在特殊環(huán)境的數(shù)據(jù)測控應用中，無線數(shù)據(jù)傳輸已經越來越廣泛地被運用，+的組合特別適合于低功耗，短距離（100-200m）、小數(shù)據(jù)量的無線數(shù)傳系統(tǒng)， CPU在低功耗應用方面有很大優(yōu)勢，芯片具有功耗低、控制簡單、可自動處理字頭和CRC校驗的優(yōu)點，兩者結合組成的數(shù)傳系統(tǒng)可以在很多產品中得到應用。

1 簡介

MSP430是TI公司新推出的16位系列，在供電的低功耗應用中具有獨特的優(yōu)勢，其工作電壓在1.8-3.6V之間，正常工作時功耗可控制在200μA左右，低功耗模式使可實現(xiàn)2μA甚至0.1μA的低功耗，MSP430具有非常高的集成度，通常在單個芯片上集成有12位的A/D、比較器、多個器，片內、看門狗、片內振蕩器、大量的I/O端口及大容量的片內存儲器，一般單片就可以滿足大多數(shù)的應用需要。

在低功耗應用中設計程序時，最好采用以下方法：CPU在初始化完成后，處于低功耗工作模式，在有外部事件發(fā)生時喚醒進入終端服務程序，完成后重新進入低功耗模式，照此循環(huán)往復，可以最大限度地降低功耗。

2 簡介

nRF905是挪威Nordic公司推出的單片射頻發(fā)射器芯片，工作電壓為1.9-3.6V，32引腳QFN封裝（5mm×5mm），工作于433/868/915MHz3個ISM頻道（可以免費使用）。nRF905可以自動完成處理字頭和CRT（循環(huán)冗余碼校驗）的工作，可由片內硬件自動完成曼徹斯特編碼/解碼，使用SPI接口與微控制器通信，配置非常方便，其功耗非常低，以-10dBm的輸出功率發(fā)射時電流只有11mA，在接收模式時電流為12.5mA。

nRF905傳輸數(shù)據(jù)時為非實時方式，即發(fā)送端發(fā)出數(shù)據(jù)，接收端收到后先暫存于芯片存儲器內，外面的MCU可以在需要時再到芯片中去取。nRF905一次的數(shù)據(jù)傳輸量最多為32B。

2.1 nRF905的工作模式及設置

nRF905的兩種工作模式和兩種節(jié)能模式，分別為掉電模式、待機模式、ShockBurst TM接收模式和ShockBurst TM發(fā)送模式，這幾種模式由外界CPU通過控制nRF905的3個引腳PWR_UP、TRX_CE和TX_EN的高低電平來決定。

外界MCU通過SPI總線配置nRF905的內部寄存器，讀寫數(shù)據(jù)時必須把其置為待機或掉電模式，nRF905在待機模式時功耗為40μA，在掉電模式時功耗為2.5μA。

2.2 nRF905的狀態(tài)輸出

nRF905有3個引腳用于狀態(tài)輸出，分別是：CD（載波檢測）、AM（地址匹配）和DR（數(shù)據(jù)就緒），均為高電平有效，nRF905在處于接收模式時，若檢測到接收頻率段的載波，就置CD為高，接著檢測載波數(shù)據(jù)中的地址字節(jié)，若與本身已配置的接收地址相同，則置AM為高，若再檢測到接收數(shù)據(jù)中的CRC校驗正確，則存儲有效數(shù)據(jù)字節(jié)，置DR為高。

此外，nRF905還有一個時鐘輸出引腳uPCLH，供用戶選擇使用。通過配置內部寄存器，可改變其頻率輸出，這一點在調試時很有用。無線系統(tǒng)至少需要一發(fā)一收兩個設備，調試時若出現(xiàn)問題很難判斷是哪一方的故障?？梢酝ㄟ^修改nRF905的寄存器，用觀察uPCLK輸出是否變化的方法，來判斷其硬件電路和CPU操作，nRF905的程序是否正確，從而判斷及設備是否工作正常。

2.3 nRF905的數(shù)據(jù)接口

外圍MCU通過SPI總線配置nRF905的內部寄存器和收發(fā)數(shù)據(jù)，nRF905的SPI總線包括4個引腳：CSN（SPI使能）、SCK（SPI時鐘）、MISO（主入從出）和MOSI（主出從入）。這里nRF905為從機，其SPI的時鐘范圍很寬，可以從1Hz-10MHz，因此MCU在寫控制程序時不必苛求時間的準確度。

SPI總線的每次操作都必須在使能引腳CSN的下降沿開始，CSN低電平有效，總線上的數(shù)據(jù)在時鐘的上升沿有效，MCU對SPI總線的操作不外乎兩種方式：讀和寫，在進行讀操作時，先把CSN置低，然后在MOSI數(shù)據(jù)線上輸出一個表示讀命令的字節(jié)，與此同時，nRF905會在MISO數(shù)據(jù)線上輸出一字節(jié)表示狀態(tài)信息的數(shù)據(jù)，隨后輸出一地址字節(jié)，后面跟隨有效數(shù)據(jù)，在進行寫操作時比較簡單，MCU先把CSN拉低，然后在MOSI線上輸出寫命令字節(jié)和數(shù)據(jù)字節(jié)即可。

2.4 nRF905的寄存器配置

nRF905內部有5類寄存器：一是射頻配置寄存器，共10個字節(jié)，包括中心頻點、無線發(fā)送功率配置、接收靈敏度、收發(fā)數(shù)據(jù)的有效字節(jié)數(shù)、結社地址配置等重要信息；二是發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器，共32字節(jié)，MCU要向外發(fā)的數(shù)據(jù)就需要寫在這里，三是發(fā)送地址，共4個字節(jié)，一對收發(fā)設備要正常通信，就需要發(fā)送端的發(fā)送地址與接收端的接手地址配置相同，四是接收數(shù)據(jù)寄存器，共32字節(jié)，nRF905接收到的有效數(shù)據(jù)就存儲在這些寄存器中，MCU可以在需要時到這里讀取，五是狀態(tài)寄存器，1個字節(jié)，含有地址匹配和數(shù)據(jù)就緒的信息，一般不用。

MCU若要操作這些寄存器，需遵循nRF905規(guī)定的操作命令，常用的有以下7種，都是1個字節(jié)；寫射頻配置（0XH，“X”含4位二進制位，該字節(jié)表示要開始寫的初始字節(jié)數(shù)）、讀射頻配置（1XH，“X”含4位二進制位，該字節(jié)表示要從哪個字節(jié)開始讀）、寫發(fā)送數(shù)據(jù)（20H），讀發(fā)送數(shù)據(jù)（21H）、寫發(fā)送地址（22H）、讀發(fā)送地址（23H）和讀接收數(shù)據(jù)（24H），關于寄存器的詳細信息可以參閱nRF905的數(shù)據(jù)手冊。

2.5 nRF905的工作過程

nRF905在正常工作前應由MCU先根據(jù)需要寫好配置寄存器，或是按照默認配置工作，其后的工作主要是兩個：發(fā)送數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)。

發(fā)送數(shù)據(jù)時，MCU應先把nRF905置于待機模式（PWR_UP引腳為高、TRX_CE引腳為低）然后通過SPI總線把發(fā)送地址和待發(fā)送的數(shù)據(jù)都寫入相應的寄存器中，之后把nRF905置于發(fā)送模塊（PWR_UP、TRX_CE和TX_EN全置高）數(shù)據(jù)就會自動通過發(fā)送出去，若射頻配置寄存器中的自動重發(fā)位（_RETRAN）設為有，數(shù)據(jù)包就會重復不斷地一直向外發(fā)，直到MCU把TRX_CE拉低，退出發(fā)送模式為止。為了數(shù)據(jù)更可靠地傳輸，建議多使用此種方式。

接收數(shù)據(jù)時，MCU先在nRF905的待機模式中把射頻配置寄存器中的接收地址寫好，然后置其于接收模式（PWR_UP=1、TRX_CE=1、TX_EN=0），nRF905就會自動接收空中的載波，若收到地址匹配的和校驗正確的有效數(shù)據(jù)，DR引腳會自動置高，MCU在檢測到這個信號后，可以改其為待機模式，通過SPI總線從接收數(shù)據(jù)寄存器中讀出有效數(shù)據(jù)。

3 系統(tǒng)硬件設計

MSP430的模塊可通過寄存器配置為通用異步串行口或SPI模塊功能，這里配置為SPI模塊，本系統(tǒng)選用的MCU是，在硬件設計時把MCU的SPI接口和nRF9051SPI接口相連即可，另外再選幾個I/O口連接Nrf9051輸出輸出信號。

對于初次接接觸無線系統(tǒng)的設計者，因其射頻部分的元件采購，焊接和調試比較麻煩，可以選用模塊，該模塊內核使用nRF905，硬件電路已經焊好，十月起來相對方便一些。

4 控制程序設計

本系統(tǒng)設計的重點是控制的程序設計，大致分為兩個階段：首先是對進行初始配置，配置完成后按 需要便攜書記的發(fā)送或接收程序。

4.1 初始化配置

第一階段應完成初始化配置，分以下幾項：

1）MSP430的SPI接口設置，MSP4301異步串行接口和SPI接口用同一個模塊，賊里需要用軟件配置為SPI功能，本設計中SPI配置為主機模塊、3線制和8位數(shù)據(jù)，程序源代碼參見子程序“SPI_SET五”。（編者注：程序源代碼見本刊網站.cn）

2）初始化的射頻配置寄存器，這些寄存器中有很多信息，必須根據(jù)實際情況進行配置，本設計中nRF905外界晶體，“XOF應配置為“011”；“PA_PWR”為發(fā)射功率，RX_RED_PWR”為接收命靈敏度，可根據(jù)需要配置；另外還有發(fā)送地址、接收地址、發(fā)送數(shù)據(jù)和結社數(shù)據(jù)的長度（字節(jié)數(shù)）可根據(jù)實際應用配置，注意賊組寄存器中海油接收時的實際地址，不而發(fā)送地址在單獨的寄存器中。

3）配制的發(fā)送地址，最多4個字節(jié)（32位），發(fā)送端的發(fā)送地址應于接受端設備的結社地址相同，在實際工作中nRF901可以自動濾濾除地址不相同的數(shù)據(jù)，只有地址匹配且校驗正確的數(shù)據(jù)彩繪被接受，并存儲在接收數(shù)據(jù)寄存器中。

4.2 發(fā)送數(shù)據(jù)

使nRF905發(fā)送數(shù)據(jù)前需要MSP430通過SPI總線在待機模式便板待法數(shù)據(jù)填進發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器中，一次最多32B，然而把nRF9051“TRX_CE”、“TX_EN” 因該都置為高電平，數(shù)據(jù)就會自動發(fā)送出去，本設計射頻配置寄存器中選定了自動重發(fā)位，因此在“TRX_CE”被置高的時間內數(shù)據(jù)一直在重復不斷地發(fā)。本程序中設計延時500ms，之后拉低“TR X_CE”因該，回到待機模式。

4.3 接收數(shù)據(jù)

MSP430把nRF905的“TRX_CE”引腳置為高電平，“TX_CE引腳拉為低電平后就刻蝕結社數(shù)據(jù)，本設計中CPU在設定的35s內一直判斷Nrf9051“DR”引腳是否便變高個，若為高則證明接收到了有效數(shù)據(jù)，可以退出接收模式，弱一致沒有接受2到，待時間到時也退出接接受是模塊，退出后在待機模塊，CPU通過SPI總線把內部的接收數(shù)據(jù)寄存器中數(shù)據(jù)讀出，即接收道德有效數(shù)據(jù)。

便攜接受部分程序時，有一點應該注意，很多資料中都沒有提到，就是CPU在MOSI信號線上發(fā)出讀命令字節(jié)后“MISO”信號線上nRF905會自動返回一字節(jié)數(shù)據(jù)，本本身的狀態(tài)寄存器信息，后續(xù)的接收數(shù)據(jù)并不會自動跟著輸出，只有CPU在MOSI上輸出一個字節(jié)（可以是隨意值），nRF905才會在“MISO”上返回一個字節(jié)，CPU再發(fā)，nRF905再滿會，直到讀完為止。