識和非接觸式RF智能卡系統等^[3],具有一定的實踐意義。?

參考文獻?

1 NRF401 Product Specification. Nordic VLSI ASA,2000，5?

2 黃海榮,田作華. 在VC中用ActiveX控件開發串行通信程序. 電子技術應用,2000;26(6)?

3 單片RF收發芯片nRF401介紹及其應用.哈工大訊通科技,2001(7).www.frequenchina.com.?

4 何立民. 單片機應用系統設計. 北京:北京航空航天大學出版社,1990:391～399?