本文所介紹的無線收發(fā)器主要由無線MODEM、MCU控制單元和USB接口單元等部分組成，工作在433.92/434.33MHz頻率，可方便地嵌入各測(cè)量和控制系統(tǒng)中進(jìn)行無線數(shù)據(jù)傳輸，在車輛監(jiān)控、無線抄表、無線USB數(shù)據(jù)通信、計(jì)算機(jī)遙控遙測(cè)等系統(tǒng)中應(yīng)用。目前，基于USB接口的外設(shè)開發(fā)是一個(gè)熱點(diǎn)。USB總線具有數(shù)據(jù)傳輸速度快、占用硬件資源少、即插即用的優(yōu)點(diǎn)；但USB通信協(xié)議復(fù)雜，且PC機(jī)的驅(qū)動(dòng)程序編寫也很費(fèi)力，使很多設(shè)計(jì)人員望而卻步。FT245AM成功地實(shí)現(xiàn)了USB協(xié)議和并行I/O" title="I/O">I/O協(xié)議間的轉(zhuǎn)換，避免了協(xié)議固化設(shè)計(jì)和驅(qū)動(dòng)程序的編寫。作者成功利用MCU控制，將FT245AM和nRF401相結(jié)合，開發(fā)出了基于USB接口的嵌入式無線MODEM。
1 系統(tǒng)組成和單元電路
　　系統(tǒng)組成如圖1所示，由USB接口、MCU控制單元和無線MODEM三部分組成。USB接口由FT245AM實(shí)現(xiàn)，完成USB協(xié)議和并行I/O協(xié)議轉(zhuǎn)換，使該無限數(shù)據(jù)傳輸單元以即插即用方式直接和PC機(jī)通信。無線MODEM單元由 nRF401實(shí)現(xiàn)。nRF401是NORDIC公司推出的433MHz ISM波段真正實(shí)現(xiàn)單片UHF無線收發(fā)的芯片，采用KSK調(diào)制解調(diào)技術(shù)，數(shù)據(jù)傳輸速率為20kbps，不需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼；發(fā)射功率可調(diào)(最大為10dBm)，采用差分天線，收發(fā)共用，也可使用PCB天線；具有待機(jī)模式" title="待機(jī)模式">待機(jī)模式。

　　MCU單元由AT89C51單片機(jī)實(shí)現(xiàn)，主要完成USB接口和無線MODEM間的管理和控制、測(cè)控信息的采集及對(duì)測(cè)量控制系統(tǒng)進(jìn)行控制。
1.1 無線MODEM單元
　　考慮到高頻干擾，射頻部分單獨(dú)做一塊PCB板，其核心為收發(fā)一體化的nRF401芯片，包含F(xiàn)SK調(diào)制和解調(diào)、PLL合成、多頻率切換等功能，具有功耗低、外圍元件少等特點(diǎn)。如圖2所示，壓控振蕩器VCO外接22μH高Q值電感，鎖相環(huán)PLL外接單端二階濾波器，振蕩源外接4MHz晶振，采用環(huán)形差分天線，TXEN、CS、PWR-UP、Dout和Din分別接單片機(jī)的P2.3、P2.4、P2.5和RXD、TXD端，單片機(jī)通過TXEN、CS、PWR-UP端控制無線MODEM單元的工作模式，數(shù)據(jù)通過Dout和Din端接收和發(fā)射。

　　單片機(jī)控制收發(fā)單元nRF401的TXEN、CS和PWR-UP三個(gè)端口，可以使無線MODEM單元處于接收、發(fā)射和等待三狀態(tài)中的任一狀態(tài)，兩個(gè)信道頻率分別為33.92MHz和34.33MHz。單片機(jī)控制邏輯如表1所示。

1.2 USB接口
　　與PC機(jī)的接口采用USB總線結(jié)構(gòu)，USB接口單元如圖3所示。采用總線供電方式，USB電源端加磁珠和電容等去耦合抗干擾電路，F(xiàn)T245AM的D0~D7口接單片機(jī)的P0口，以P2輸入和輸出數(shù)據(jù)，WR、RD、TXF和RXF四個(gè)控制端接單片機(jī)的P2口，通過該控制端控制數(shù)據(jù)的傳輸。PWREN接單片機(jī)的INT0口，用以判斷FT245AM是處于正常工作狀態(tài)還是掛起狀態(tài)。93C46為EEPROM，用以存放設(shè)備序列號(hào)和說明性文字等信息，用戶只需運(yùn)行FTDI公司提供的VB應(yīng)用程序填寫自己相應(yīng)的序列號(hào)。

1.3 MCU控制器
　　MCU控制器采用AT89C51單片機(jī)，工作頻率為12MHz，主要完成測(cè)控對(duì)象的數(shù)據(jù)采集" title="數(shù)據(jù)采集">數(shù)據(jù)采集、控制USB接口和無線MODEM、將采集的數(shù)據(jù)通過無線信道遠(yuǎn)端控制中心或通過USB總線傳輸給本地計(jì)算機(jī)。也可實(shí)現(xiàn)本地計(jì)算機(jī)和遠(yuǎn)端控制中心的無線數(shù)據(jù)通信。通過MCU實(shí)現(xiàn)本地計(jì)算機(jī)、測(cè)控對(duì)象和遠(yuǎn)端控制中心之間的數(shù)據(jù)通信。
2 軟件編程
2.1 USB端軟件編寫
　　當(dāng)FT245AM組成的USB接口和PC機(jī)連接時(shí)，需要在PC機(jī)上安裝由FTDI公司免費(fèi)提供的虛擬串行口VCP驅(qū)動(dòng)程序，應(yīng)用VB對(duì)虛擬串口進(jìn)行編程，可直接應(yīng)用MSComm控件，將MSComm3.commPort設(shè)置為3，MSComm3.Settings設(shè)置為9 600、n、8、1(實(shí)際上該值為默認(rèn))，通過MSComm3. PortOpen設(shè)置COM3的開關(guān)狀態(tài)，通過MSComm3. Input和MSComm3. Output讀入或輸出數(shù)據(jù)。讀數(shù)據(jù)時(shí)將MSComm3. Rthreshold的值設(shè)為1，只要數(shù)據(jù)傳輸?shù)絇C機(jī)端，即觸發(fā)MSComm3. Commevent事件，就可自動(dòng)讀取COM3的數(shù)據(jù)，發(fā)送數(shù)據(jù)過程可自動(dòng)或手動(dòng)完成，用戶自己設(shè)定，這樣用戶可輕松編寫PC機(jī)端的應(yīng)用程序。
　　在設(shè)備端，根據(jù)圖4所示的時(shí)序圖，首先采樣到RXF變低電平，表明接收到自PC機(jī)傳來的數(shù)據(jù)，允許單片機(jī)通過并行數(shù)據(jù)總線D0~D7讀取數(shù)據(jù)。接著RD信號(hào)由高變低，鎖存讀入數(shù)據(jù)，延遲一段時(shí)間后進(jìn)行下一數(shù)據(jù)的讀取。
　　讀數(shù)據(jù)流程如圖5所示。同理可編寫發(fā)送數(shù)據(jù)程序。

2.2 無線MODEM收發(fā)數(shù)據(jù)軟件
　　在設(shè)計(jì)程序時(shí)應(yīng)注意各狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換的時(shí)間延遲，nRF401數(shù)字通信速率最高為20kbps。接收模式轉(zhuǎn)換為發(fā)射模式的延遲時(shí)間至少為1ms，可以發(fā)送無限長的數(shù)據(jù)，發(fā)射模式轉(zhuǎn)換為接收模式的延遲時(shí)間至少為3ms；待機(jī)模式時(shí)既不接收也不發(fā)射數(shù)據(jù)，待機(jī)模式轉(zhuǎn)換為發(fā)射模式的延遲時(shí)間至少為4ms，待機(jī)模式轉(zhuǎn)換為接收模式的延遲時(shí)間至少為5ms。收發(fā)數(shù)據(jù)的程序流程圖如圖6所示。編程以中斷方式完成接收和發(fā)送數(shù)據(jù)，發(fā)送的數(shù)據(jù)須符合通信協(xié)議才能被接收和識(shí)別，通過USB總線來自PC機(jī)的數(shù)據(jù)或采集到的測(cè)控系統(tǒng)" title="測(cè)控系統(tǒng)">測(cè)控系統(tǒng)的要發(fā)送數(shù)據(jù)在MCU中完成成幀處理，以幀為單位，有協(xié)議頭、發(fā)送長度和以及CRC校驗(yàn)碼，成幀后的數(shù)據(jù)由MCU控制無線MODEM單元進(jìn)行發(fā)射。接收的數(shù)據(jù)通過MCU識(shí)別糾錯(cuò)后通過USB接口送PC機(jī)。