基于RF1101的无线收发模块论文

1、传感器传感器实训实训 ( (论文论文) )说明书说明书题 目： RF1101RF1101 无线传感器应用无线传感器应用 院 （系）： 信息与通信学院 专 业： 电子信息工程 学生姓名： 学 号： 指导教师： 2013 年 7 月 4 日桂林电子科技大学实训说明书用纸I摘 要无线射频技术作为本世纪最有发展前景的信息技术之一，已经得到业界的高度重视。该技术利用射频方式进行非接触双向通信，可以自动识别目标对象并获取相关数据，具有精度高、适应环境能力强、抗干扰强、操作快捷等许多优点。这是一款基于RF1101 通信模块的简单无线通信系统，该系统由发射模块和接收模块组成，以STC89C52 单片机为核心，

2、以单片机应用技术、无线收发技术为理论基础，实现数据的无线收发及状态的显示。该系统的传输距离可以达到 2km。研究成果对无线通信的普及具有重要意义。关键词：STC89C52；传感器；RF1101 模块；USB 转串口模块；无线收发；桂林电子科技大学实训说明书用纸II AbstractRadio frequency technology as one of the most promising information technology in this century, has been attached great importance to the industry. The technol

3、ogy using non-contact two-way communication in the form of radio frequency can automatically identify the target object and get the relevant data, has high precision, to adapt to the environment ability is strong, strong anti-interference, quick operation and many other advantages. This is a simple

4、wireless communication system based on RF1101 communication module, the system consists of a transmitting module and receiving module, STC89C52 single-chip microcomputer as the core, with single-chip computer application technology, wireless transceiver technology for theoretical basis, the realizat

5、ion of wireless data transceiver and status display. The system can achieve 2 km transmission distance. Research on the popularization of wireless communication is of great significance.Key words: STC89C52; Sensor; RF1101 module; Turn the USB serial port module; The wireless transceiver;桂林电子科技大学实训说明

6、书用纸III 目 录引言.11 设计任务分析.11.1 无线收发原理概述.11.2 课题研究的背景和意义.11.3 设计内容及要求.12 硬件电路的设计.22.1 STC89C52 微控制器.22.2 RF1101 通信模块的设计.32.3 USB 转串口电路模块的设计.42.3.1 电源供电方式设计.42.3.2 USB 转串口电路模块.43 无线通信模块的程序设计与实现.53.1 RF1101 模块的配置方式.53.2 RF1101 模块 SPI 接口介绍.63.3 RF1101 模块无线收发流程.73.4 RF1101 模块发送接收程序设计.93.4.1 通信模块发送数据的一部分程序及注

7、解.93.4.2 通信模块接收数据的一部分程序及注解.94 电路调试.105 结论.11谢 辞.12参考文献.13附 录.14桂林电子科技大学实训说明书用纸1 引言 近些年信息通信领域中，发展最快、应用最广的就是无线通信技术。而无线通信技术又有着集成化，低功耗，易操作的发展趋势。目前，一些只由微控制器和集成射频芯片构成的无线通信模块不断推出，这种微功率短距离无线数据传输技术在工业、民用等领域得到应用广泛。无线数据传输系统结构微功率短距离无线数据传输技术作为一种无线通信实用技术，一般使用单片射频收发芯片，加上微控制器和少量外围器件构成专用或通用无线通信模块，只要依据命令字进行操作即可实现基本的数

8、据无线传输功能。本课题主要研究的是由 STC89C52 单片机最小系统和 RF1101 无线通信模块组合而成的无线通信系统。1 设计任务分析 1.1 无线收发原理概述无线收发顾名思义，就是将两块通信模块以空气为传输介质来实现发送和接收数据。发送时，通过模块中携带数据的变化高频电流，在天线上形成电磁波信号，发送出去。而接收端中，天线将接收到的电磁波信号转换为携带数据的变化高频电流。1.2 课题研究的背景和意义 随着现代通信技术的飞速发展，近距离无线通信技术呈现出良好的发展势头。受到越来越多人的关注。因为在现实生活中存在着许多这样的应用情况，当然传统的无线通信技术虽然能够满足要求，但免不了存在成本

9、高，体积大，功耗大的问题，这时成本小，体积小，功耗低的短距离无线通信技术就发挥了它的优势，尤其在传统无线通信系统难于或者不便于覆盖到的区域，短距离无线通信技术可以在近距离范围内实现相互通信或相关操作。无线数据传输系统已成为当今通信业乃至整个信息业的热点，广泛应用于无线遥控、报警、无线局域网、军事通信等范围，具有一定的实际应用价值。 通常情况下，单片机在获取数据后，还需要将数据传送出去。有线数据传输依赖于有线的线路，例如采用有线的串、并行总线等。有线的线路具有成本比较高、维护不方便等缺点。无线数据传输是在有线数据传输的基础上发展起来的，而无线数据通信则是通过发射模块和接收模块来传送数据的，具有不

10、占空间、成本低、可靠性高、维护方便及传输过程中的干扰小等优点，提高了传输过程中的可靠性。1.3 设计内容及要求 利用 STC89C52 单片机控制无线射频 RF1101 模块实现数据收发，通信距离 02km。要求与数据：（1）实现基本收发并将接收到的数据通过串口在电脑上显示；（2）掌握单片机编程的基本思想，了解 STC89C52 的基本结构与特性；桂林电子科技大学实训说明书用纸2 （3）了解 RF1101 模块的结构，掌握其在无线传输中所起的作用；（4）学习 Keil C51，protel99SE，串口调试助手等软件的使用方法；（5）掌握 C 语言程序的输入，运行和调试方法。2 硬件电路的设计

11、 2.1 STC89C52 微控制器图 2-1 STC89C52 原理图（1）STC89C52 单片机原理图如图 2-1 所示，包含下列几个部件： 一个 8 位 CPU； 一个片内振荡器及时钟电路； 4KB 程序存储器； 128B RAM 数据存储器； 可寻址 64kb 外部数据存储器和 64kb 外部程序存储空间的控制电路； 32 条可编程的 I/O 线（4 个 8 位并行 I/O 端口） ； 两个 16 位的定时计数器； 一个可编程全双工串行口； 5 个中断源、两个优先级嵌套中断结构。（2）STC89C52 引脚说明 电源引脚VCC +5V 电源VSS 接地端 外接晶体引脚 桂林电子科技大

12、学实训说明书用纸3 XTAL1 外接晶振输入端 XTAL2 外接晶振输入端 输入输出引脚 P0.0P0.7 不作为地址/数据线使用时，可作为准双向 I/O 口使用。但必须外接上拉电阻。 P1.0P1.7 带内上拉电阻的 8 位准双向通用 I/O 口。 P2.0P2.7 带内上拉电阻的 8 位准双向通用 I/O 口。访 问片外存储器时，P2 口用作高 8 位地址线。 P3.0P3.78 位准双向 I/O 接口，每个引脚还具有第二功能 控制线 RST 是复位端。当 RST 端出现持续两个机器周期以上的高电平时，即可实现复位操作。 2.2 RF1101 通信模块的设计 模块的芯片采用 Chipcon

13、 公司的 RF1101，模块原理如图 2-2 所示，是根据 SmartRF 技术以 0.18mCMOS 工艺制成的一款低成本单片 UHF 收发器，具有功耗低、电压低、体积小、灵敏度高等特点。电路主要工作在 315、433、868 和 915MHz 的 ISM 和 SRD（短距离设备）频率波段，也可以设置为 300348MHz、400464MHz 和 800928MHz 的其它频率。RF1101 集成了一个高度可配置的调制解调器，支持不同的调制格式，其数据传输率最高可达 500kbps。RF1101 在 1.83.6V 的低电压下工作，其灵敏度为-110dBm，在所有工作频率波段上，可编程输出功

14、率为-3010dBm。图 2-2 无线通信模块原理图桂林电子科技大学实训说明书用纸4 图 2-3 RF1100SE 模块（1）VCC(5V)脚接电压范围为 4.5V 到 5.5V 之间，推荐电压 5V， 不能在这个电压区间之外。（2）VCC(3.3V)脚接电压范围为 3V-3.6V 之间，不能在这个区间之外，超过 3.6V 将会烧毁模块。这里使用 LM1117-3.3V 芯片转换得到。（3）硬件上面没有 SPI 的单片机也可以控制本模块，用普通单片机 IO 口模拟 SPI 不需要单片机 SPI 模块介入，只需添加代码模拟 SPI 时序即可。（4）17 脚、18 脚为接地脚, 需要和母板的逻辑地

15、连接起来。 2.3 USB 转串口电路模块的设计2.3.1 电源供电方式设计 本实验供电电源采用 USB 供电电源接法如图 2-4 所示，此种方法便于在电脑旁调试。图 2-4 USB 供电电路2.3.2 USB 转串口电路模块 USB 转串口模块全称为 USB to Serial port Module，它可以实现将 USB 接口虚拟成一个串口解决客户无串口的苦恼。现在市面上的 USB 转串品的设备可谓是琳琅满目，质量也是参差不齐。造成这种现象的根本原因就在于控制芯片的不同。现在 USB 转串口桥接芯片有很多，比如 CP2102、FT232、PL2303 等等。但并非每一种芯片都可以用作 IS

16、P 下载。经过测试 CP2102 是不能下载的，而 FT232 可以下载，但其价格实在不菲。最为适中的就是台湾生产的 PL2303，可以稳定下载，并可以支持多种操作系统。 桂林电子科技大学实训说明书用纸5 PL2303HX 采用 28 脚贴片 SOIC 封装，工作频率为 12MHZ，符合 USB 1.1 通信协议，可以直接将 USB 信号转换成串口信号，波特率从 751228800，有 22 种波特率可以选择，并支持 5、6、7、8、16 共 5 种数据比特位，是一款相当不错的 USB 转串口芯片。 PL2303 模块可以方便地利用杜邦免焊接连接线接入电路，只要插接 3 根线，一根串口入、一根

17、串口出、一根地线。 用途： 1、STC 单片机程序下载 2、单片机/开发板串口通讯实验3、路由器或者 ADSL 等固件升级 4、GPS 串口通信 5、超级终端里使用；常用串口调试工具 6、使用方便，RDX 接到 MCU 的 TDX;TDX 接到 MCU 的 RDX.在接上地。图 2-5 USB 转串口电路原理图图 2-6 USB 转串口模块图3 无线通信模块的程序设计与实现 无线数据通信最重要的是如何保证系统通信的可靠性,减少通信冲突和降低误码率等问题，这也正是本文开发无线反馈系统的关键。 3.1 RF1101 模块的配置方式 RF1101 具有 14 个命令寄存器（Command Strob

18、e Registers） ，访问这些寄存器将会发起内部状态或模式的改变；有 47 个普通 8 位配置寄存器（Configuration 桂林电子科技大学实训说明书用纸6 Registers） ，配置这些寄存器可以完成系统参数的选择；还有 12 个状态寄存器（Status Registers） ，读取这些寄存器可以获得 RF1101 的状态信息。RF1101 通过4 线 SPI 兼容接口（SI,SO,SCLK 和 CSn）配置，这个接口同时用作写和读缓存数据。SPI 接口是一种同步串行通信接口，CSn 是芯片选择管脚，当该管脚为低电平时，SPI 接口可以通信，反之不能通信。SI 和 SO 为数字

19、传输管脚，SI 用于数据输入，SO 用于数据输出，SCLK 为同步时钟，在时钟的上升沿数据被写入或读出，PAC 为发送和接收使能端。RF1101 的 SPI 接口的读、写操作工作方式如图 3-1 所示。 图 3-1 RF1101 读写操作时序图在读或是写寄存器时，首先要在 SI 管脚写入寄存器地址字节。地址字节有 8 位，最高位为读写位，后七位为地址位。当执行写寄存器操作时，读写位为 0；当执行读操作时，读写位为 1。无论是读操作还是写操作，在地址字节被写入时，SO 脚上输出一个芯片状态字节，状态字节包含关键状态信号。RF1101 的 TX FIFO（发射先进先出堆栈）和 RX FIFO（接收

20、先进先出堆栈）也可以用同样的读写方式进行访问，只是使用与配置寄存器不同的地址段加以区别。另外，RF1101 的内部指令也是通过 SPI 接口传输的，这些指令用来关闭晶体振荡器，开启传输模式，状态转换和电磁波激活等，通过 SI 写入特定的字节使 RF1101 执行不同的命令。由于 RF1101 的寄存器比较多，为了提高程序的执行效率，编写了相应的函数来进行寄存器配置表 3-1 无线通信模块函数和功能函数名称函数功能halSpiWriteReg(INT8U addr, INT8U value)SPI 写寄存器操作halSpiReadReg(INT8U addr)SPI 读寄存器halSpiWrit

21、eBurstReg(INT8U addr, INT8U *buffer, INT8U count)SPI 连续写配置寄存器halSpiStrobe(INT8U strobe)SPI 写命令halSpiReadBurstReg(INT8U addr, INT8U *buffer, INT8U count)SPI 连续读配置寄存器halSpiReadStatus(INT8U addr)SPI 读状态寄存器halRfWriteRfSettings(void)配置 RF1101 的寄存器halRfSendPacket(INT8U *txBuffer, INT8U size)RF1101 发送一组数据桂

22、林电子科技大学实训说明书用纸7 halRfReceivePacket(arrRx,&leng)RF1101 接收一组数据3.2 RF1101 模块 SPI 接口介绍SPI（Serial Peripheral Interface）是一种串行同步通讯协议，由一个主设备和一个或多个从设备组成，主设备启动一个与从设备的同步通讯，从而完成数据的交换。SPI 接口由 MOSI（串行数据输入） ，MISO（串行数据输出） ，SCK（串行移位时钟） ，CSn（从使能信号）四种信号构成，CSn 决定了唯一的与主设备通信的从设备，如没有 CSn 信号，则只能存在一个从设备，主设备通过产生移位时钟来发起通讯

23、。通讯时，数据由 SO 输出，SI 输入，数据在时钟的上升或下降沿由 SO 输出，在紧接着的下降或上升沿由 SI 读入，这样经过 8/16 次时钟的改变，完成 8/16 位数据的传输。本课设单片机用 P1 口与 RF1101 模块相连。在地址和数据转换期间，CSn 脚（芯片选择，低电平有效）必须保持为低电平。如果在过程中 CSn 变为高电平，则转换取消。当 CSn 变低，在开始转换头字节之前，MCU 必须等待，直到 SO 脚变低。这表明电压调制器已经稳定，晶体正在运作中。除非芯片处在 SLEEP 或 XOFF 状态，SO 脚在 CSn 变低之后总会立即变低。SPI 接口定时要求如表 3-2 所

24、示。表 3-2 SPI 接口定时要求参数描述最小值最大值FSCLKSCLK 频率010MHztsp,pdCSn低到SCLK的正边缘，功率降低模式下150us-tspCSn低到SCLK的正边缘，活动模式下20ns-tch时钟高50ns-tcl时钟低50ns-trise时钟上升时间-5nstfall时钟上升时间-5nstsd向 SCLK 的正边缘建立数据TDBns-thd在SCLK的正边缘之后保持数据TDBns-tnsSCLK 到 CSn 高时的负边缘TDBns-3.3 RF1101 模块无线收发流程 通过对 RF1101 进行正确的参数配置，就能够实现数据的无线传输。其无线收发程序流程如图 4-

25、1 所示。当 RF1101 状态不正常时可以通过程序控制来复位芯片。 程序复位的操作顺序如下： （1）设置 SCLK=1 和 SI=0，以避免引脚控制模式造成潜在的问题； （2）设置 CSn 为低，然后再拉高； 桂林电子科技大学实训说明书用纸8 （3）保持 CSn 为高至少 40s； （4）将 CSn 拉低，等待 SO 变低（CHIP_RDYn） ； （5）在 SI 上发送 SRES 命令； （6）当 SO 再次变低后，复位工作完成，RF1101 处于 IDLE 状态。程序流程图：开始端口初始化配置寄存器设置发送初值PAC=1发送数据是否复位继续发送PAC=0NNYN清空发送缓冲区结束开始结束

26、端口初始化配置寄存器PAC=0接收状态发送到串口清空接收缓冲区接收到数据是否复位YNYNNNNN发送端流程图 接收端流程图图 3-2 无线收发程序流程桂林电子科技大学实训说明书用纸9 3.4 RF1101 模块发送接收程序设计在发射状态时，在进行射频寄存器的初始化设置后，发送端将所设定的值打包等待发送，单片机发送数据时，单片机按照 SPIO 接口时序把要发送的数据写入 RF1101，再初始化发射端的地址，且应当与接收端的地址相互匹配，发射端发射的数据有效宽度必须与接收端设置一致。然后 PAC 置高把单片机设置为发送模式，并且完成数据打包。发送完成后，PAC 置低，RF1101 模块回到接收模式

27、。 在接收时，初始化的设置同发射时基本一致，然后 RF1101 被设置为接收模式，不断地检测载波，等待接收数据，当检测到同频段的载波并且地址也匹配时，RF1101 进行数据包的接收，并完成校验等相关工作。接着，将数据通过 SPI 接口传输到单片机中，单片机将数据通过发送到串口在 PC 上显示出来，一直循环。3.4.1 通信模块发送数据的一部分程序及注解/*/函数名：void halRfSendPacket(INT8U *txBuffer, INT8U size)/输入：发送的缓冲区，发送数据个数/输出：无/功能描述：CC1100 发送一组数据/*void halRfSendPacket(INT

28、8U *txBuffer, INT8U size) halSpiWriteReg(CCxxx0_TXFIFO, size); halSpiWriteBurstReg(CCxxx0_TXFIFO, txBuffer, size); /写入发送的数据 PAC=1; /发送使能 halSpiStrobe(CCxxx0_STX);/进入发送模式发送数据 / Wait for GDO0 to be set - sync transmitted while (!GDO0); / Wait for GDO0 to be cleared - end of packet while (GDO0); /数据发送完

29、 PAC=0; /接收使能halSpiStrobe(CCxxx0_SFTX); /清洗发送缓冲区3.4.2 通信模块接收数据的一部分程序及注解INT8U halRfReceivePacket(INT8U *rxBuffer, INT8U *length) INT8U status2;桂林电子科技大学实训说明书用纸10 INT8U packetLength; halSpiStrobe(CCxxx0_SRX);/进入接收状态 while (!GDO0); while (GDO0); if (halSpiReadStatus(CCxxx0_RXBYTES) & BYTES_IN_RXFIFO

30、) /是否有接收数据 packetLength = halSpiReadReg(CCxxx0_RXFIFO);/读出第一个字节，此字节为该帧数据长度 if (packetLength = *length) /如果所要的有效数据长度小于等于接收到的数据包的长度 halSpiReadBurstReg(CCxxx0_RXFIFO, rxBuffer, packetLength); /读出所有接收到的数据 *length = packetLength; /把接收数据长度的修改为当前数据的长度 halSpiReadBurstReg(CCxxx0_RXFIFO, status, 2);/读出 CRC 校验

31、位 return (status1 & CRC_OK);/如果校验成功返回接收成功 else *length = packetLength; halSpiStrobe(CCxxx0_SFRX);/清洗接收缓冲区 return 0; else return 0;4 电路调试 用 Keil C51 软件将程序经过编译，调试，把编译好的程序(程序中事先把发射功率设为 0dbm)通过串行口下载到单片机中。从网络中下一个串口调试助手，运行串口调试助手，将软件的波特率设置为 9600，将两块模块放置在 30cm 左右距离中，打开串口及接通发送接收模块电源。这样发送端开始发送循环发送 BB AA 55 09（程序中事先设定） ，而接收端收到的内容如图 4-1 所示。然后将两块模块放置在相隔 30 米远的地方，桂林电子科技大学实训说明书用纸11 接上述操作，模块任然能发送接收正常。如果将串口调试助手的波特率设为其他值时，可以发现，接收到的数值不对，或者直接不显示。而在程序的发送功率设置中，如果把功率设的过大的话，发送模块会有轻微的发热，因此在调试的过程