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基于PIC的FSK/ASK超外差收发机的设计
: y/ U9 E9 t8 i, D& V: ` 基于FSK/ASK的超外差收发机在远程无线进入、汽车胎压检测、无线传感器等方面都有很广泛的应用。本文以PICl6F819和MAXl471、MAXl479为基本部件,设计并实现FSK/ASK超外差射频收发机的过程。9 o9 L ~5 v8 n9 m: l
1 元器件的选择; R7 F" g, _1 l* x9 b
(1)控制器的选择$ Q; P7 J! i6 \
在本系统设计中,需要涉及到以下几个方面:处理器性能、所支持的开发工具、处理器的成本和功耗.综合以上几个方面考虑,微控制器选择Microchip公司的一款高性价比的8位微控制器PICl6F819。PICl6FSl9采用20脚贴片封装,在线方式进行程序调试和烧写;可采用内部晶振,工作频率可选31 kHz~8 MHz;工作电压从2~5.5V;正常工作时使用2V电压供电、使用内部晶振频率为32kHz、电流为7μA;睡眠状态时使用2V电压供电、电流为0.7μA。
8 ]. n: v* \8 A ~0 }& S: C. O3 L(2)收发器件的选择
e; @/ Q( Q- M+ k# p2 H 随着无线技术的发展,无线收发芯片的集成度和性能都得到大幅度提高,芯片性能也各有特色。生产此类芯片的厂商主要有Nordic、TI和Maxim等。选择无线收发芯片时,应考虑以下几点因素:功耗、发射功率、接收灵敏度、传输速率和芯片成本等。Maxim公司的MAXl479和MAXl471分别是超外差射频发射机和接收机,都采用+2.1~+3.3V的单电源供电,可以选择FSK/ASK调制方式,低工作电流,小贴片封装。; C. v1 n' ^5 w6 V
2 系统硬件构成. d6 d" {# [# e2 s8 C# l
2.1 发射部分7 i8 \" [: w4 }1 p! F8 D
发射部分由微控制器PICl6F819和射频发射芯片MAXl479组成,其系统构成原理图如图1所示。* A |" M5 Q) M1 h" f8 Q
2 W; y) l& Q6 |# O1 z ' u H) @/ ?+ T& m- F
微控制器PICl6F819通过PA口的8个引脚控制MAXl479的发射工作。MAXl479的主要引脚功能如表l所列。/ [0 ?4 A, l3 V# o R7 X, i
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- ?: q9 ^' `9 w u5 j$ H& Y/ M 其中,Mode引脚用于选择发射芯片是FSK模式或ASK模式。Enable引脚为高电平,则MAXl179进入发射状态。DIN引脚输入串行数据。: s& L8 n" ?2 s: G. m* H- Q: s6 w2 p
Clk0和Clk1共同决定Clkout引脚的输出频率,该频率可以作为微控制器的时钟频率输入。Clk0和Clkl的状态组合如表2所列。1 \+ X, V; y6 W9 Z$ D5 s' f4 x
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4 m: h8 C& @# t: |0 D% Y3 q Dev0、Devl、Dev2共同决定FSK调制时的背离频率的大小,其组合状态表如表3所列。
- u5 r9 f4 ?) L% A+ l$ E![]()
. \& H" W0 U. ]$ p 发射的载波频率由MAXl479所用的晶振决定,晶振同发射载波频率间的关系是:
" \) |) |8 {+ |% h9 @& I fXTAL=32×晶振频率
2 p8 Y1 O# J9 X. b5 v6 Y 如果选择的发射载波频率为315MHz,则所使用品振为9.8437MHz;如发射载波频率为433MHz,则所使用品振为13.56MHz。
" l2 P6 `2 u+ w6 ?! M8 j+ ] MAXl479使用的天线要符合50Ω阻抗匹配,天线可以采用l/4波长的鞭状天线,也可以使用PCB布线作为天线。( q" }5 V- V; i% h. r+ ^" l
2.2 接收部分
; W+ c) k6 b! g 接收部分由射频接收芯片MAXl47l和微控制器构成,接收方一般和其他系统连接在一起,故不需要刻意根据低功耗选择微控制器,而是根据数据处理的需要自行选择。构成框图如图2所示。3 p% j, D/ A m& {/ @
7 u& N% s5 f, Q- X. s. _( R1 u
MAXl47l需要外接一个lO.7MHz的低通滤波器,晶振的频率同接收载波的频率的关系为:1 v( w J& [" r2 {0 V
fRRECEIVE=(fXTAL×32)+l0.7MHz1 c1 T3 a* K) x: B; q, q( V+ t
如果接收载波的频率为315MHz,则晶振的频率为9.509MHz;接收载波的频率为433.92MHz,则晶振的频率为13.2256MHz。7 @) B, Q. u0 t0 d. d$ Q, I* v
MAXl47l的主要引脚如表4所列。
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) Z( ^/ n b. k, E1 M 其中,IFIN+MIXOUT、AGND连接10.7MHz的低通滤波器,用于ASK数据的解调。ADATA引脚为高,表示到来的是ASK解调数据;FDATA为高,表示到来的是FSK解调数据。微控制器连接SCLK、CS、DIO引脚对MAXl472内部的寄存器进行读写。 I7 Z: z9 K( v3 W
MAXl471同样要求50Ω阻抗匹配的天线,可以使用PCB布线作为天线。
e; s2 z) J# d# e9 W6 B3 系统软件设计
) r9 {7 {& a* a2 Q: d+ r+ M3.1 发射部分
" \1 V/ ^, Z% I1 l7 @, N 发射部分的编程主要是对PIC16F819的操作。程序由PlCl6F8l9初始化、MAXl479初始化和数据发射三部分组成。5 [+ Y1 O# i% B; _! o
对PICl6F819的初始化包括设置内部晶振的工作频率和PA口的状态。对MAXl479的初始化包括设置工作模式、晶振输出频率选择和FSK背离频率的选择。数据发射部分包括:设置数据帧格式、发送位“0”或“l”子程序、发送一个字节数据子程序和循环发送多个字节数据子程序。程序流程图如图3所示。+ {/ f4 p/ c/ h6 S8 @. Z7 n6 U
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3.2 接收部分
! ^. H! }; v! C j2 Q+ G4 ? 接收部分程序主要是微控制器通过SCLK、CS、DIO等引脚对MAX147l内部寄存器进行读写的过程。
( u9 Q% e1 k: a0 [' O1 U. B) Q 对MAXl471内部寄存器进行写操作的时序图如图4所示。CS引脚为低,MAXl47l进入工作状态,SCLK引脚产生串行输入时钟,DIO向MAXl47l串行输出命令。命令的格式为;4位命令码、4位地址、8位数据。命令码共有3个:0x01代表写、0x02代表读、0x03代表复位。
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& T5 G; y! u* y9 V/ H7 j 对MAXl47l内部寄存器进行读操作的时序图如图5所示。CS引脚为低,MAX147l进入工作状态,SCLK引脚产生串行输出时钟,DI0从MAXl471串行输出数据。当ADATA为高,输出ASK解调数据;当FDATA为高,输出FSK解调数据。输出数据遵循同样的数据格式。
( Y; K9 j ]1 l- y5 i3 \! M MAX147l内部常用寄存器和地址的对照表如表5所列。
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以接收315MHz的FSK数据为例说明接收数据的编程步骤。
2 [$ y4 v3 h/ @ ①写0x3000对芯片进行复位。
' E8 T% @: f8 H, r" H4 ] ②写0x10f0使能所有的RF和基带部分。 W8 s, F; q+ y" V+ G2 T( s
③写0x135f设置晶振寄存器,芯片工作于315 MHz频率。
) E3 q1 v3 j& }) e7 V" U5 k ④写0x1120置配置寄存器的FSKCALLSB位,使能FSK校准。+ L* e4 F( ?2 e
⑤写0x1121开始FSK校准。
- d9 Q1 b$ A s# j; U/ t ⑥读0x2900读状态寄存器位0和位1的状态,以确定FSK校准已完成。
5 b) a" T* [% {: _! [- t ⑦读FSK调试后的数据,由微控制器进行处理。
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' l- l! K5 N. O6 {. [" I: W结 语
' |( i& W4 C! o 该系统已成功应用在一款无线遥控门锁上,使用效果良好,可以在20m的距离内无误差的识别不同的电子钥匙。发射部分使用3V的锂电池供电,发射时的工作电流在FSK模式为10.5mA,在ASK工作模式为6.7mA。FSK/ASK超外差射频收发机由于其自身的优点,在无线射频领域将会得到广泛的应用。& x6 t$ e$ A4 `$ N
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