基于SPCE061A單片機(jī)的無線通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)

鄭桂興

摘要：以凌陽SPCE061A單片機(jī)為控制核心，設(shè)計(jì)并制作了一款具有數(shù)字顯示及語言播報(bào)功能的無線通信系統(tǒng)。文中給出了系統(tǒng)的硬件構(gòu)成，簡述了利用nRF2401進(jìn)行無線通信的基本原理和實(shí)現(xiàn)過程。

關(guān)鍵詞：SPCE061A單片機(jī) 無線通信系統(tǒng) nRF2401

中圖分類號：TP27 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）10（a）-0003-01

無線通信是當(dāng)前發(fā)展最快的技術(shù)之一，與有線相比主要有成本低、攜帶方便、布線安裝簡便等特點(diǎn)，現(xiàn)在已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、能源、電力、國防等各個(gè)領(lǐng)域。目前主要的無線技術(shù)有：藍(lán)牙、紅外傳輸、無線局域網(wǎng)（wifi）等。藍(lán)牙主要用于移動設(shè)備之間近距離的數(shù)據(jù)傳輸，目前價(jià)格還比較昂貴；紅外數(shù)據(jù)傳輸價(jià)格低廉，但是僅適合用于點(diǎn)對點(diǎn)的近距離傳輸，不適合組網(wǎng)；無線局域網(wǎng)技術(shù)是以太網(wǎng)的一種無限擴(kuò)展[1]，但由于其硬件實(shí)現(xiàn)需要很大的容納空間，且對計(jì)算機(jī)的依賴性比較強(qiáng)，限制了該項(xiàng)技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用。

針對這些問題，本文提出了一種基于SPCE061A單片機(jī)的無線通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

1 控制核心

本系統(tǒng)采用基于upnSPTM為內(nèi)核的SPCE061A作為控制核心。SPCE061A單片機(jī)是16位微處理器，內(nèi)嵌2KB的SRAM和32KB的FlashROM，無需像51系列單片機(jī)那樣外接存儲器來實(shí)現(xiàn)對圖形和文本代碼的存儲，能夠滿足絕大多數(shù)場合的設(shè)計(jì)需求；擁有多達(dá)32位的可編程多功能I/O端口，每個(gè)引腳都可以獨(dú)立編程，使其工作于輸入或輸出方式；8通道10位A/D轉(zhuǎn)換器，其中一路為音頻轉(zhuǎn)換通道，并且內(nèi)置有自動增益電路；雙通道10位D/A轉(zhuǎn)換器，只需要外接功放即可完成語音的播放；另外還集成了2個(gè)可自動賦初值的16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、通用異步串行接口（UART）、看門狗（Watchdog）電路等，進(jìn)一步簡化了外圍電路的設(shè)計(jì)[2]。

另外，SPCE061A的指令系統(tǒng)提供具有較高運(yùn)算速度的16位×16位的乘法運(yùn)算指令和內(nèi)積運(yùn)算指令，為其應(yīng)用增添了DSP功能，使得μnSPTM家族運(yùn)用在復(fù)雜的數(shù)字信號處理方面既很便利，又比專用的DSP芯片廉價(jià)。它還擁有較高的處理速度（CPU最高時(shí)鐘可達(dá)49.152MHz）使其能夠快速地處理各種復(fù)雜的數(shù)字信號，非常適用于語音處理。同時(shí)配合凌陽公司免費(fèi)提供的語音處理函數(shù)庫，使得這種微控制器成為設(shè)計(jì)低成本語音識別系統(tǒng)的理想選擇，因此，可稱之為語音單片機(jī)。

2 無線收發(fā)模塊的設(shè)計(jì)

nRF2401是北歐集成電路公司生產(chǎn)的單片射頻收發(fā)芯片，工作于2.4～2.5GHzISM頻段，輸出功率和通信頻道可通過程序進(jìn)行配置，芯片能耗非常低，可以使用同一天線接收兩個(gè)不同頻道的數(shù)據(jù)，廣泛用于多種無線通信場合。

nRF2401的收發(fā)模式有ShockBurstTM收發(fā)模式和直接收發(fā)模式兩種。ShockBurstTM收發(fā)模式下，數(shù)據(jù)低速從微控制器送入，但高速（最高1Mbps）發(fā)射，可以盡量節(jié)能，而且即便使用低速的微控制器也能得到很高的發(fā)射速率。本文采用ShockBurstTM收發(fā)模式。

ShockBurstTM發(fā)射過程使用接口引腳為CE，CLK1，DATA；接收過程中使用接口引腳為CE、DR1、CLK1和DATA，使用SPCE061A單片機(jī)的任一輸入輸出端口即可控制nRF2401進(jìn)行收發(fā)。

程序設(shè)計(jì)：

nRF2401_Initial（）； //初始化nRF2401A

nRF2401_SetAddress（Address，4）； //設(shè)置接收端地址為00000001

nRF2401_Mode（1）； //設(shè)置nRF2401為發(fā)送模式

nRF2401_SendByte（1）； //發(fā)送數(shù)據(jù)

Delay_Us（1000）； //延時(shí)

nRF2401_Mode（0）； //設(shè)置nRF2401為接收模式

while（nRF2401_RxStatus（）==0） //檢測判斷nRF2401A的接收狀態(tài)

{*P_Watchdog_Clear=0x1；}

nRF2401_ReceiveByte（RxData）；//接收到數(shù)據(jù)

3 語音播報(bào)

將SPCE061A單片機(jī)的一路D/A通道外圍添加功放SPY0030A（凌陽的一款芯片功能相當(dāng)于LM386，音質(zhì)好，可以工作在2.4～6.0V范圍內(nèi)，最大輸出功率可達(dá)700mW），即可將接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行播報(bào)。

軟件設(shè)計(jì)如下。

整個(gè)系統(tǒng)軟件由單片機(jī)的初始化程序、液晶顯示器的顯示程序、nRF2401的初始化和收發(fā)程序、語音播報(bào)程序構(gòu)成。

4 實(shí)驗(yàn)和結(jié)論

經(jīng)測試，在不使用天線、發(fā)送和接收端之間無障礙的情況下，數(shù)據(jù)傳輸距離在200m左右，若外加天線，則傳輸距離會大大增加。通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證該無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)運(yùn)行可靠，特別適合于低功耗、小數(shù)據(jù)量的無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)且具有智能程度高、方便進(jìn)行擴(kuò)展、功率小和攜帶方便等特點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 黃婷，施國梁，黃坤.單片機(jī)無線通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].微處理機(jī)，2010（6）：27-31.

[2] 李晶皎.嵌入式語音技術(shù)及凌陽16位單片機(jī)應(yīng)用[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2003：628.