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基于STM32F103的433MHz频段无线数传模块的设计

2014/5/8    来源:万方数据    作者:严冬  张森  何镜      
关键字:EDA软件  无线数传模块  
本文设计了一种可工作在433.00-434.79MHz,中心频率为433.00MHz,输出功率可调的无线数传模块。模块采用STM32F103RB单片机和射频芯片CC1101设计,利用EDA软件ADS2008仿真优化了射频电路的输出匹配网络。最后对无线模块输出功率,通信距离等参数进行了测试和验证。

0 引言

    随着近些年无线通信技术的发展,越来越多的无线技术开始涌现,GSM/GPRS、Wlan、Zigbee等,为了更方便人们生产生活,以及改变现有的无线频道变得越来越拥挤的现状,不同国家相继开通了一些用于免费的ISM频段,其中430M~510M的频段在中国最为常用。

    本文选用ST公司生产的STM32F103RB作为主控芯片,TI公司生产的CC1101作为射频芯片,设计一种工作在433.05MHZ频段的MCU+RF无线数传射频模块,并编写相应的测试函数,用来对无线模块输出功率,通信距离等参数进行了测试和验证。

1 总体结构概述

    根据实际的应用要求,无线数传模块主要包含以下几个部分:主控部分、射频部分、外围接口部分。主控部分负责数据处理尧控制射频部分的收发工作;射频部分负责交换控制信息和相关数据;外围接口部分为整个模块提供工作电源,同时为整个模块提供串行接口,方面模块进行测试。整个无线数传模块硬件体系结构如图1所示。

无线数传模块硬件框图

图1 无线数传模块硬件框图

2 模块硬件电路部分设计

    2.1 射频部分设计

    射频通信的具体实现需通过射频电路完成,随着微电子技术和集成电路的发展,现代射频通信电路都已集成在射频芯片内部。目前市场上的无线收发芯片的种类比较多,生产厂家有德州仪器、ATMEL、飞思卡尔、笙科电子等,而基于430MHz~510MHz的无线计量频段的无线收发芯片较少,其原因是该频段是刚刚发布的仅针对中国市场的频段,在国内也是近两年才开始发展该频段的无线计量系统。

    德州仪器在2010年专门针对中国市场设计了一款基于430MHz~510MHz频段的无线收发芯片CC1101,本文也采用该芯片。CC1101 射频芯片数据速率支持1.2到500kBaud可编程速率,支持2-FSK、GFSK、MSK以及OOK等调试方式,发射功率可达+10dBm,接收灵敏度最高可达-112dBm,该芯片的最大优势在于低功耗特性,睡眠模式电流消耗为700nA,且外围器件相对较少,采用QFN封装,可大大降低无线产品开发成本。

    CC1101内部集成了射频通信的收发电路。发送时,信号来源于外部的串行外设接口(SPI,Serial Peripheral Interface),CC1101收到数据后会将其放在TXFIFO中,经过数据包处理器尧前向纠错/信道交织编码,进入调制器中,从调制器中出来的已调信号通过混频器(上变频),将频率调节为适合在信道上传输的信号,之后通过功率放大器,将信号放大传输到差分信号引脚上。接收时,数据从差分信号引脚输入,经过低噪音放大器,将信号放大,同时降低了噪音的产生,放大后的信号经过混频器(下变频)进行变频,产生中频信号,中频信号经AD转换,自动增益控制,频率滤波后,由解调器将信号解调出来,再经过纠错/交织编码,最后将数据放在RXFIFO中,通过SPI口发送到微控制器。

    射频模块的设计电路图如图2所示。

射频部分原理图

图2 射频部分原理图

    图2中,CC1101引出SPI接口和微控制器进行通信,且CC1101为从机模式,GDO0和GDO2引脚与微控制器的中断引脚相连,用来产生FIFO状态信号(中断信号),来判断数据收发状态。XOSC_Q引脚用来外接26M晶振,为频率合成器提供参考频率,同时为CC1101的ADC和数字部分提供时钟信号。RF_P和RF_N是一个差分信号引脚,是射频信号发射和接收端口。

责任编辑:程玥
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