摘要：介紹了基于nRF401無線收發(fā)芯片的PC機串口通信模塊和PC機ISA插槽通信模塊的設計思路實現方案。通過該兩種模塊可以方便地實現PC機數字信號的載頻傳播,使計算機之間的無線數據傳輸成為可能。

    關鍵詞：無線收發(fā) nRF401 串口 ISA ActiveX

很多PC機應用系統(tǒng)需要增加無線數據傳輸功能。本文基于挪威NORDIC公司最新推出的單片無線收發(fā)一體芯片nRF401,設計出兩種無線通信模塊：具有標準RS232C接口的串行模塊和具有標準PC機ISA總線插槽的通信模塊。系統(tǒng)由基于nRF401的高頻頭（UFH）和連接PC機的接收適配器（ADAPTER）兩部分組成。

1 高頻頭設計

1.1 主芯片nRF401簡介

nRF401是工作于ISM頻段（433MHz）的單片機無線收發(fā)一體芯片。它是目前集成度量高的無線數傳產品,20腳雙列直插封裝。NRF401內部結構如圖1所示,其中包含高頻接收/發(fā)射、PLL合成、FSK調制/解調和雙頻切換等單元。

該芯片有如下特點：FSK[5]頻移鍵控（Frquency-ShiftKeying）調制方式,直接數據輸入輸出,抗干擾能力強,特別適合工業(yè)場合;采用DSS+PLL頻率合成技術,頻率穩(wěn)定性極好;靈敏度高,達到-105dBm;無需曼徹斯特編碼;工作速率最高可達20kbit/s;最大發(fā)射功率達+10dBm,開闊地的使用距離最遠可達1000m;工作在ISM頻率433MHz和雙信道頻率433.92MHz/434.33MHz,使用不需要申請許可證。

1.2 考慮到相互干擾,在本系統(tǒng)中,高頻頭單獨做成一塊PCB板。

壓控振蕩器（VCO）外接22mH高品質因素電感;鎖相環(huán)（PLL）外典型單端二階段濾波器;振蕩源輸入接4MHz晶振;天線設計采用環(huán)形差分天線。和通信模塊接口的電路采用四腳端口連接。其中,TXEN為發(fā)送使能,接低PCB板上的跳線。當接高電平時表明發(fā)送模式,反之為接收模式;CS為頻率選擇,也接PCB跳線,由高低電平選擇所使用的頻率;PWN_UP為節(jié)電模式選擇,采用同樣處理方式;ANT1/ANT2為天線接口。這樣,高頻頭僅以DOUT、DIN、GND和VCC與通信模塊構成接口,使系統(tǒng)調試非常方便。

2 通信適配器的設計

考慮到PC機應用的具體情況,本文提出了基于標準RS232C端口和基于ISA總線的兩種設計思路。為防止高頻電路對通信適配模塊的干擾,兩種情況下,通信適配器均單獨設計PCB電路板。

2.1 RS232方案

2.1.1 硬件實現

RS232方案如圖2所示,采用51系列芯片8052作為主控芯片,外加一片USART8251擴展8052的串行口,使之與PC機和高頻頭兩端都具有通信的能力。其中,8251的RXRDY和TXRDY可以用一片或門相連接至8052的INT0端口（中斷方式）或浮點（查詢方式）。

系統(tǒng)時鐘采用7.3728MHz的石英晶振,由8252的ALE、WR、RD組合產生1.2288MHz的脈沖信號,該信號作為8251的CLK時鐘信號,同時利用一片可編程定時/計數器8253進行64分頻以產生8251的收發(fā)時鐘。

    在接收板端,高頻頭接收來自發(fā)送高頻頭的FSK調制電磁波,經過接口送到適配器的8052引腳RXD。運行于查詢方式時,系統(tǒng)程序把數據從8052的TXD端向PC機傳送,完成一次數據傳輸;在中斷方式時,8251接收到數據后會激活系統(tǒng)中斷服務例程完成同樣的操作。發(fā)送板端與此類似,只不過經由8052的RXD、8251的TXD直接從高頻頭發(fā)送出去。

在電路圖中,8052的P27用來產生8251的片選信號,P26接8253的WR以產生寫入數據或命令字的片選信號。本系統(tǒng)編址如下：8251的命令狀態(tài)端口C=7FFFH,數據端口D=7FFEH,8253的工作方式控制字口為BFF3H,通道1地址為BFF0H。

串行端口RXD/TXD與PC機串口連接時,選用一片MAXIM232芯片作TTL/RS232邏輯電平轉換,如圖3所示。

2.1.2 軟件及配置

為平衡PC機端和8251端通訊的波特率,統(tǒng)一采用1200bps,設置如下：

可編程定時/計數器8253工作于方式3,即方波發(fā)生器方式。工作方式控制字寫入36H,采用二進制計數;為達到64分頻的目的,在通道1寫入40H。

通用同步/異步接收/發(fā)送器USART8251工作于異步方式,波特率1200bps,字符長度8位,一個停止位�？紤]到系統(tǒng)的低波特率應該能滿足傳輸的可靠性,故不設校驗位。方式控制字為4EH,命令指令為15H。

在8051自身串口設置中,采用方式1即9位UART,以T1作為收發(fā)時鐘。為滿足1200bps的傳輸波特率,經計算得：T1編程為方式2定時狀態(tài),即可重載方式,計數常數為查詢方式通信適配器流程圖如圖4所示。

2.2 ISA方案

在應用系統(tǒng)設計中,ISA總線由于其技術的成熟性而被廣泛應用。下面簡單介紹本系統(tǒng)的ISA方案。

在該方案中,微型計算機作為系統(tǒng)中央處理設備,擴展一塊UART8251使之具有串口通信的能力;74LS138用于不完整全地址譯碼,譯碼邏輯電路如圖5所示;為避免對ISA總線操作造成影響,加了兩片三態(tài)門電路74LS245進行總線隔離;在本系統(tǒng)中,去除了8952,僅使用一片USART8251和一片可編程定時/計數器8253,如圖5和圖6所示。

74LS138的輸出腳y0同時選通8251的CS片選引腳和總線隔離芯片74LS245的G腳;由于74LS245固有的選通邏輯,使用ISA總線的IOR選通該三態(tài)門的DIR端;74LS138的y7腳同時選通8253的WR和另一片74LS245的G端;8251的命令數據腳C/D接ISA總線的A0,8253的A0、A1腳接ISA總線的A0、A1。8253的輸出通道0和通道1設定8251的收發(fā)時鐘TXC/RXC和系統(tǒng)時鐘CLK。

3 PC端通信軟件設計

3.1 用8086匯編語言或C語言編制

傳統(tǒng)方式的PC端涉及的通信軟件一般采用8086匯編語言或C語言提供的端口讀寫語句來實現,在本系統(tǒng)設計中,也可以這樣做。

PC機讀寫串口其實就是對機內UART8251的操作。在本系統(tǒng)中,為達到1200bps的通信波特率,可對相關寄存器作如下設置：首先在線控制寄存器設置通信波特率,低位端口3F8H設置為60H,高位端口3F9H設置為00H;然后采用查詢方式編制軟件,先在線狀態(tài)寄存器查詢相關位,再作端口操作。

對ISA總線的訪問也是通過端口來操作的,例如在上述譯碼方案中,端口分配如下：8251命令狀態(tài)端口為331H,數據端口為330H;8253的通道0為33CH,通道1為33DH,命令口為33FH。只需使用IN或OUT指令進行操作。

3.2 在可視化環(huán)境下操作

微軟的可視化平臺VB、VC可以很方便地完成上述操作。下面簡述在VC中使用ActiveX控件開發(fā)PC串行通信程序。

    在實際應用中,主要使用MSComm(MircosoftCommunicationControl)控件,它提供了事件驅動和查詢兩種方案。在事件驅動法中,每當有新字符到達端品,MSComm控件將觸發(fā)OnComm事件。這樣,應用程序坷通過檢查MSComm控件的CommEvent屬性采取相應的操作,它類似于匯編語言中的中斷方式;較小的應用程序可以有采用查詢法,也就是應用程序不斷檢查MSComm的CommEvent屬性并采取相應操作,它類似于匯編中的查詢法。

本文介紹了基于nRF401芯片的匯編中的查詢法。塊的研制,提出了兩套具體的應用方案和相應的軟件編制方法。對本系統(tǒng)的適當擴展,可以廣泛應用于遙控、遙測、無線抄表、門禁系統(tǒng)、工業(yè)數據采集、身份辨識和非接觸式RF智能卡系統(tǒng)等[3],具有一定的實踐意義。