RF無線收發(fā)模塊設(shè)計.doc

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1、無線收發(fā)模塊的設(shè)計一、設(shè)計方案為了能實現(xiàn)數(shù)據(jù)通過無線方式進(jìn)行傳輸?shù)哪康?，采用hopeRF公司的無線單片收發(fā)ICRF12完成無線收發(fā)功能。為了能對RF12進(jìn)行控制，采用ATMEL公司單片機(jī)AVRMEGA48對RF12進(jìn)行控制，為了與PC機(jī)連接方便，采用了沁恒公司的USB轉(zhuǎn)串口電路CH340與單片機(jī)相連。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如下：二、電路設(shè)計2.1RF12電路設(shè)計2.1.1RF12功能簡介RF12是通用ISM頻段的FSK發(fā)送接收集成單片電路，低功耗，多通道，可以工作在免許可的433,868和915MHz頻段。RF12首發(fā)電路為需要外部很少器件的集成電路，具有低成本，柔韌性好的高度集

2、成的解決方案。芯片集成所有射頻要求功能，完整的模擬射頻部分和數(shù)字基帶收發(fā)部分，多頻段PLL頻率合成器，射頻功率放大器PA，低噪聲放大器LNA。正交(I/Q)下變頻混頻器，基帶濾波器和基帶放大器，和正交（I/Q）解調(diào)器。唯一需要的外部器件就是外部晶振和帶同濾波器。RF12具有一個全集成的PLL，便于射頻設(shè)計，它的快速設(shè)定時間可以用于快速調(diào)頻，對于多路徑衰落信道可以獲得強(qiáng)健的無線連接。PLL的高分辨率允許在任一頻段進(jìn)行多信道應(yīng)用。接收部分的基帶濾波帶寬（BW）是可編程的，以可以包納各種偏差，數(shù)據(jù)速率和晶振偏差的要求。接收部分應(yīng)用了零中頻方法，該方法采用了正交解調(diào)技術(shù)。同樣在大

3、多數(shù)應(yīng)用中不需要外部器件（除了晶振和耦合電路）。RF12通過集成的數(shù)字信號處理特性：數(shù)字濾波，時鐘恢復(fù)，數(shù)字判決，集成的FIFO和發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器（TXdataregister），顯著的減小了微處理器的負(fù)擔(dān)。自動頻率控制特性允許使用低精度（低成本）晶振。對于低功耗應(yīng)用，RF12支持基于內(nèi)部喚醒定時器的小占空比的周期工作模式。功能模塊框圖2.1.2RF12電路設(shè)計在設(shè)計中采用RF12接收部分采用片內(nèi)數(shù)字濾波器來提取接收數(shù)據(jù)流的位時鐘方案，通過SPI接口設(shè)置工作參數(shù)，發(fā)送數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)。頻帶設(shè)計為433MHz，射頻匹配濾波電路根據(jù)生產(chǎn)商提供的資料設(shè)計電路如下：2.2、RF112

4、與單片機(jī)Mega48接口設(shè)計Mega48單片機(jī)通過SPI接口與RF12相接，系統(tǒng)圖如下：由于SPI接口是單片機(jī)在線編程的下載口，同時又是與RF12的通信接口，為了在下載時不受RF12的影響，特在SPI接口與RF12接口之間通過電阻進(jìn)行隔離。2.3USB轉(zhuǎn)傳串口電路設(shè)計：CH340集成電路可以完成USB轉(zhuǎn)串口的功能，PC機(jī)的驅(qū)動程序有沁恒公司提供，在PC上的界面與串口通信界面相同，根據(jù)廠家提供的參考電路設(shè)計如下：一、射頻參數(shù)計算2.1、RF12的工作原理：RF12為單片無線收發(fā)芯片，接收部分為采用正交解調(diào)的零中頻技術(shù)，片上集成有基帶低通濾波器，其帶寬可程序控制，達(dá)到減低噪聲

5、系數(shù)的目的，同時還具有頻率自動控制功能，以離散步進(jìn)方式使得本振頻率與發(fā)射機(jī)的載波頻率差最小。對于RF12的應(yīng)用需要根據(jù)接收信號的特性需要對基帶濾波器的代換進(jìn)行計算。2.2、正交零中頻解調(diào)原理及低通濾波器帶寬的計算：接收機(jī)結(jié)構(gòu)如下圖所示：設(shè)射頻輸入信號為：s(t)=Acos(ω0t+(-1)DΔωt);本振信號為：L(t)=cos(ωLt+φ)通過正交下變頻器：I(t)=s(t)×L(t)=A{cos(ω0t+(-1)DΔωt-ωLt-φ)+cos(ω0t+(-1)DΔωt+ωLt+φ)}/2Q(t)=s(t)×sin(ωLt+φ)=A{sin(ω0t+(-1)DΔωt-ω

6、Lt-φ)+sin(ω0t+(-1)DΔωt+ωLt+φ)}/2通過低通濾波器有：Ib（t）＝Acos(ω0t+(-1)DΔωt-ωLt-φ)/2Qb(t)＝　Asin(ω0t+(-1)DΔωt-ωLt-φ)/2當(dāng)ω0＝ωL，φ＝０時有：　　　Ib（t）＝Acos((-1)DΔωt)/2　　　Qb(t)＝　(-1)DAsin(Δωt)/2當(dāng)Ｄ＝０時Ib和Qb構(gòu)成正方向旋轉(zhuǎn)向量，標(biāo)識為頻偏大于零；判讀為0或1當(dāng)D=1時Ib和Qb構(gòu)成反方向旋轉(zhuǎn)向量，標(biāo)識為頻偏小于零；判讀為1或0.在這里對于碼元寬度為T，頻偏為Δω，那么低通濾波器的帶寬不應(yīng)小于：Δω+2∏/T當(dāng)考慮到本振與信

7、號載波的偏差，濾波器的帶寬應(yīng)包含：頻偏，數(shù)據(jù)速率和頻率誤差。一、RF12的命令RF12的命令通過SPI口發(fā)送，共有15條命令：1ConfigurationSettingCommandFrequencyband,crystaloscillatorloadcapacitance,basebandfilterbandwidth,etc.el,ef,b1tob0,x3tox02PowerManagementCommandReceiver/Transmittermodechange,synthesizer,xtalosc,PA,wake