兼容RS-232的点对点无线接口设计

随着通信、信息技术和微电子技术的飞速发展，短距离无线通信的应用步伐不断加快。在短距离无线数据通信中，目前最为成熟的三个标准是：Bluetooth, 802.11(Wi_Fi)和IrDA。RFID和UWB凭借其独有的特点成为短距离无线数据传输技术的后起之秀。

RS-232接口标准是一种广泛的普及标准，但此标准推出较早，在现代金融、保险、电信和电子化网络中已暴露出明显的问题：信号线易受外界干扰;RS-232采取不平衡 传输方式，其共模抑制能力差，再加上双绞线上的分布电容，其传送距离最大约为15m。由于上述问题的存在，导致RS-232串口数据线对电压浪涌特别敏 感。目前，非交流电源线路的浪涌所引起的损害占据全部浪涌损害的一大部分。其后果是：硬件损坏、数据丢失、通信中断以及由此引起停机。

为了改进RS-232通信距离短、易受外界干扰的缺点和满足PC系统需要增加无线数据传输功能的需要，设计了基于RF芯片nRF2401的兼容RS232的无线数传模块。

系统设计

nRF2401采用 5mm×5mm的24引脚QFN封装，具有突发传递和直接传递两种工作模式。突发传递模式以低速率向nRF2401写入待发数据，以高速率无线传输，尽量降低功耗。直接传递模式与传统RF器件工作模式一致。

图1 TTL/ RS232的逻辑电平转换电路

nRF2401的主要特点：

● 全球开放的2.4GHz频段，125个频道，满足多频及跳频需要。

● 高速率( 1Mb/s)，优于蓝牙技术。

● 外围元件极少，电压范围为1.9～3.6V，电流消耗很小，功耗很低。

● 发射功率和工作频率等所有工作参数可全部通过软件设置。

● 芯片内部设有专门的稳压电路，且无须外部SAW滤波器。

● 独特设计：采用DuoCeiver 技术可同时接收两个nRF2401的数据。

● 可通过软件设置最多40位地址，且只有收到本机地址时才会输出数据。

● 内置CRC校验硬件电路和协议，有数据时隙和数据时钟恢复功能。

1.nRF2401的高频头设计

nRF2401芯片以及其外围元件电路组成了发送接收模块。考虑到电磁兼容性，nRF2401的应用电路单独做成一块PCB。高频模块使用双层PCB，PCB设计中大量使用过孔，使顶层和底层的地充分接触，PCB的空余部分大面积连续接地。

图2 MCU与nRF2401的直连方式

2 接口电路设计

RS232信号在正负电平之间摆动。发送数据时，发送端驱动器输出正电平在+5～+15V，负电平在-5～-15V。从开始传送数据到结束，线上电 平从TTL电平到RS-232电平再返回TTL电平。接收器典型的工作电平在+3～+12V与-3～-12V。选用MAX3232芯片作TTL/ RS232的逻辑电平转换。图1为TTL/ RS232逻辑电平转换的原理图电路。其中C16、C20使用1uF独石电容，C17、C19使用0.1μF独石电容。

MCU与nRF2401的连接采用I/O口直接连接方式。原理图如图2所示。连接电路中采用电阻分压网络来实现AT89S52与 nRF2401的数据交互。

3 软件设计

nRF2401的ShockBurstTM RX/TX模式采用片上 FIFO来进行低数据率的时钟同步和高数据率的传输，因此极大地降低了功耗。ShockBurstTM发射主要通过MCU接口引脚CE、CLK1和 DATA来完成。当MCU请求发送数据时，置CE为高电平，此时的接收机地址和有效载荷数据作为nRF2401的内部时钟，可用请求协议或MCU将速率调 至1Mb/s;置CE为低电平可激活ShockBurstTM发射。nRF2401在突发模式下的帧格式如表1所示。

图3 程序流程图

程序流程图如图3所示。

nRF2401具有144位状态字。控制器将nRF2401设置为配置方式，然后由通道1向nRF2401写入状态字的配置值，写时高位在前。配置 方式下控制器写状态字的过程与激活方式下向nRF2401写入数据的过程完全相同，都经由CLK、DR和DATA组成的三线接口完成。

在配置模式下，将nRF2401配置为ShockBurstTM收发模式，该模式下使nRF2401能够处理射频协议，在配置完成后，在 nRF2401工作过程中，只需改变其最低一字节中的内容，以实现接收模式和发送模式的转换。ShockBurstTM的配置字由数据宽度、地址宽度、地 址和CRC四部分组成。

程序中对状态字后的120位进行配置,其值为0x20 4000 DDDDDD DD 00CC CCCC CC83 6E05。配置后nRF2401的通道1数据段长度为8字节，地址段长度为32位，通道1硬件地址为0x CCCCCCCC，使能16位CRC校验，单通道接收，工作于突发传递模式下，通信速率为1Mb/s，晶振频率为16MHz,输出功率-5dbm，工作频段为2402MHz。

①发送、接收数据的程序设计

void ShockBurstTrans(){

unsigned char ByteNum;

MODE_RT;

Delay202();

for(ByteNum=0;ByteNum<14;ByteNum++)

WriteTo2401(TXData[i]);

CE="0";

DATA="0";

}

数据接收设置