MCU在无线数据传输模块中的通信过程控制.pdf

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1、S e m i c o n d u c t o r T e c h n o l o g y V o l.2 6 N o.2M a r c h 2 0 0 127M C U 在无线数据传输模块中的通信过程控制张沛泉李广军(电子科技大学 M O T O R O L A 单片机应用研究开发中心四川 成都 6 1 0 0 5 4)摘要 介绍了利用MOTOROLA的MCU MC68HC908和无绳电话子系统芯片MC13109实现无线数据传输模块的设计方案该模块可以独立完成通信过程的智能化控制自动地在数十个信道中选择最优信道进行双工或半双工通信在较大的通信范围内传输速率可达 9.6kbps 以上关键词无线

2、数据传输通信过程控制载波检测信道切换中图分类号TN92 文献标识码B 文章编号1003-353X(2001)03-0027-031 引 言近年来随着互联网的飞速发展现有的有线数据传输方式已不能满足用户的需求尤其在某些不容易布线的情况下无线上网是一种理想的选择如果无线数据传输模块只局限于数据的传输那么使用该模块的设备就必须要完成对整个通信过程的控制但是目前这些设备中有很大一部分并不能像PC机那样可以提供软硬件资源来支持各种网络协议特别有些场合之下设备中的核心处理器只是一个单片机在这种情况下上层设备无力完成对通信过程的控制因此要求数据传输模块自己解决通信过程的各种复杂的控制考虑到以上这些情况本模块

3、在设计之初就把独立完成通信控制作为设计的一个主要目标具体设计中采用了MOTOROLA公司的MC68HC908GP32MCU 作为系统的主控芯片把通用无绳电话系统芯片MC13109 作为数据传输部分的核心MOTOROLA 的单片机具有功能全面速度高设计方便功耗低可靠性高价格低等许多特点而且已经在家电通信仪表汽车等领域得到了广泛的应用 这个无线数据传输模块中采用MC68HC908GP32 作为主控芯片除了完成对发送接收电路的控制和MC13109 的初始化之外它还对整个通信过程的控制包括对数据的编解 码MC13109 是一种无绳电话专用芯片已经广泛应用在多种无绳电话之中通常人们只注意到了它传输语音信

4、号的功能而忽略了它的数据传输能力实际上它具有很强的数传能力只要外部电路设计合理它可以以比较大的速率传输数字信号在试验中我们设计的数据传输模块达到了 9.6kbps速率通过改进设计还可以进一步提高特别由于这种芯片具有选择信道的功能因此回避了信道竞争的问题这为软件的设计带来了极大的方便图 1 是系统的原理框图整个无线数据传输模块具有以下特点万方数据S e m i c o n d u c t o r T e c h n o l o g y V o l.2 6 N o.2M a r c h 2 0 0 128(1)可以独立完成数据的传输与接收 与上层的接口采用通用的串行通信口(2)工作频率段可高达80

5、MHz最多1600 个信道可供选择自动实现主模块与数个子模块间的半双工无线数据通信 模块具有通信信道的自动选择和切换的功能(3)具有检错和纠错功能数据传输速率可达 9.6kbps2 系统硬件系统硬件由以MC68HC908GP32和MC13109为核心的发送接收部分的控制部分组成前者主要完成对通信全过程的控制及MC13109的初始化后者主要完成数据的调制发射和接收2.1 发送接收部分该部分以 MC13109 芯片为核心加上必要的外围电路构成MC13109 以模拟电路为主同时具有可编程接口它的发射电路采用直接调频接收端采用两次混频再鉴频的工作方式 发送端载波和接收端的第一本地振荡信号是由锁相环产生

6、的第二本地振荡信号由基准振荡器直接提供图 2 是芯片中两个锁相环的关系在锁相环中基准分频器对10.24MHz的基准晶体振荡器进行分频比为2048的分频产生5kHz的基准信号当环路锁定时振荡器 VCO的输出的中心频率可以认为等于可编程分频器的分频比5kHz通过改变可编程分频器的分频比就可以改变输出信号的中心频率当同时适当的改变发送和接收锁相环的分频比时就可以改变主模块和子模块的发射频率也就实现了信道的切 换发射部分由一个可变分频比的锁相环和两级放大器组成利用锁相环可以实现数据对 45MHz 或48MHz的载波进行直接调频 接收部分由一级小信号放大器对天线接收的信号进行有选择的放大 然后把放大后的

7、信号送入MC13109中进行两级下变频最后在5kHz的中频上对调频信号进行鉴频 解调出发送端发送出来的数据图 3 是接收部分框图从图2中可以看到第一和第二本振信号如何产生第一本振信号的频率由可编程分频器的分频比决定为了使第一次下变频后的信号的频率在10.695MHz 第一本振信号的频率与接收信号的频率应该满足以下关系接收信号频率第一本振频率10.695MHz2.2 控制部分控制部分采用 MC68HC908GP32 作为主控MCU它主要负责完成与上层的接口和通信过程的控制由于采用数据线和地址线复用因此MC13109 的初始化只需要三个信号数据时钟和使能通过使能端的不同动作可以区别送入MC1310

8、9的是数据信息还是地址信息 由于GP32的 SPI串口具有时钟线和地址线当适当设置SPI串 口 时数 据 和 时 钟 的 对 应 关 系 完 全 符 合MC13109的控制端口的时序要求 因此用GP32的I/O 口充当使能信号时可以和 SPI 串口与共同完成对 MC13109 的初始化和控制GP32 与MC13109之间的信号连接关系如图 4 所示在使用MCU SPI串口设置MC13109之前首先应该对SPI串口进行设置在SPI串口的控制字中有两位分别是 CPHA 和 CPOL这两位决定了SPI串口的时钟和数据之间的时序关系包括时钟的有效沿时钟的无效电平应根据具体的要求设置这两位来满足 MC1

9、3109 的要求SPI 串口的数据与时钟一一对应 每发出一个数据就有一个时钟沿与之对应SPI串口只能以BYTE为单位发送数据 而MC13109内部的控制寄存器一般不是整万方数据S e m i c o n d u c t o r T e c h n o l o g y V o l.2 6 N o.2M a r c h 2 0 0 129BYTE的 因此要对配置数据补充一定数量的无用BIT 凑成整 BYTEMC13109在设置时还需要一个使能信号 它内部的每一个寄存器都有唯一确定的地址与之对应这就要求MC13109通过SPI串口先发地址 再发数据写入相应的寄存器由于地址线与数据线复用因此MC131

10、09必须借助于使能信号来判定输入的是数据还是地址当输入是数据时使能信号在数据和时钟结束之后发一个正脉冲当输入是地址时使能信号在时钟产生之前应置为高电平 在时钟发完之后再置成低电平利用68HC908GP32的定时器可以比较容易的产生这样的效果发送端的68HC908GP32通过SCI串口把数据送到发送电路进行调制 在接收端68HC908GP32通过SCI串口接收解调出来的数据由于SCI串口可以完成BIT同步的功能 因此68HC908GP32只需要完成帧同步的工作 本无线数据传输模块除了与另外的模块进行通信 还要和上层的CPU或MCU通信SCI 串口是很好的选择而这个芯片只有一个SCI串口因此模块中

11、通过软件利用普通I/O口来模拟SCI 串口与上层进行通信3 与通信过程控制有关的设计要点本无线数据传输模块的硬件可以控制载波是否发射也可以进行载波检测因此加上与之配套的软件可以独立的完成对通信全过程的管理 通信是以模块组为单位进行的 一个模块组由一个主模块和数个子模块构成首先组内采用主模块查询的工作方式通信过程的控制由主模块完成主机定时查询每个子机当主机查询的某个子模块且该子模块有数据要发送时子模块才能在信道上发送数据在没有得到主模块的允许时子模块不能发射信号这可以避免子模块之间的信道竞争虽然这给软件提出了新的要求但总的来说是值得的其次 模块中利用载波检测 可以选择没有被其他组占用的信道 这样

12、就避免了组与组之间 组与无绳电话之间的信道竞争通过以上两个方面该无线数据传输模块就避免了处理信道竞争的问题 这给软件的编程带来了巨大的方便 下面具体讨论一下控制载波发射和载波检测的过程前面提到过 MCU 提供开关用来控制振荡器是否工作进而控制载波的发射与否这个开关是由普通的 I/O 口充当这个开关要求 I/O具有很强的驱动能力 而且电平很平稳 如果68HC908GP32的输出驱动能力不够 会造成这个开关的高电平产生畸变导致压控振荡器的频率漂移可以通过改进设计解决这个问题信道干扰的大小和信道是否已经被其他的组所占用直接影响到通信的质量甚至影响到通信的过程是否顺利因此本无线数据传输模块在占用某一信

13、道之前应对它进行有无载波的检测这实际上也是从另一个角度衡量某个信道上的干扰的大小具体的实现过程如下先对MC13109 进行设置使它接收某个信道上的信号等接收锁相环锁定之后对 M C 1 3 1 0 9 的 CDCA RRI ERDETECT管脚的电平进行采样当该管脚为低电平时判定该信道空反之判定该信道已被占用通过设定MC13109 中的门限控制寄存器可以改变 CD 端对输入噪声或载波信号的敏感程度4 结 语多次试验的结果证明这种以MC68HC908GP32和MC13109 为核心的无线数据传输模块具有很强的独立工作的能力和较高的数据传输速率 由于该模块具有载波检测和跳频的功能 所以回避了信道竞

14、争的问题大大减小了配套软件的设计难度而且通过选择干扰小的信道 提高了传输数据的质量 通过软件方面的检错和纠错可以进一步减小误码率本无线数据传输模块除了具有较强的通信控制能力之外由于利用了MOTOROLA MCU的虚拟SCI 技术还具有较高的数据传输速率这个模块尤其适合应用在上层硬件和软件不能完成对通信过程进行控制的应用场合总之本无线数据传输模块具有很强的实用价值万方数据MCU在无线数据传输模块中的通信过程控制MCU在无线数据传输模块中的通信过程控制作者：张沛泉，李广军作者单位：电子科技大学MOTOROLA单片机应用研究开发中心，四川成都 610054刊名：半导体技术英文刊名：SEMICONDUCTOR TECHNOLOGY年，卷(期)：2001,26(3)被引用次数：3次 引证文献(3条)引证文献(3条)1.鲁照权.沈俊峰 汽车轮胎压力监测系统期刊论文-合肥工业大学学报（自然科学版）2007(3)2.沈俊峰 汽车轮胎压力监测系统的研究和设计学位论文硕士 20063.胡建湘 MC13111在无绳电话通信中的应用期刊论文-电子技术 2002(2)本文链接：http:/