无线电通信原理跟检测技术.docx

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无线电通信原理跟检测技术

目录

第1章前言........................................1

第2章无线收发IC芯片及其数据通信技术.............2

2.1数字信号ASK无线收发电路设...................................2

2.1.1数字信号ASK无线发射电路...................................2

2.1.2数字信号ASK无线接收电路...................................2

2.2基于TRF4900的无线发射电路设计与应用.........................4

2.2.1与微控制器连接电路.........................................4

2.2.2TRF4900的设置..............................................5

2.2.3通过无线收发芯片实现的单片机DCTMS技术......................7

2.2.4DF无线收发模块的原理与应用................................8

第3章一种微机与单片机无线串行通信的设计方案.....10

3.1.调制与发射..................................................10

3.2接收与解调..................................................10

3.3单片机全双工无线传输........................................11

第4章单片机无线串行接口电路设计.................12

4.1电路组成及工作原理..........................................12

4.1.1无线发射电路.............................................12

4.1.2无线接收电路.............................................12

4.2单片机串行接口电路.........................................13

第5章结论.......................................14

致谢..............................................15

参考文献..........................................16

附录..............................................17

第1章前言

采用无线发射芯片TRF4900组成的无线数字（发射、接收）电路，通过串行接口连接到微控制器实现参数设置和发射，接收控制。

文中介绍应用电路、与微控制器连接的电路，以及特性参数的设置。

一种采用MICRF102单片发射器芯片、MICRF007单片接收器芯片构成的单片机无线串行接口电路。

以PIC单片机和CC1000为核心器件，设计并实现无线数据传输发射机，接收机；介绍PIC16C73芯片和CC1000芯片的性能，详细讨论发射机，接收机的硬件和软件系统设计并予以实现。

固定无线接入FWA（FixedWirelessAccess）系统采用点对多点微波技术。

该系统在传统的电路型无线通信技术中融合了IP数据通信技术，主要提供大容量的语音和数据业务接入，也可以为窄带无线系统和移动基站提供回传连接。

单片机无线串行接口电路由MICRF102单片发射器芯片、MICRF007单片接收器芯片组成，工作在300~440MHzISM频段；具有ASK调制和解调能力，抗干扰能力强，可用于单片机之间的串行数据无线传输，也可在单片机数据采集、检测、遥测遥控等系统中应用。

适合广泛的商业应用价值和发展前景。

第2章无线收发IC芯片及其数据通信技术

2.1数字信号ASK无线收发电路设计

设计的数字信号ASK无线收发电路由TX6000单片机发射器芯片和RX6000单片接收器芯片组成,工作在916.50MHz频段，具有ASK调制和解调能力,抗干扰能力强,适合工业控制应用。

采用SAW频率合成技术,频率稳定性好，接收灵敏度高达-98dBm,发射输出功率0.75Mw，数据速率可达115.2Kbps，低工作电压（2.7～3.5V），低功耗,接收时电流1.8mA,发射时电流12mA,接收待机状态和发射待机状态仅为0.5μA。

可用于数字窄带、扩频无线电链路、手持数据终端、计算机通信、数据采集系统、遥测遥控等系统中。

2.1.1数字信号ASK无线发射电路

数字信号ASK无线发射电路图2所示,电路以TX6000为核心。

芯片内包含有：

SAW谐振器、SAW滤波器、RF放大器、调制和偏置控制等电路。

RF输出端（RFIO）阻抗范围为35～75Ω,外接1个天线串联匹配线圈和1个并联的ESD保护线圈。

SAW谐振器和放大器1（TXA1）组成振荡器,要发射的数字信号经TXMOD端输入,调制后由发射放大器2放大,经SAW滤波器滤波后输出。

发射器有2个工作模式：

ASK发射、OOK发射、低功耗。

模式控制由CNTRL0和CNTRL1完成。

设置CNTRL1为“高电平”,CNTRL0为“低电平”,芯片工作在ASK发射模式;设置CNTRL1和CNTRL0都为“低电平”,芯片工作在低功耗模式。

电路中T/S为发射模式/睡眠模式控制信号。

2.1.2数字信号ASK无线接收电路

数字信号ASK无线接收电路图4所示,电路以RX6000为核心。

芯片内含有：

SAW滤波器、SAW延迟线、RF放大器、检波器、数据限制器、等电路。

RF输出端RFIO阻抗范围为35～75Ω,外接1个天线串联匹配线圈和1个并联的ESD保护线圈。

RF信号经SAW滤波器到达射频放大器RFA1。

RFA1增益可在35dB和5dB之间选择。

RFA1的输出到SAW延迟线,SAW延迟线有一标准的0.5μs的延时。

第2级射频放大器RFA2增益为51dB。

检波器输出驱动回转滤波器,滤波器提供1个3极0.05度滤波器响应。

滤波器的输出基带放大器放大后到BBOUT端。

当接收器的RF放大器工作在50%时,BBOUT端信号变化大约是10mV/dB,峰-峰值信号电平达到685mV。

BBOUT的输出信号通过串联的电容耦合到CMPIN输入端。

当接收器设置为低功耗模式时,BBOUT端的输出阻抗为高阻抗状态。

CMPIN端的输入信号加到2个数据限制器,转换从BBOUT来的模拟信号成为数据流。

数据限制器DS1是一个电容耦合比较器。

比较器的限制电平从0～90mV,由在RFEF和THLD1端之间的电阻设备。

数据限制数DS2限制触发点能被在RRE和THLD2之间的电阻设置为1～120mV,通常设置为60mV。

DS1和DS2通过与门在RXDATA端输出数字信号。

峰值检波器的输出通过AGC比较器也提供一个AGC复位信号到AGC控制电路。

AGC控制电路保证接收器的动态工作范围。

接收器有2种工作模式：

接收和低功耗。

CNTR1和CNTR0为高时,接收器工作在接收模式;CNTR1和CNTR0为低时,接收器工作在低功耗模式。

电路中R/S为接收模式/睡眠模式控制信号。

当收发电路置于同一系统中时,发送数据之前需将发射电路置于发射模式,接收电路置于睡眠模式,发射电路从睡眠模式转换为发射模式的转换时间至少1ms,可以发送任意长度的数据,发送结束后应将发射电路置于睡眠模式。

接收数据之前需将接收电路置于接收模式,将发射电路置于睡眠模式,接收电路从睡眠模式转换为接收模式的转换时间至少1ms,接收电路接收到的数据可以直接送到单片机串行接口或者经电平转换后送入计算机。

在睡眠模式时电路不发射和接收数据。

数据传输速率最高为115.2Kbps。

2.2基于TRF4900的无线发射电路设计与应用

无线数字发射电路采用无线发射芯片TRF4900。

单片发射器芯片工作电压2.2～3.6V，典型发射功率为7dim，并具有低的功率消耗。

24位直接数字合成器有11位DAC，合成器有大约230Hz的通道空间，允许窄带和宽带应用。

两个完全可编程工作模式——模式0和模式1，允许非常快地在两个预先编程的设置之间转换。

仅需要极少的外部元件即可构成一个完整的发射电路。

TRF4900通过串行接口连接到TIMSP430微控制器。

发射器的每一个功能是通过串行接口编程设置其功能。

2.2.1与微控制器连接电路

TRF4900通过串行接口连接到TI的MSP430微控制器，TRF4900的引脚23（LOCKDET），PLL锁相检测输出，有效为高电平。

当LOCKDET=1时，PLL锁定。

引脚11（MODE），模式选择输入，器件在模式0和模式1的功能能够通过串行控制接口的A、B、C、D字编程。

引脚12，睡眠控制，低电平有效。

当=0时，控制寄存器的内容仍然有效，能够通过串行控制接口编程。

引脚14（TX-DATA），数字调制输入，为载波的FSK/FM调制，高电平有效。

串行控制接口是一个3线单向串行总线（CLOCK串行接口时钟信号，DATA串行接口数据信号，STROBE串行接口选通信号），用来编程TRF4900。

接口内部的寄存器包含所有用户可编程变量，包括DDS频率设置，也包括所有的控制寄存器。

串行接口的时序如图2.2-1所示。

图2.2-1串行接口时序图

在CLOCK信号的每一个上升沿，DATA引脚端上的逻辑值被写入24位的移位寄存器。

设置STROBE端为高电平，编程的信息被装入选择的锁存器。

当STROBE信号为高时，DATA和CLOCK线必须为低。

因此，STROBE与CLOCK的信号是不同步的。

串行接口能被编程工作在有效状态或者睡眠状态（待机模式）。

2.2.2TRF4900的设置

TRF4900的直接数字合成器DDS是基于用数字办法产生正弦波信号的。

DDS由累加器、正弦波查找表、数/模转换器、低通滤波器组成。

所有数字功能块的时钟由基准振荡器提供。

DDS利用一个N位加法器从0到2N计数，根据在频率寄存器中的数据转换规范产生数字阶梯波，来构造一个模拟正弦波。

N位计数器的输出寄存器的每一个数字，用来选择正弦波查找表中相应的正弦波数值输出。

在数/模转换后，低通滤波器用来抑制不需要的寄生响应。

模拟输出信号能用来作为PLL的参考输入信号。

PLL电路根据预先确定的系数乘基准频率。

基准振荡器的频率fret是DDS的采样频率，同时也确定最高的DDS输出频率，与累加器的位数一起，可以计算DDS的频率分辨率。

TRF4900的最小频率步长可由下式计算：

24位的累加器能够通过两个22位的频率设置寄存器编程（A字确定模式0的频率，B字确定模式1的频率），同时寄存器的两个MSB位设置为0。

因此，DDS系统的最大位权减少到1/8，如图4所示。

图4DDS频率和FSK频偏在DDS频率寄存器中的格式

这个位权与VCO输出频率（fref/8）×N相适应。

根据在MODE端的逻辑电平，内部选择逻辑装载DDS-0或者DDS-1频率到频率寄存器。

VCO的输出频率flout是由DDS-x频率设置决定的（DSS-0在A字中，DDS-1在B字中），VCO的输出频率flout计算公式如下：

如果选择FSK调制（MM=0，C字，16位），则8位FSK频偏寄存器能被用来编程2-FSK调制的频偏。

频偏寄存器的8位在24位DDS频率寄存器中，LSB设置为0，总的FSK频偏由下式计算：

因此，2-FSK频率由在TX-DATA上的电平设置，计算公式如下：

这个调频输出信号用来作为PLL电路的基准输入信号。

2-FSK调制