射频收发模块（精选三篇）
射频收发模块 篇1
近年来,随着电子集成技术的发展,ISM频段(Industrial Scientific Medical Band)单芯片的无线数据通信IC的性能日益提高,并应用在消费电子,工业控制,安防,自动化等诸多领域。
本设计所采用的是silicon labs公司推出的EZRadio PRO R系列的SI4432无线通讯IC,应用于ISM频段应用,连续覆盖240MHz-960MHz频段、输出功率高达+20 d Bm、高灵敏度。实现了无需外接PA(Power Amplifier)传输距离远的特点。CPU选用的同样是这家公司推出的C8051F368芯片,采用的是兼容8051的CIP-51内核,可达到(25MIPS),速度有很大的提高,同时具有16K可在线编程FLASH,1280字节片内RAM,丰富的资源,完全满足无线射频收发系统的代码应用设计。内部可编程振荡器,可支持无UART操作。
两款芯片都达到工业级温度范围(-40 to+85°C),适应于各种恶劣的外部环境。同时SI4432和C8051F368分别采用QPN-20和LQFP-32封装,减小了PCB板的面积,方便嵌入其他产品。
2 设计部分
2.1 硬件设计:
如图1所示,C8051F368通过SPI接口与SI4432连接通讯,将C8051F368配置为3-wire-master模式,通过片选引脚NSEL通知SI4432传输数据。而无线IC SI4432则通过C8051F368的中断引脚通知CPU接收无线传输的数据。Si4432仅仅需要30MHZ的晶振和几个匹配元器件就能完成输出为20dbm的功放,而无需外加PA。C8051F368可根据实际情况通过UART或I2C与外部器件进行通讯。同时根据实际应用情况的不同,可采用不同的电压转化芯片将电压转化到C8051F368可耐受的电压范围内。
2.2 软件设计
首先初始化C8051F368,配置内部24.5MHZ振荡器,无需外加晶振就能支持UART及定时器工作,可节省成本和PCB板面积。
其次初始化SPI,将SPI配置成3-wire-master模式。
然后初始化SI4432,在初始化SI4432时有几个需要注意的问题:首先选中SI4432的片选信号,在用SPI命令初始化芯片之前至少要等待15ms,这是十分重要的问题,应在设计的过程中注意。接着读取中断状态寄存器以清空中断标志,并且释放连接到C8051F368的中断引脚。最后根据实际情况配置相关参数。在整个读写寄存器的过程中都是通过SPI进行通讯的,而C8051F368兼容普通51单片机,所以有必要在这里说明一下si4432的SPI接口。
一个SPI读写是由16位的信息序列组成,第一位为读写选择位,所以在跟C8051F368进行通讯时必须指定这一位,明确本操作是读操作还是写操作。在进行读操作时7位地址位被送入SI4432,而紧随其后在SDI上的8位数据则被忽略。而指定要读的寄存器的内容会从SDO传出。
相关程序代码:
以上过程就完成了SPI的读写过程。SI4432共计128个寄存器,可根据实际情况对其进行配置。SI4432可以选择240-930MHZ的频段及0.123-256KBPS的波特率,这些参数及调制方式和频偏都可以在相关的寄存器中进行设定。
在SI4432内部集成了两个64字节的FIFOS,极大的方便了设计。在寄存器Modulation Mode Control 2中设置dtmod[1:0]可选择FIFO模式。同时,SI4432主要有四种状态:关闭、空闲、发送和接收,设计中采用自动唤醒功能,在没有数据的时候可让IC工作在空闲状态。这就在设计中可以最大限度地降低了功耗。
在相关初始化和设置工作完成后进入主循环程序,等待NIRQ_PIN引脚拉低,就说明接收到数据,并进行相关的数据处理。
结束语
随着信息时代的到来,此无线传输系统可广泛地应用于工控和电子消费的各个领域。而SI4432是一款非常有代表性的无线传输芯片,并在业界有“距离之王”的美誉。可方便地应用于较长距离的传输需要。此类无线的应用定将成为未来发展的必然趋势。
参考文献
[1]Silicon labs:Si4430/31/32 ISM transceiver datasheet.
[2]Silicon labs:Si4430/31/32 register descriptions.
[3]Silicon labs:EZRADIOPROTM programming guid.
射频收发模块 篇2
摘要：简单介绍Siemens公司的最新一代TC35系列的TC35i；着重介绍TC35i的原理、特性及层次结构和AT指令；设计实现TC35i通信的外围电路。关键词：TC35i 单片机 GSM Modem SMS 计算机 C8051F020
引 言
1 概 述
短信息服务作为GSM网络的一种基本业务，已得到越来越多的系统运营商和系统开发商的重视。本设计以GSM网络作为数据无线传输网络，可以开发出多种前景极其乐观的各类应用。典型的应用有：变电站、电表、水塔、水库或环保监测点等监测数据的无线传输和无线自动警报；远程无线控制高压线路断电器、加热系统、防洪拦阻系统或其它机电系统的启动和关闭；车队交通管理和控制指挥系统；控制和监测香烟、食品和饮料自动售货机的运行状态和存货水平等。这里选用GSM模块TC35i，给出其和PC机的通信电路；同时，也给出与单片机Cyganal C8051F020制成一款无线Modem，与PC机协同收发短信，在PC和应用系统之间以此Modem和GSM网络为纽带，实现远地数据的传输。其工作模式如图1、图2所示。
2 TC35i模块
目前，国内已经开始使用的GSM模块有Falcom的A2D系列、Wavecome的WMO2系列、西门子的TC35系列、爱立信的DM10/DM20系列、中兴的ZXGM18系列等，而且这些模块的.功能、用法差别不大。其中西门子的TC35系列模块性价比很高，并且已经有国内的无线电设备入网证。所以本设计选用的是西门子TC35系列的TC35i。这是西门子推出的最新的无线模块，功能上与TC35兼容，设计紧凑，大大缩小了用户产品的体积。TC35i与GSM 2/2+兼容、双频(GSM900/GSMl800)、RS232数据口、符合ETSI标准GSM0707和GSM0705，且易于升级为GPRS模块。该模块集射频电路和基带于一体，向用户提供标准的AT命令接口，为数据、语音、短消息和传真提供快速、可靠、安全的传输，方便用户的应用开发及设计。
2.1 主要技术指标
TC35i主要特性与技术指标包括以下几点：
①频段为双频GSM900MHz和GSMl800MHz (phase 2/2+)；②支持数据、语音、短消息和传真；③高集成度(54.5mm×36mm×3.6mm)； ④质量为9g；⑤电源电压为单一电压3.3~4.8V；⑥可选波特率300bps~115kbps，动波特率 4.8~115kbps；⑦电流消耗――休眠状态为3.5mA，空闲状态为25mA，发射状态为300mA(平均)，2.5A峰值；⑧温度范围 ――正常操作-20℃~+55℃，存放-30℃~+85℃；⑨SIM电压为3V/1.8V。
TC35i有40个引脚，通过一个ZIF(Zero Insertion Force，零阻力插座)连接器引出。这40个引脚可以划分为5类，即电源、数据输入/输出、SIM卡、音频接口和控制。第1~14脚为电源部分：1~5为电源电压输入
嵌入式光纤收发器远程监控模块设计 篇3
关键词：IP113F；ARM ；RTL8019AS ；uC/OS；TCP/IP；以太网
中图分类号：TP84文献标识码：A文章编号：1672-3198（2007）12-0274-02
1 IP113F芯片简介
IP113F芯片是IC Plus公司生产的一款具有网管功能、超低功耗的光纤收发器。内置专为收发器设计的两口交换机内核，支持纯收发器模式，全/半双工模式均可采用相应的流量控制，支持单/多模光纤转换，支持3.3V I/O，并可通过SMI（MDC,MDIO）和IC内部MII接口对两组独立寄存器进行操作，监控或重新设置本地或远端光纤收发器的工作状态。用户可以通过串行管理接口MDC（管理数据同步时钟输入接口）和MDI0（双向管理指令接口）来访问MII寄存器， MDI0是信号线，MDC是时钟线，一个管理单元最多可同时外挂32个IP113F。数据在MDI0上是一位位传输的，是发生在MDC的上升沿跳变，MDI0上的数据通信协议如表1所示。当SMI处于空闲状态时，MDI0则处于高阻态。管理单元在MDI0上发送32位连续的“1”和“01”信号来初始化MDI0接口。
2 整体功能设计
系统的基本功能是32台光纤收发器同时通过同一SMI口网络转换器与远程的上位机进行通信（如图1所示）。转换器完成的具体工作是接收光端机发送过来的测试数据，自动识别其长度和来源，将其转化为网络数据格式，通过以太网发送到上位机，同时接收上位机通过以太网发送过来的控制信息，并自动识别其发送的目标，通过SMI口发送给相应的光纤收发器。根据实际需要，可以在上位机通过以太网配置SMI口网络转换器的IP地址。
3 硬件结构设计
转换器的硬件电路主要选用基于ARM7内核的嵌入式处理器LPC2214芯片进行整体控制，LPC2214芯片带有256KB的高速FLASH，并带有16K片内SRAM，为了满足通信过程中的数据缓存和一定的系统运行空间，片外扩展了512K字节的SRAM（IS61LV25616AL）。片外通过IIC总线扩展了256字节的EEPROM（CAT24WC02）用于保存好已设置的IP地址。选用10M全双工以太网控制器RTL8019AS芯片完成网络通讯功能，与外界的通讯口选用UTP RJ-45接口，HR61101芯片充当网卡变压器。采用通用的I/O口P0.5和.P0.6模拟SIM口的时序对IP113F进行数据采集，电路整体设计如图2。
4 系统软件设计与实现
4.1 引入RTOS
光纤收发器数据采集的实时性要求比较高，若采用传统的前后台设计方法会显的过于复杂，且实时性不能保证。解决这个问题的最好方法是采用实时操作系统RTOS。uC/OS-Ⅱ操作系统是一种源代码公开的嵌入式操作系统，具有代码短小精悍，简单易学的特点，对本设计是一个理想的选择。
uC/OS-Ⅱ完全是占先式的实时内核，基于优先级，即总是让就绪态中优先级最高的任务先运行，因此实时性比非占式的内核好。其大部分代码是用C语言编写的，可移植性强，可以在大多数8位、16位、32位以至64位微处理器上运行。uC/OS-Ⅱ在LPC2214上的移植可参考文献［2］。
4.2 TCP/IP协议的选择与裁减
为使SMI口转换器具有以太网接人功能，必须在ARM处理器中嵌人TCP/IP协议，参考开放系统互连(OSI)模型，在ARM中嵌人的TCP/IP协议采用简化的四层模型，即链路层、网络层、传输层、应用层。根据实际需求，结合ARM 微处理器的处理能力，设计中对完整的TCP/IP协议进行了全方位裁减。
（1）链路层。由控制同一物理网络上的不同机器间数据传送的底层协议组成。RTL8019AS的驱动程序就是在该层实现的。
（2）网络层。保留了完整的IP协议，对ARP协议进行简化，对于ARP包只响应ARP请求，取消RARP，只维护最简单的一个IP地址与MAC地址的映射Cache表，定时刷新。
（3）在传输层，用于工业现场一般采用TCP或UDP协议，TCP协议提供了一种可靠的面向连接的字节流运输层服务，而UDP协议是一个简单的面向非连接的数据报的运输层协议，考虑到所设计的系统数据传输的安全性，设计中选用TCP协议。
（4）在应用层，裁剪掉HTTP协议，通过将控制界面设置在上位机上来代替其功能。
通过上述裁剪，把TCP/IP协议嵌入到操作系统uC/OS-Ⅱ中，并提供API接口函数供应用程序调用，使得ARM可以快速无冲突地收发TCP数据包，符合系统对实时性和可靠性的要求。
4.3 系统的实现
采用嵌入式操作系统uC/OS-Ⅱ使整个设计简单，各个任务相互独立且具有不同的优先级来保证紧急任务及时响应，从而有效地对任务进行调度。整个软件设计由操作系统和一系列用户应用程序构成。
主函数是程序首先执行的一个函数，主要实现操作系统的初始化，该函数永不还回。操作系统的初始化包括任务控制块，事件控制块的初始化，而且在启动多任务调度之前，必须至少创建一个任务。此系统创建了一个启动任务TaskStart，主要负责系统硬件的初始化，包括时钟的初始化和启动，中断的启动，IIC总线的初始化与启动，SMI口的初始化与启动，RTL8019AS的初始化与启动，并且对各个应用任务进行了划分。
(1)任务的划分。
要完成多任务系统的各个功能，必须对任务进行划分。本程序根据各个任务的重要性和实时性，把整个模块分成6个具有不同优先级的应用任务，即IP地址设置、接收协议转换、发送协议转换、NET发送、SMI口发送、SMI口采集。
除了3个主要应用任務外，还有两个中断服务子程序。一个是时钟节拍中断，用于提供周期性信号源，另一个是网口的接收中断，用于把接收到的数据写入缓冲区。
(2)任务的具体实现。
本系统采用ARM作为服务器，PC端作为客户端的TCP通信模式，由上位机主动请求连接ARM。在串口和以太网建立通信之前，首先要调用IP地址设置任务，对IP地址、子网掩码、网关进行初始化设置。
SMI口通信实现的功能有SMI口发送和SMI口采集。SMI口采集任务优先级较低，进行多任务调度后若没有相关事件发生系统就一直运行SMI口采集任务，若采集到IP113F的状态发生变化，数据通过协议转换后发送到远程的上位机。SMI口发送作为一个单独的任务独立运行。SMI口发送任务需要系统调度器通知缓冲区中是否有待发送的数据,若没有数据发送，则将该任务挂起，系统运行其他任务
以太网通信模块由以太网数据收发和协议转换构成。数据的接收在RTL8019的中断服务程序中实现。以太网数据的发送，接收协议转换及发送协议转换分别作为独立的任务运行。以太网数据的发送任务同样需要系统调度器通知缓冲区中是否有待发送的数据。协议转换主要实现对接受数据报文的解析及给待发送数据添加协议报头，在编程时可以直接调用嵌入的TCP/IP协议的API函数，对数据报文进行分层。接收协议转换任务对从8019传过来的数据处理过程如3所示，不同的子协议具有不同的功能号，任务根据功能号对协议进行区别。发送协议转换则为图3的逆序表示。
(3)任务间的同步与调度。
通常多任务操作系统的任务不同于一般的函数，它是一个无限循环，而且没有返回值。如果没有更高优先级的任务进入就绪态，当前任务不会放弃对CPU的使用权。为了实现操作系统的正常运行和有关事件的同步，必须正确处理任务间的通信和事件标志的设置。系统的功能结构如图4所示。
系统进行多任务调度后，高优先级任务由于申请某个资源而发生阻塞，进入挂起态，系统运行较低优先级的SMI口采集任务。每个事件分配一个信号量，一旦事件发生就启动信号量的等待任务表中进入就绪态的任务。当接收中断发生时就启动协议转换任务，这过程通过信号量的通信机制实现。接收协议转换任务先对来自上位机的数据解析，然后根据数据的命令头发往SMI口发送队列或EEPROM发送队列，进而启动相应的SMI口发送任务或IP设置任务。发送协议转换任务对SMI口采集的数据进行协议转换后存入以太网发送队列，然后通知NET发送任务把数据发给上位机，从而保证任务与事件同步。
5 总结
本文所设计的SMI口网络转换器模块实现了上位机同时对多光纤收发器进行监控。本设计既可作为一个独立的模块，又可嵌入到用户设计的系统中进行二次开发。总之，嵌入式Internet技术代表着嵌入式系统和Inernet的发展趋势，对其研究具有重要的实用价值和远大的发展前途，尤其是智能测控和家庭网络化方面的前景意义。
参考文献
［1］周立功.ARM嵌入式系统软件开发实例［M］.北京：北京航空航天大学出版社,2004.