本文介紹了一種選用高性能、低功耗的32位微處理器STM32F103和射頻收發芯片nRF24L01來設計短距離無線數據傳輸系統的具體方法。
1 系統設計
短距離無線數傳系統主要由電源管理器AMC7635、微控制器STM32F103、射頻收發器nrf24l01三部分組成。下面分別介紹其關鍵電路。
1.1 電源電路
本設計的電源采用3.7V鋰電池供電， 然后經低壓降電源管理芯片AMC7635，以產生3.0V的電壓來為STM32F103和nRF24L01供電， 圖1所示是本系統的供電電路。
近程無線數傳系統供電電路
圖1 系統供電電路
1.2 微控制器電路
微控制器選用帶ARM Cortex -M3 內核的STM32F103。STM32F103控制器具有高性能、低功耗、低電壓等特性，同時具有高集成度和易于開發的優勢。圖2所示是該系統中的微控制器電路。控制器與射頻收發器nRF24L01的接口采用SPI口來實現，即圖2 中SPICS、MOSI、MISO和SCK四條信號線和CE和INT0兩條信號線。另外，該控制器還可以擴展一路主板RS232 口和8 路GPIO口輸出。
STM32F103微控制器電路
圖2 微控制器電路
1.3 射頻收發電路
nRF24L01可工作于2.4 GHz～2.5 GHz ISM 頻段，該收發器內置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器、調制器等功能模塊， 是一款集成度較高的無線收發器。nRF24L01的外部電路比較簡單，而且融合了增強型ShockBurst技術， 其中輸出功率和通信頻道可通過程序進行配置。同時，該芯片的功耗極低， 在以-6 dBm的功率發射時，其工作電流只有9 mA;而在接收時， 工作電流只有12.3 mA。nRF24L01的控制電路可與STM32控制器的SPI口和GPIO口相連接。圖3所示是該芯片組成的射頻收發電路原理圖。
nRF24L01組成的射頻收發電路
圖3 射頻收發電路
2 系統程序設計
本系統可在STM32F103上移植UCOSII操作系統。系統程序主要分為主機的系統初始化程序、鍵盤和顯示程序及射頻收發器nRF24L01的控制程序三大部分。圖4所示是其軟件程序流程。
近程無線數傳系統程序流程圖
圖4 系統程序流程圖
系統程序設計的關鍵是UCOSII操作系統的移植和SPI口通信控制。有關操作系統的移植， 芯片廠商在官網上已有范例提供， 本文不再贅述。