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MSP430和nRF905的無線數傳系統設計

MSP430和nRF905的無線數傳系統設計

作者:jdzj868 來源:機電之家下載站錄入:jdzj868 更新時間：2009-12-2 16:58:41 點擊數：0

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1 MSP430簡介
MSP430是TI公司新推出的16位系列單片機，在電池供電的低功耗應用中具有獨特的優勢，其工作電壓在1.8-3.6V之間，正常工作時功耗可控制在200μA左右，低功耗模式使可實現2μA甚至0.1μA的低功耗，MSP430具有非常高的集成度，通常在單個芯片上集成有12位的A/D、比較器、多個定時器，片內USART、看門狗、片內振蕩器、大量的I/O端口及大容量的片內存儲器，一般單片就可以滿足大多數的應用需要。

在低功耗應用中設計程序時，最好采用以下方法：CPU在初始化完成后，處于低功耗工作模式，在有外部事件發生時喚醒進入終端服務程序，完成后重新進入低功耗模式，照此循環往復，可以最大限度地降低功耗。

2 nRF905簡介
nRF905是挪威Nordic公司推出的單片射頻發射器芯片，工作電壓為1.9-3.6V，32引腳QFN封裝（5mm×5mm），工作于433/868/915MHz3個ISM頻道（可以免費使用）。nRF905可以自動完成處理字頭和CRT（循環冗余碼校驗）的工作，可由片內硬件自動完成曼徹斯特編碼/解碼，使用SPI接口與微控制器通信，配置非常方便，其功耗非常低，以-10dBm的輸出功率發射時電流只有11mA，在接收模式時電流為12.5mA。

nRF905傳輸數據時為非實時方式，即發送端發出數據，接收端收到后先暫存于芯片存儲器內，外面的MCU可以在需要時再到芯片中去取。nRF905一次的數據傳輸量最多為32B。

2.1 nRF905的工作模式及設置

nRF905的兩種工作模式和兩種節能模式，分別為掉電模式、待機模式、ShockBurst TM接收模式和ShockBurst TM發送模式，這幾種模式由外界CPU通過控制nRF905的3個引腳PWR_UP、TRX_CE和TX_EN的高低電平來決定，如表1所列。

外界MCU通過SPI總線配置nRF905的內部寄存器，讀寫數據時必須把其置為待機或掉電模式，nRF905在待機模式時功耗為40μA，在掉電模式時功耗為2.5μA。

2.2 nRF905的狀態輸出

nRF905有3個引腳用于狀態輸出，分別是：CD（載波檢測）、AM（地址匹配）和DR（數據就緒），均為高電平有效，nRF905在處于接收模式時，若檢測到接收頻率段的載波，就置CD為高，接著檢測載波數據中的地址字節，若與本身已配置的接收地址相同，則置AM為高，若再檢測到接收數據中的CRC校驗正確，則存儲有效數據字節，置DR為高。

此外，nRF905還有一個時鐘輸出引腳uPCLH，供用戶選擇使用。通過配置內部寄存器，可改變其頻率輸出，這一點在調試時很有用。無線系統至少需要一發一收兩個設備，調試時若出現問題很難判斷是哪一方的故障。可以通過修改nRF905的寄存器，用示波器觀察uPCLK輸出是否變化的方法，來判斷其硬件電路和CPU操作，nRF905的程序是否正確，從而判斷及設備是否工作正常。

2.3 nRF905的數據接口

外圍MCU通過SPI總線配置nRF905的內部寄存器和收發數據，nRF905的SPI總線包括4個引腳：CSN（SPI使能）、SCK（SPI時鐘）、MISO（主入從出）和MOSI（主出從入）。這里nRF905為從機，其SPI的時鐘范圍很寬，可以從1Hz-10MHz，因此MCU在寫控制程序時不必苛求時間的準確度。

SPI總線的每次操作都必須在使能引腳CSN的下降沿開始，CSN低電平有效，總線上的數據在時鐘的上升沿有效，MCU對SPI總線的操作不外乎兩種方式：讀和寫，在進行讀操作時，先把CSN置低，然后在MOSI數據線上輸出一個表示讀命令的字節，與此同時，nRF905會在MISO數據線上輸出一字節表示狀態信息的數據，隨后輸出一地址字節，后面跟隨有效數據，在進行寫操作時比較簡單，MCU先把CSN拉低，然后在MOSI線上輸出寫命令字節和數據字節即可。

2.4 nRF905的寄存器配置

nRF905內部有5類寄存器：一是射頻配置寄存器，共10個字節，包括中心頻點、無線發送功率配置、接收靈敏度、收發數據的有效字節數、結社地址配置等重要信息；二是發送數據寄存器，共32字節，MCU要向外發的數據就需要寫在這里，三是發送地址，共4個字節，一對收發設備要正常通信，就需要發送端的發送地址與接收端的接手地址配置相同，四是接收數據寄存器，共32字節，nRF905接收到的有效數據就存儲在這些寄存器中，MCU可以在需要時到這里讀取，五是狀態寄存器，1個字節，含有地址匹配和數據就緒的信息，一般不用。

MCU若要操作這些寄存器，需遵循nRF905規定的操作命令，常用的有以下7種，都是1個字節；寫射頻配置（0XH，“X”含4位二進制位，該字節表示要開始寫的初始字節數）、讀射頻配置（1XH，“X”含4位二進制位，該字節表示要從哪個字節開始讀）、寫發送數據（20H），讀發送數據（21H）、寫發送地址（22H）、讀發送地址（23H）和讀接收數據（24H），關于寄存器的詳細信息可以參閱nRF905的數據手冊。

2.5 nRF905的工作過程

nRF905在正常工作前應由MCU先根據需要寫好配置寄存器，或是按照默認配置工作，其后的工作主要是兩個：發送數據和接收數據。

發送數據時，MCU應先把nRF905置于待機模式（PWR_UP引腳為高、TRX_CE引腳為低）然后通過SPI總線把發送地址和待發送的數據都寫入相應的寄存器中，之后把nRF905置于發送模塊（PWR_UP、TRX_CE和TX_EN全置高）數據就會自動通過天線發送出去，若射頻配置寄存器中的自動重發位（AUTO_RETRAN）設為有，數據包就會重復不斷地一直向外發，直到MCU把TRX_CE拉低，退出發送模式為止。為了數據更可靠地傳輸，建議多使用此種方式。
接收數據時，MCU先在nRF905的待機模式中把射頻配置寄存器中的接收地址寫好，然后置其于接收模式（PWR_UP=1、TRX_CE=1、TX_EN=0），nRF905就會自動接收空中的載波，若收到地址匹配的和校驗正確的有效數據，DR引腳會自動置高，MCU在檢測到這個信號后，可以改其為待機模式，通過SPI總線從接收數據寄存器中讀出有效數據。

3 系統硬件設計

MSP430的USART模塊可通過寄存器配置為通用異步串行口或SPI模塊功能，這里配置為SPI模塊，本系統選用的MCU是MSP430F133，在硬件設計時把MCU的SPI接口和nRF9051SPI接口相連即可，另外再選幾個I/O口連接Nrf9051輸出輸出信號，如圖1所示。

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