根据STM32F103RB和CC1101的无线数传模块规划

本文规划了一种可作业在433.00-434.79MHz，中心频率为433.00MHz，输出功率可调的无线数传模块。模块选用STM32F103RB单片机和射频芯片CC1101规划，运用EDA软件ADS2008仿真优化了射频电路的输出匹配网络。最终对无线模块输出功率，通讯间隔等参数进行了测验和验证。

0 导言

跟着近些年无线通讯技能的开展，越来越多的无线技能开端出现，GSM/GPRS、Wlan、Zigbee等，为了更便利人们出产日子，以及改动现有的无线频道变得越来越拥堵的现状，不同国家相继开通了一些用于免费的ISM频段，其间430M～510M的频段在我国最为常用。

本文选用ST公司出产的STM32F103RB作为主控芯片，TI公司出产的CC1101作为射频芯片，规划一种作业在433.05MHZ频段的MCU+RF无线数传射频模块，并编写相应的测验函数，用来对无线模块输出功率，通讯间隔等参数进行了测验和验证。

1 全体结构概述

依据实践的运用要求，无线数传模块首要包含以下几个部分：主控部分、射频部分、外围接口部分。主控部分担任数据处理尧操控射频部分的收发作业;射频部分担任交流操控信息和相关数据;外围接口部分为整个模块供给作业电源，一起为整个模块供给串行接口，方面模块进行测验。整个无线数传模块硬件体系结构如图1所示。

图1 无线数传模块硬件框图

2 模块硬件电路部分规划

2.1 射频部分规划

射频通讯的详细完结需经过射频电路完结，跟着微电子技能和%&&&&&%的开展，现代射频通讯电路都已集成在射频芯片内部。现在市场上的无线收发芯片的品种比较多，出产厂家有德州仪器、ATMEL、飞思卡尔、笙科电子等，而依据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我国市场的频段，在国内也是近两年才开端开展该频段的无线计量体系。

德州仪器在2010年专门针对我国市场规划了一款依据430MHz～510MHz频段的无线收发芯片CC1101，本文也选用该芯片。CC1101 射频芯片数据速率支撑1.2到500kBaud可编程速率，支撑2-FSK、GFSK、MSK以及OOK等调试方法，发射功率可达+10dBm，接纳灵敏度最高可达-112dBm，该芯片的最大优势在于低功耗特性，睡觉形式电流耗费为700nA，且外围器材相对较少，选用QFN封装，可大大下降无线产品开发本钱。

CC1101内部集成了射频通讯的收发电路。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/信道交错编码，进入调制器中，从调制器中出来的已调信号经过混频器(上变频)，将频率调理为适合在信道上传输的信号，之后经过功率扩大器，将信号扩大传输到差分信号引脚上。接纳时，数据从差分信号引脚输入，经过低噪音扩大器，将信号扩大，一起下降了噪音的发生，扩大后的信号经过混频器(下变频)进行变频，发生中频信号，中频信号经AD转化，自动增益操控，频率滤波后，由解调器将信号解调出来，再经过纠错/交错编码，最终将数据放在RXFIFO中，经过SPI口发送到微操控器。

射频模块的规划电路图如图2所示。

图2 射频部分原理图

图2中，CC1101引出SPI接口和微操控器进行通讯，且CC1101为从机形式，GDO0和GDO2引脚与微操控器的中止引脚相连，用来发生FIFO状况信号(中止信号)，来判别数据收发状况。XOSC_Q引脚用来外接26M晶振，为频率合成器供给参阅频率，一起为CC1101的ADC和数字部分供给时钟信号。RF_P和RF_N是一个差分信号引脚，是射频信号发射和接纳端口。

2.2 主控部分电路

作为单纯的射频收发器，CC1101需求额定的微操控器经过SPI接口完结对该射频芯片的操控。除此之外，微操控器还担任与计量设备进行通讯。

相关于射频收发器，微操控器的类型更为繁复，从8位的微操控器到64位的处理器都能够作为射频芯片的操控器。干流的有51系列的8位操控器，16位的MSP430系列和AVR系列单片机，32位的ARM7系列和STM32系列处理器以及64位的ARM9系列等处理器。挑选适宜的操控器对射频芯片来说尤为重要，约束要素包含兼容性尧低功耗功能尧低本钱等。本文选用的微操控器为STM32F103RB，该芯片具有超低功耗特性，它的代码履行速度高达1.25MIPS/MHZ，它内置高128K的FLASH和20K的SRAM，一起具有丰厚的I/O端口和外设，包含16通道12位的ADC，4通用16位定时器，电机操控PWM接口，2个I2C，2个SPI，3个串口，1个USB操控器，一路总线接口等。

主控部分电路包含了STM32F103RB的最小体系，包含晶振电路尧复位电路以及外接接口，如图3所示。

图3 主控部分原理图

3 无线射频模块PCB规划

收集模块的PCB制板要点是射频部分的规划。PCB布局对射频电路具有很大的影响，在制板时假如不合理布局会导致模块全体功能下降，乃至无法作业。关于射频电路，首要尽量选用封装小的元器材，CC1101模块中电容尧电感和电阻都选用0402封装。其次，元器材摆放要严密，尤其是巴伦电路和相应的滤波电路，这样做能够有用的按捺散布参数的发生，下降散布参数对电路输出阻抗的影响。再次对射频芯片的电源做阻隔处理，和其他模块的电源要分隔，CC1101模块选用磁珠和微操控器电源进行阻隔。最终滤波%&&&&&%要尽量接近需求滤波的器材或许网络，削减外部搅扰的几率，进步抗搅扰才能。射频模块PCB图以及什物图如4所示。

图4 射频模块PCB和什物图

4 什物测验

经过优化得到电路图，投板，出产PCB。焊接好元器材。为了查验输出模块的功能，要进行测验无线模块通讯链路的输出功率测验。选用安捷伦频谱分析仪E9060A测验模块的最大输出功率。设置CC1101输出功率寄存器PATABALE=0xC0，即输出功率预设10dbm。实践测验输出端功率为10.16dbm，如图5所示。

图5 无线模块最大输出功率测验图

在空阔场所实践丈量，最大安稳通讯间隔可到达400m，数据丢包小于1.5%。

5 结束语

依据实践要求，规划和出产了作业在430.99-434MHz的无线数传模块。由丈量得到的数据可知，该无线数传模块在400米范围内可正常运用。因为受设备和丈量条件的约束，对一些其他参数并未进行丈量，这是日后要完善的当地。当有特别场合需较远的通讯间隔的运用时，能够在CC1101的输出端加上功率扩大器，进步发射功;曰在RF输入端加一级低噪声扩大器，以一步进步接纳灵敏度。依据运用场合，对电路的改善也是日后作业的要点之一。