摘 要：介紹一種采用micrf102單片發(fā)射器芯片、micrf007單片接收器芯片構(gòu)成的單片機(jī)無線串行接口電路。
關(guān)鍵詞：單片機(jī) 串行接口 射頻收發(fā)器
1 概 述
單片機(jī)無線串行接口電路由micrf102單片發(fā)射器芯片、 micrf007單片接收器芯片組成，工作在300~440 mhz ism頻段；具有ask調(diào)制和解調(diào)能力，抗干擾能力強，適合工業(yè)控制應(yīng)用；采用pll頻率合成技術(shù)，頻率穩(wěn)定性好；接收靈敏度高達(dá) －96 dbm，最大發(fā)射功率達(dá)－2.5 dbm；數(shù)據(jù)速率可達(dá)2 kb/s；低工作電壓：4.75~5.5 v；功耗低，接收時電流3 ma，發(fā)射時電流7.75 ma，接收待機(jī)狀態(tài)僅為0.5μa，發(fā)射待機(jī)狀態(tài)僅為1.0μa；可用于單片機(jī)之間的串行數(shù)據(jù)無線傳輸，也可在單片機(jī)數(shù)據(jù)采集、遙測遙控等系統(tǒng)中應(yīng)用。
2 電路組成及工作原理
2.1 無線發(fā)射電路
無線發(fā)射電路如圖一所示，電路以micrf102為核心。micrf102是micrel公司推出的一個單片uhf ask發(fā)射器，采用sop(m)-8封裝，芯片內(nèi)包含有：由基準(zhǔn)振蕩器、相位檢波器、分頻器、帶通濾波器、壓控振蕩器構(gòu)成的合成器，發(fā)射偏置控制，rf功率放大器，天線調(diào)諧控制和變?nèi)荻䴓O管等電路，是一個真正的"數(shù)據(jù)輸入－無線輸出"的單片無線發(fā)射器件。uhf合成器產(chǎn)生載頻和正交信號輸出。輸入相位信號（i）用來驅(qū)動rf功率放大器。天線調(diào)諧正交信號（q）用來比較天線信號相位。天線調(diào)諧控制部分檢測天線通道中發(fā)射信號的相位和控制變?nèi)荻䴓O管的電容，以調(diào)諧天線，實現(xiàn)天線自動調(diào)諧。功率放大器輸出受發(fā)射偏置控制單元控制。ask/ook調(diào)制，提供低功耗模式，數(shù)據(jù)傳輸速率為20 kb/s。
使用中應(yīng)注意的問題是：（1）refosc（引腳4）是基準(zhǔn)振蕩端，連接晶振到地，或采用ac耦合方式輸入峰-峰值為0.5 v的時鐘脈沖。發(fā)射頻率是基準(zhǔn)振蕩器頻率的32倍：基準(zhǔn)振蕩頻率×32=發(fā)射頻率。如果使用外接時鐘信號，須采用ac耦合方式，輸入信號幅度峰-峰值為 200~500 mv。（2）micrf102使用差分輸出去驅(qū)動天線負(fù)載。功率放大器輸出級包含有一個變?nèi)荻䴓O管，它自動與天線的電感調(diào)諧，以保證諧振在發(fā)射頻率上。典型的pcb導(dǎo)線天線的電感與回路的尺寸、天線導(dǎo)線的寬度、pcb銅泊的厚度和接地板的位置有關(guān)。設(shè)計時一般選擇變?nèi)荻䴓O管的電容值為6.5 pf。天線電感l(wèi)由公式l=1/(4π2f2c)計算。（3）功率放大器的輸出功率與pc端（引腳1）上的電壓有關(guān)。正常工作時，該引腳端上的電壓被設(shè)置在0.2~0.4 v之間。pc端上的電壓上升，輸出功率加大；但是，如果pc端上的電壓超過0.4 v，功率放大器被限流，輸出功率不再增加。減少pc端的電壓可降低電源功率消耗，同時也會減少rf輸出功率。（4）stby端（引腳5）是待機(jī)模式控制。接vdd為發(fā)射方式，接vss為待機(jī)模式。（5）micrf102芯片對電源紋波敏感，正確地電源旁路是必需的，一般使用4.7μf、 0.1μf、100 pf 3個電容并聯(lián)在vdd和vss之間。
2.2 無線接收電路
無線接收電路如圖2所示，電路以micrf007為核心。micrf007是micrel公司推出的單片uhf ask/ook(導(dǎo)通-關(guān)斷鍵控)超外差無線電接收芯片。micrf007采用sop(m)-8封裝，芯片內(nèi)電路可分為uhf下變換器、ook解調(diào)器和基準(zhǔn)控制三部分。uhf下變換器包含rf放大器、混頻器、中頻放大器、帶通濾波器、峰值檢波器、合成器、agc控制電路；ook解調(diào)器包含低通濾波器、比較器；基準(zhǔn)控制電路包含基準(zhǔn)振蕩器和控制邏輯電路。僅需外接2個電容器cagc和cth，1個晶振以及電源去耦電容即可構(gòu)成1個uhf ask接收器，所有的rf和if調(diào)諧都在芯片內(nèi)自動完成，是一個真正"無線輸入－數(shù)據(jù)輸出"的單片器件。
micrf007是標(biāo)準(zhǔn)的窄 rf帶寬的超外差接收器，窄帶寬接收器對rf干擾信號不敏感。rf中心頻率由完全集成的pll/vco頻率合成器控制，與基準(zhǔn)振蕩器外接晶振有關(guān)。中頻帶通濾波器的帶寬為430 khz，基帶解調(diào)器的低通濾波器帶寬為2.1 khz。接收數(shù)字ask信號，接收器數(shù)據(jù)傳輸率為2 kb/s。
使用中應(yīng)注意的是：（1）micrf007是一個窄帶寬接收器，要求發(fā)射電路必須使用saw或晶振穩(wěn)頻。（2）如果接收器處于高噪聲環(huán)境，在天線ant 端和vss之間可以連接一個固定數(shù)值的帶通網(wǎng)絡(luò)，以提供接收選擇性和輸入過載保護(hù)。（3）基準(zhǔn)振蕩器可通過refosc端（引腳8）外接晶振或輸入時鐘信號�；鶞�(zhǔn)振蕩器的頻率ft是外接晶振頻率的64.5倍。對于超外差接收器本機(jī)振蕩頻率flo和發(fā)射頻率ftx的差值必須等于中頻的中心頻率。因此，發(fā)射器的頻率ftx（即接收器接收頻率）、基準(zhǔn)振蕩器頻率ft和本機(jī)振蕩器頻率flo的關(guān)系為：ft = flo/64.5，flo = ftx±(1.064ftx/390)。（4）shut端（引腳6）控制接收器使能，當(dāng)shut端電壓vshut為高電平時，芯片進(jìn)入低功耗待機(jī)模式，電流消耗僅為0.5μa；當(dāng)vshut為低電平（下拉到地）時，芯片使能，為接收狀態(tài)。（5）cth端（引腳4）上的解調(diào)信號的直流值作為比較器的基準(zhǔn)閥值。cagc端（引腳7）外接電容c2可增加輸入動態(tài)范圍。（6）micrf007芯片對電源紋波敏感，正確地電源旁路是必需的。一般使用4.7μf、 0.1μf、100 pf 3個電容并聯(lián)在vdd和vss之間。
2.3 單片機(jī)串行接口電路
無線收發(fā)電路可以直接與常用的單片機(jī)如8051、68hc05、pic16c5x等連接，實現(xiàn)單片機(jī)與單片機(jī)之間的串行數(shù)據(jù)無線傳輸，連接電路如圖3所示。
結(jié)束語
實驗表明：所設(shè)計的單片機(jī)串行接口無線收發(fā)電路結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠，可方便地在單片機(jī)與單片機(jī)之間，構(gòu)成一個點對點、一點對多點的無線串行數(shù)據(jù)傳輸通道。
使用中應(yīng)注意的問題是：① 在發(fā)射模式下，通信速率最高為2 kb/s；發(fā)送數(shù)據(jù)之前須將電路置于發(fā)射模式(micrf102的第5腳stby = 1)；接收模式轉(zhuǎn)換為發(fā)射模式的轉(zhuǎn)換時間至少5 ms；可以發(fā)送任意長度的數(shù)據(jù)；發(fā)送結(jié)束后應(yīng)將電路置于接收模式(micrf007的第6腳shut = 0)；發(fā)射模式轉(zhuǎn)換為接收模式的轉(zhuǎn)換時間至少5 ms。② 在待機(jī)模式（micrf102的stby= 0，micrf007的shut = 1）下，電路不發(fā)射/接收數(shù)據(jù)。設(shè)計串行通信程序應(yīng)考慮：雙方通信的協(xié)議，有效數(shù)據(jù)識別標(biāo)志，數(shù)據(jù)的檢錯、糾錯和校驗。
參考文獻(xiàn)
1 micrel inc. qwikradio tm uhf ask transmitter www.micrel.com. 2001.8
2 micrel inc. qwikradio tm low power uhf receiver www.micrel.com. 2001.8
