|
EDA365欢迎您登录!
您需要 登录 才可以下载或查看,没有帐号?注册
x
& I5 A: M! E% G; w9 |& ~
_; E5 b2 F) }+ t7 A
/ ^0 K$ \; x' a [' Y' G) ^- t
摘要:介绍了基于nRF401无线收发芯片的PC机串口通信模块和PC机ISA插槽通信模块的设计思路实现方案。通过该两种模块可以方便地实现PC机数字信号的载频传播,使计算机之间的无线数据传输成为可能。3 `. q+ a( k* B# |. t
关键词:无线收发 nRF401 串口 ISA ActiveX
" ^# A% q" v! B, x0 d" U0 z3 [8 A很多PC机应用系统需要增加无线数据传输功能。本文基于挪威NORDIC公司较新推出的单片无线收发一体芯片nRF401,设计出两种无线通信模块:具有标准RS232C接口的串行模块和具有标准PC机ISA总线插槽的通信模块。系统由基于nRF401的高频头(UFH)和连接PC机的接收适配器(ADAPTER)两部分组成。
; p0 E* ]' N( X( z ( W& s/ m7 J; u" @4 W; [1 z7 a2 ?
1 高频头设计8 x& [% _, w" p, f8 \* |; j
1.1 主芯片nRF401简介- o6 s- K" _! \! v
nRF401是工作于ISM频段(433MHz)的单片机无线收发一体芯片。它是目前集成度量高的无线数传产品,20脚双列直插封装。NRF401内部结构如图1所示,其中包含高频接收/发射、PLL合成、FSK调制/解调和双频切换等单元。% n4 n7 S2 N* Z# E, d
该芯片有如下特点:FSK[5]频移键控(Frquency-ShiftKeying)调制方式,直接数据输入输出,抗干扰能力强,特别适合工业场合;采用DSS+PLL频率合成技术,频率稳定性极好;灵敏度高,达到-105dBm;无需曼彻斯特编码;工作速率较高可达20kbit/s;较大发射功率达+10dBm,开阔地的使用距离最远可达1000m;工作在ISM频率433MHz和双信道频率433.92MHz/434.33MHz,使用不需要申请许可证。
% U- W; l; m+ {1.2 考虑到相互干扰,在本系统中,高频头单独做成一块PCB板。7 G R; q( @9 ?; }0 F
压控振荡器(VCO)外接22mH高品质因素电感;锁相环(PLL)外典型单端二阶段滤波器;振荡源输入接4MHz晶振;天线设计采用环形差分天线。和通信模块接口的电路采用四脚端口连接。其中,TXEN为发送使能,接低PCB板上的跳线。当接高电平时表明发送模式,反之为接收模式;CS为频率选择,也接PCB跳线,由高低电平选择所使用的频率;
+ t* ]# Z! _5 B, fPWN_UP为节电模式选择,采用同样处理方式;ANT1/ANT2为天线接口。这样,高频头仅以DOUT、DIN、GND和VCC与通信模块构成接口,使系统调试非常方便。% D: d0 c) i) k C/ w* [% [' B( e
![]()
4 F) E6 u: s/ S0 N( Y2 通信适配器的设计
4 E$ K& v" S& N- U8 {. _考虑到PC机应用的具体情况,本文提出了基于标准RS232C端口和基于ISA总线的两种设计思路。为防止高频电路对通信适配模块的干扰,两种情况下,通信适配器均单独设计PCB电路板。) R+ ~3 ^" j8 Y0 }( z) k' K7 m
2.1 RS232方案3 k7 |& f7 J2 p9 E, ~" G
2.1.1 硬件实现
1 _& A% U: o, s: y/ ?RS232方案如图2所示,采用51系列芯片8052作为主控芯片,外加一片USART8251扩展8052的串行口,使之与PC机和高频头两端都具有通信的能力。其中,8251的RXRDY和TXRDY可以用一片或门相连接至8052的INT0端口(中断方式)或浮点(查询方式)。
" E: Q2 r0 b8 ?) _; Y- W系统时钟采用7.3728MHz的石英晶振,由8252的ALE、WR、RD组合产生1.2288MHz的脉冲信号,该信号作为8251的CLK时钟信号,同时利用一片可编程定时/计数器8253进行64分频以产生8251的收发时钟。
8 |1 P# N/ `8 O/ p2 z6 {# g ; ?# W: h3 T& J! H6 K# c% y
在接收板端,高频头接收来自发送高频头的FSK调制电磁波,经过接口送到适配器的8052引脚RXD。运行于查询方式时,系统程序把数据从8052的TXD端向PC机传送,完成一次数据传输;在中断方式时,8251接收到数据后会激活系统中断服务例程完成同样的操作。发送板端与此类似,只不过经由8052的RXD、8251的TXD直接从高频头发送出去。" O+ f4 v- M, _. t& |
在电路图中,8052的P27用来产生8251的片选信号,P26接8253的WR以产生写入数据或命令字的片选信号。本系统编址如下:8251的命令状态端口C=7FFFH,数据端口D=7FFEH,8253的工作方式控制字口为BFF3H,通道1地址为BFF0H。![]()
: `. N5 u" x- B; {; B串行端口RXD/TXD与PC机串口连接时,选用一片MAXIM232芯片作TTL/RS232逻辑电平转换,如图3所示。
5 x+ V! E- Z) l) T% z" p0 s2.1.2 软件及配置3 }$ S _5 R1 \; a4 E0 ?3 l u' T
为平衡PC机端和8251端通讯的波特率,统一采用1200bps,设置如下:
! O! u, c; R2 p1 U4 b- l可编程定时/计数器8253工作于方式3,即方波发生器方式。工作方式控制字写入36H,采用二进制计数;为达到64分频的目的,在通道1写入40H。: Q# C+ Y3 I& D, Q& q8 b% m7 f9 O
通用同步/异步接收/发送器USART8251工作于异步方式,波特率1200bps,字符长度8位,一个停止位。考虑到系统的低波特率应该能满足传输的可靠性,故不设校验位。方式控制字为4EH,命令指令为15H。# T1 R; ^/ `! z% q! K
在8051自身串口设置中,采用方式1即9位UART,以T1作为收发时钟。为满足1200bps的传输波特率,经计算得:T1编程为方式2定时状态,即可重载方式,计数常数为查询方式通信适配器流程图如图4所示。, Z0 F1 u% N C- B9 |
2.2 ISA方案9 M& S1 T0 f% ^& T3 z
在应用系统设计中,ISA总线由于其技术的成熟性而被广泛应用。下面简单介绍本系统的ISA方案。
& S' s" C; K- a% A在该方案中,微型计算机作为系统中央处理设备,扩展一块UART8251使之具有串口通信的能力;74LS138用于不完整全地址译码,译码逻辑电路如图5所示;为避免对ISA总线操作造成影响,加了两片三态门电路74LS245进行总线隔离;在本系统中,去除了8952,仅使用一片USART8251和一片可编程定时/计数器8253,如图5和图6所示。9 Z% c; q8 z* e5 G% n' ]; r
74LS138的输出脚y0同时选通8251的CS片选引脚和总线隔离芯片74LS245的G脚;由于74LS245固有的选通逻辑,使用ISA总线的IOR选通该三态门的DIR端;74LS138的y7脚同时选通8253的WR和另一片74LS245的G端;8251的命令数据脚C/D接ISA总线的A0,8253的A0、A1脚接ISA总线的A0、A1。8253的输出通道0和通道1设定8251的收发时钟TXC/RXC和系统时钟CLK。2 ?1 K. h; j9 Z6 O
![]()
/ B P" e1 Y7 y6 H4 d* z( n3 PC端通信软件设计
* n: _4 j" n' J8 `3 C3.1 用8086汇编语言或C语言编制) {+ b0 y* O( T7 s/ W7 E3 g
传统方式的PC端涉及的通信软件一般采用8086汇编语言或C语言提供的端口读写语句来实现,在本系统设计中,也可以这样做。6 F# g' j t0 Q9 y; R
PC机读写串口其实就是对机内UART8251的操作。在本系统中,为达到1200bps的通信波特率,可对相关寄存器作如下设置:首先在线控制寄存器设置通信波特率,低位端口3F8H设置为60H,高位端口3F9H设置为00H;然后采用查询方式编制软件,先在线状态寄存器查询相关位,再作端口操作。5 l9 K. Y- _- j1 o6 r
对ISA总线的访问也是通过端口来操作的,例如在上述译码方案中,端口分配如下:8251命令状态端口为331H,数据端口为330H;8253的通道0为33CH,通道1为33DH,命令口为33FH。只需使用IN或OUT指令进行操作。- h5 }9 G4 ]& r p1 d& c1 @' C
3.2 在可视化环境下操作+ J6 y Y+ Y. n9 I* s& |
微软的可视化平台VB、VC可以很方便地完成上述操作。下面简述在VC中使用ActiveX控件开发PC串行通信程序。
! M- y2 m7 c' U# [! w' B , h: G7 ^* @: Y+ H6 M2 ~
在实际应用中,主要使用MSComm(MircosoftCommunicationControl)控件,它提供了事件驱动和查询两种方案。在事件驱动法中,每当有新字符到达端品,MSComm控件将触发OnComm事件。这样,应用程序坷通过检查MSComm控件的CommEvent属性采取相应的操作,它类似于汇编语言中的中断方式;较小的应用程序可以有采用查询法,也就是应用程序不断检查MSComm的CommEvent属性并采取相应操作,它类似于汇编中的查询法。
2 `8 c9 P! L/ O本文介绍了基于nRF401芯片的汇编中的查询法。块的研制,提出了两套具体的应用方案和相应的软件编制方法。对本系统的适当扩展,可以广泛应用于遥控、遥测、无线抄表、门禁系统、工业数据采集、身份辨识和非接触式RF智能卡系统等[3],具有一定的实践意义。 # q! \+ q- n; n* H- f+ L
! ?' J7 t& {8 d1 S4 f& N8 M6 W9 U/ b9 C2 O; N9 Q
|
|