无线数字语音收发器.doc

题 目：无线数字语音收发器47无线数字语音收发器摘 要无线语音传输相对于有线传输，可以有效的降低成本、提高效率，并且不受地理环境和地面状况的影响，而且可以方便的把新设备加入系统中。系统无线通路发生故障时可以直接更换无线数传模块，立刻恢复系统的数据传输通路，维修方便。本文着重研究无线数字语音收发板的设计，具体分析设计了无线数据收发模块。本文所设计的无线数据收发模块主要由Silabs公司生产的一种微控制器芯片C8051F330和TI公司生产的一种无线芯片CC1020组成。这部分的设计包括：原理图设计，PCB设计和C8051F330的应用程序设计。本文先从整体上介绍了该课题的设计思想和层次结构，然后详细介绍了无线数据收发模块的设计过程，并给出了程序流程图。本设计实现了通过无线数据收发模块把语音信号的数据传送给主机处的单片机，并且可以通过单片机来控制系统状态的功能。无线语音收发器具有成本低廉，扩展性好，受地理限制少，安装施工简易等特点，在许多领域都有广泛应用。关键词： 无线语音收发器；CC1020；C8051F330Wireless voice transceiverAbstractWireless voice transmission as opposed to cable transmission, it can effectively reduce costs and improve efficiency, it also doesnt affected by geographical environment and ground conditions, meanwhile it would also facilitate the accession of the new equipment system. Wireless access system failure can be directly replaced wireless module, immediately to resume the data transfer system access to facilitate maintenance. This article focuses on wireless digital audio transceiver board design, the design of a concrete analysis of wireless data transceiver modules. This article is designed to send and receive wireless data module produced by Silabs a C8051F330 microcontroller chip manufactured by TI and a CC1020 radio chip components. This part of the design include: schematic design, PCB design and design C8051F330 applications. This article first describes the overall design of the subject and the hierarchical structure, and then details the design process of wireless data transceiver modules, and gives the program flow chart. The design achieved through the wireless data transceiver modules of the data to voice signals transmitted to the Office of the single-chip host and can be single-chip microcomputer to control the functions of the system state. Wireless voice transceiver has a low-cost, scalable, and less subject to geographical restrictions; it is easy to install features such as construction, so it is widely used in many fields. Key Words: Wireless voice transceiver；CC1020；C8051F330目 录摘 要IAbstractII第一章 绪 论11.1 课题背景知识11.2无线通讯技术的发展与比较21.3 课题研究的实际意义4第二章 系统的硬件设计52.1 系统的整体设计方案52.2系统中无线数据传输部分设计52.2.1 无线传输的选择52.2.2 无线收发芯片的选择82.2.3 单片机的选择122.2.4无线收发芯片与单片机的结构配置142.2.5 无线通信距离分析及天线设计192.2.6系统电源设计222.2.7 系统复位设计232.2.8 系统晶振与时钟配置252.2.9 UART串口通信设计27第三章 PCB板布线28第四章 系统的软件设计314.1 系统软件设计的组成部分314.1.1 UART0串口通信子程序314.1.2 数据收发子程序324.1.3 频率变换子程序374.2 系统软件调试38第五章 结论40参考文献41附录A 无线数传模块原理图43附录B 无线数传模块的PCB板44致 谢45第一章 绪 论1.1 课题背景知识随着网络及通讯技术的飞速发展，无线通讯产品以其成本低廉，扩展性好，受地理限制少，安装施工简易等特点，在许多领域都有着广阔的应用场景。无线语音通讯收发器更以其方便，价格低廉等特点占据了无线通讯的重要舞台。为了对所学知识，单片机技术有更深的认识，本次设计所选题目为无线数字语音收发器。这就要求首先要对语音的特点，无线，信道，无线与有线优缺点等概念进行认识和了解。语音信号是人体声带震动经媒介传播所产生的，语音信号的幅度动态范围一般最大为40分贝，实际由于说话人的不同可以达到60-70分贝。语音信号的带宽，国际通讯标准制定为300HZ-3400HZ，人的听觉范围为20HZ-20000HZ。也就是说通讯频率需要达到人的听觉频率才能被人耳识别。信道是信息传递的通道，信道是连接发送端和接收端的通讯设备。其功能是将信号从发送端送到接收端，按照传输媒介的不同可以分为两大类：无线信道与有线信道。无线信道利用电磁波在空间中的传播来传输信号，而有线信道则是利用人造的传导电或光信号的媒体来传播信号。有线信道的优点是：保密性好，不易受干扰，缺点是：易受硬件（线路）影响传输，线路的品质受气候，温度的影响较大。无线信道的优点是：在有限的范围内可移动，缺点是易受干扰。可见无线通讯与有线通讯各有所长，互有所补，在距离较远的情况，应该选择有线通讯，在距离较近，布线困难的情况，应该选择无线通讯，具体情况可能两种方案都要用到。考虑到本设计通讯为近距离通讯，所以本设计选用无线通讯。全双工通讯是发送和接收可同时进行，就如平日我们所用电话机，半双工通讯是在同一时间只能进行数据发送，或者数据接收，就如对讲机的通讯方式。对以上概念有了基本认识，才能初步了解什么是无线数字语音收发器，所谓的无数数字语音收发器，就是用无线的通讯方式，通过单片机的控制，完成语音信号的传输。1.2 无线通讯技术的发展与比较1897年，马可尼使用800KHZ中波信号进行了从英国至北美纽芬兰的，世界上第一次横跨大西洋上的无线电报通信试验。开创了人类无线通信的新纪元。在无线通信初期，受技术条件的限制，人们大量使用长波及中波进行通信。20世纪20年代初人们发现的短波通信，20世纪60年代卫星通信兴起前，它一直是远程国际通信的重要手段并且目前对应急通信和军用通信依然有一定实用价值。无线通信也从固定方式发展为移动方式移动通信发展至今大约经历了五个阶段：第一阶段为上世纪20年代初至50年代初，主要用于舰船及军有，采用短波频及电子管技术，至该阶段末期才出现150MHZVHF单工汽车公用移动电话系统MTs。第二阶段为上世纪50年代到60年代，此时频段扩展至UHF450MHZ，器件技术已向半导体过渡，大都为移动环境中的专用系统并解决了移动电话与公用电话网的接续问题。第三阶段为上世纪70年代初至80年代初频段扩展至800MHZ。美国Bell研究所提出了蜂窝系统概念并于70年代末进行了AMpS试验。第四阶段为上世纪80年代初至90年代中，为第二代数字移动通信兴起与大发展阶段，并逐步向个人通信业务方向迈进。通信频段扩展至900MHZ1.9GHZ，而且除公众蜂窝电话通信系统外，无线寻呼系统、无绳电话系统、集群系统、无中心多信道选址移动通信系统等各类移动通信手段，适应用户市场需求同时兴起并各显神通。第五阶段为上世纪90年代中至今，随着数据通信与多媒体业务需求的发展，适应移动数据、移动计算及移动多媒体运作需要的第三代移动通信开始兴起。 就当前的无线技术类型来看，主流的无线技术不外乎FM、红外、蓝牙和2.4G，面对着如此繁杂的无线传输技术，我在这里做出简易的比较。 FM无线技术，这可能是目前发展最为成熟、应用范围最广、成本最低的无线技术之一了，我们手边的收音机就是最简单的FM无线接收设备；一些老式的模拟字母电话机也采用了FM无线技术。技术应用上，目前市售大部分的无线耳机、一部分无线音箱、无线话筒都采用的是FM技术；而从无线电频谱的划分上来看，其中又以76MHz-108MHz的最为常见，而U高段的800MHz则比较少见。之所以普及范围广，是因为FM技术存在着很多优点：首先，它的传输距离较远，普通产品可以达到二三十米的距离，在改变发射功率和接收天线灵敏度后还可以增加距离；其次，FM可以实现“广播式”连接，即只要调至相同频率后一个发射机可以匹配多个接收机，比较适合同声翻译设备的应用；最后，FM技术穿透能力强，普通家庭用户使用起来绰绰有余，即便是有墙壁的阻挡也不成问题。缺点方面，FM最致命的缺陷就是保密性不强，低段76MHz-108MHz频率的FM信号用收音机就可以捕获，而高段800MHz的话筒信号也容易产生谐波干扰，另外，受到传输带宽的限制，FM无线技术普遍音质不佳，最高22KHz的采样率被称之为“收音机音质” ；最后，FM无线技术极易受到干扰、出现串频等现象，稳定性欠佳。红外无线技术：红外无线技术的应用场合之广不亚于FM无线技术，家庭中常见的电视遥控器就是个典型的例子。无线红外技术最大的优点就是带宽大，甚至要超过其它三种主流无线技术，这就意味着采用红外无线技术的音频产品可以不用压缩来传输大容量的音频信号，音质效果更好；其次，红外属于光波，除强光外很少有能影响到红外无线传输工作的干扰，稳定性更加。但红外无线传输技术这有着一些缺点，比如它对指向性要求很高，大家很容易体验到红外遥控器稍微偏离角度就不能进行操作。其次，红外无线传输对于发射功率要求较高，最后，无线传输距离较短，一般都在10米左右的极限距离。 蓝牙技术：这是一种基于2.4G技术的无线传输协议，由于采用的协议不同，所以有区别于其它2.4G技术而被称之为蓝牙技术。蓝牙技术是一种新兴的技术，尚未投入广泛应用，目前许多蓝牙设备还处于实验室试验阶段。但可以肯定的是现在多数具有红外无线数据通讯功能的设备，在将来一样可以使用蓝牙技术来实现无线连接。同时蓝牙技术的网络特点和语音传输技术使它还可以实现红外技术无法实现的某些特定功能，如无线电话、多台设备组网等等。无线射频技术：无线射频译自英文Radio Frequency Identification，简称为RFID，是20实际90年代兴起的一种非接触式的自动识别技术。射频技术（RFID） 相对于传统的磁卡及IC卡技术具有非接触、阅读速度快、无磨损等特点。无线射频技术在阅读器和射频卡之间进行非接触双向数据传输，以达到目标识别和数据交换的目的。与传统的条型码、磁卡及IC卡相比，射频卡具有非接触、阅读速度快、无磨损、不受环境影响、寿命长、便于使用的特点和具有防冲突功能，能同时处理多张卡片。在国外，射频识别技术已被广泛应用于工业自动化、商业自动化、交通运输控制管理等众多领域。无线射频技术按载波频率分为低频射频卡、中频射频卡和高频射频卡。低频射频卡主要有125kHz和134.2kHz两种，中频射频卡频率主要为13.56MHz，高频射频卡主要为433MHz、915MHz、2.45GHz、5.8GHz等。低频系统主要用于短距离、低成本的应用中，如多数的门禁控制、校园卡、动物监管、货物跟踪等。中频系统用于门禁控制和需传送大量数据的应用系统；高频系统应用于需要较长的读写距离和高读写速度的场合，其天线波束方向较窄且价格较高，在火车监控、高速公路收费等系统中应用。根据以上无线技术的优缺点，权衡利弊，又由于本次设计选择频带工作在ISM频段（即工业，科学，农业免费频段），所以本次设计无线通讯技术选择无线射频技术。1.3 课题研究的实际意义有线传输虽然具有干扰小，信号好等特点，但是对于一些地形复杂，气候恶劣的环境，暴露出自身的很多缺点，无线语音传输克服了这些缺点，而且检修维护更方便，不需要依赖固体传输介质。本设计的意图是进行无线数字语音信号的传输，传输范围可达50200米。应用范围较广泛。第二章 系统的硬件设计2.1 系统的整体设计方案系统的总体设计包括天线选型，无线芯片与单片机的连接。总体框图如图2.1所示，天线选型为使用范围最佳且方便的1/4波长单级天线，无线芯片为CC1020，单片机为C8051F330。图2.1系统整体设计框图2.2 系统中无线数据传输部分设计本课题主要是做基于无线传输语音收发器开发板的设计。在该数据开发板的设计中，无线收发芯片用的是Chipcon公司（现被TI公司收购）生产的CC1020，微控制器用的是Cygnal公司（现已被Silicon Laboratories公司收购）的完全集成的混合信号片上系统型（System On Chip,SOC）MCU芯片C8051F330，天线用简单的1/4波长单极天线就可以符合本设计的要求了。无线数传模块与外界设备的通信方式用的是UART串行通讯。无线数传模块内部C8051F330与CC1020之间的通信用的是SPI（增强型串行外设接口）方式。无线数传模块硬件结构框图如图2.2所示。图2.2 无线数传模块硬件结构2.2.1 无线传输的选择语音信号传输的数据传输到上位机的方式可以采用有线和无线方式。有线传输有其自身的缺点，野外架设有线数据传输线路会增加人力和时间的花费，而且当遇到一些特殊的应用环境，比如山地、湖泊、林区等特殊的地理环境时，布线比较困难，将会对有线传输带来很大的制约，适应性差。另外当希望给系统中添加新设备的时候也会比较麻烦，当系统出现故障的时候也很难确定出现问题的位置，维修时耗力多。而采用无线数据传输的方法可以有效的降低成本、提高效率，并且不受地理环境和地面状况的影响，当系统中添加新设备时只要采取时分复用、频分复用或者址分复用就可以方便的把新设备加入系统中。系统无线通路发生故障时可以直接更换无线数传模块，立刻恢复系统的数据传输通路，维修方便。目前，无线数据通信技术可分为两大类：一是基于蜂窝的接入技术，如蜂窝数字分组数据(CDPD)，通用分组无线传输技术(CPRS)、EDGE等。二是基于局域网的技术，如IEEE802.11 WLAN、Bluetooth、IrDA、Home-RF、短距离无线通信技术等。本设计采用短距离无线射频通信技术（RF技术）来进行无线数据传输。随着大规模集成电路技术的发展，短距离无线通信系统的大部分功能都可以集成到一块芯片内部。一般使用单片数字射频收发芯片，加上微控制器和少量外围器件即可构成专用或通用的无线通信模块，有的射频收发芯片甚至集成了微控制器。由于所有高频元件包括电感、振荡器等已经全部集成在射频芯片内部，由其构成的无线模块一致性良好，性能稳定且不易受外界影响。射频芯片一般采用ASK，FSK，OOK，GFSK等调制方式。通信模块一般包含简单透明的数据传输协议和使用简单的加密协议，其发射功率、工作频率、工作状态等可以通过软件配置完成。用户无需对无线通信原理和工作机制有较深的了解，只要依据命令字进行操作即可实现基本的无线数据传输功能。新一代短距离无线数据通信系统具有体积小、功耗低、稳定性好、抗干扰能力强等优点，而且开发简单快速、易于实现，可以方便地嵌入到各种设备中，实现设备间的无线互连。目前微功率短距离射频通信技术在无线抄表、小区传呼、工业数据采集、非接触智能卡、安全防火系统、区域报警系统等领域有广泛应用。无线数据传输可以采用建立专用无线数传网或借用GSM、GPRS、CDMA等公共网信息平台的方法。对于使用GSM、GPRS、CDMA等公共网信息平台的方法，不如无线专用网简单易用，而且受公网业务开通状况及信号覆盖范围的影响，能否在某处使用，完全取决于运行商的系统建设情况，不如无线专网灵活，另外它的运行费用较高，GPRS是按流量计费，一些无用的信息也会被计费，在节假日时公网系统的负荷会达到高峰（如短信、彩信等成倍增长），系统及网络堵塞严重，信息不畅，不能及时发送或接收有用信息，实时性较差。专用的无线网经常采用的频率为ISM(Industrial Scientific Medical)频段，此频段主要是开放给工业、科学、医学三个机构使用的，主要包括315、433、868、915MHz等频段，目前也开发了工作在2.4GHz ISM的蓝牙收发电路。但是如果选择3-30MHz的高频(短波)段，其优点是使用适当的发射功率可以得到较远的工作距离，因为有源元件在此频段的效率比更高频段的效率要高。印制板的布局设计也不是很严格，寄生电容与所用元件相比较小，寄生耦合也比较容易避免。缺点是要求的天线尺寸大。短波频段最大的缺点是此频段还有大量的公共服务信道，比如短波广播、电视通信网络等，频率资源相当拥挤。然而对于2.4GHz频段，在给定的发射功率下，由于自由空间传播损耗大以及有源元件的效率差，其工作距离比UHF频段短。综合考虑，本设计选定ISM的433MHz工作频段。ISM频段在各国的规定并不统一。在我国无线电管理委员会拟定的中国无线电频率分配表和中华人民共和国无线电管理条例没有明确的规定，但在微功率(短距离)无线电设备管理暂行规定中给出了以下的应用原则：（1）微功率无线电设备的使用不得对其它合法的各种无线电台产生有害干扰。如发生有害干扰现象时，应立即停止使用，并设法消除有害干扰后方可继续使用。（2）使用微功率无线电设备必须避让或忍受其它合法的无线电台站的干扰或工业、科学及医疗应用设备的辐射干扰，遇有干扰时不受法律上的保护，但可向当地无线电办事机构报告。（3）使用微功率无线电设备不需办理无线电电台执照手续，但必须接受无线电管理办事机构对其产品性能指标进行必要的检查和测试。生产、进口微功率无线电设备(或含有微功率无线电设备的其它设备)须按国家无线电管理机构发布的进口无线电发射设备的管理规定、生产无线电发射设备的管理规定办理有关手续。工作在ISM频段的无线数传模块大多工作在低电压微功率条件下。一方面，低电压微功率可以节省能源，因为无线语音传输很可能在野外进行，电池是系统的主要电力来源，低电压和微功率可以延长电池的连续工作时间，避免了频繁更换电池或充电的麻烦；另外无线设备工作于低电压微功率条件下可以缩小体积，减轻重量，有利于设备的微型化，这对于便携式移动通信设备尤为重要；另一方面，对于工作在免证使用的ISM频段的无线通信设备，各个国家的技术规范（比如美国的FCC、欧洲的EN标准）对于无线通信设备的发射功率都有很严格的限制。同时低电压微功率的数传设备还能保护工作人员在工作时不受或者减小无线电波辐射的伤害。2.2.2 无线收发芯片的选择采用ISM通用频段433MHz的无线数传模块传送采集到的数据，成本较低且适应性较强。不必占用稀缺的频谱资源，可以节省很大的初始投资，也不发生后期使用费用。目前，各大从事无线通讯类产品开发的公司，如Microchip，TI，Motorola，Nordic VLSI，Chipcon AS，RFMD，Maxim等都有自己的RF IC产品。市场上的无线数字收发芯片分为两类：一类是单独的接收或发射芯片，另一类为集成的数字收发芯片(一块芯片上集发射与接收于一体的半双工射频芯片)。由于自己设计射频发射接收电路，电路复杂，而且调试困难，在本射频模块电路的设计中采用了数字收发射频芯片。而目前无线模块中应用较多的无线收发芯片主要有Nordic公司生产的nRF系列和Chipcon公司（现被TI公司收购）生产的CC系列。适用于本课题的芯片分别为nRF905和CC1020，比较而言两者最大发射功率均为+10dBm，应用范围都很广泛，但是nRF905芯片的灵敏度为-100dBm，而CC1020芯片的灵敏度为-118dBm，从而在同样设计良好的无线收发模块中由CC1020作为无线收发芯片的模块数据传输距离较远，更能适合本课题的需求。CC1020是基于Chipcons Smart RF-02技术，在0.35m CMOS工艺下制造出来的一款窄带、低功耗、低电压的单片半双工UHF（Ultra High Frequency）超高频收发芯片，主要用于ISM（Industrial，Scientific and Medical）频带和在426/429/433/868/915MHz频带的SRD(Short Range Device近距离设备)中，也可经编程后用于频率为402MHz-470MHz和 804MHz-940MHz的多信道设备。CC1020的特点有：灵敏度最高达-118dBm；低耗电流；低电压；输出功率可以设定；不需要外部的IF滤波器；尺寸小（QFN 32封装）；单点天线连接；数据速率高达153.6KBaud；数据调制方式有OOK/ASK、FSK和GFSK；具有数字接收信号强度指示器RSSI（Received Signal Strength Indicator）、载波检测指示器(Carrier Sense Indicator)和镜像抑制混频器（Image Rejection Mixer）；并且CC1020主要的工作参数能够经由一个串行接口编程设定，外围电路简单，使用容易并且具有灵活性。CC1020内部结构框图如图2.3所示。图2.3 CC1020结构框图CC1020内部电路分为发射电路和接收电路两部分。发射电路包含有：RF功率放大器PA（Power Amplifier）、锁相环PLL（Phase Locked Loop）、压控振荡器VCO（Voltage Controlled Oscillator）、低功耗控制逻辑电路和串行接口电路。接收电路包含有：低噪声放大器LNA（Low Noise Amplifier）和LNA2、射频缓冲放大器、射频混频器、本机振荡缓冲放大器、中频放大器、解调器、低通滤波放大器/后检波放大器、数据限制器、接收信号强度指示器（RSSI）等电路。CC1020是一个低IF接收器，接收到的射频信号被低噪声放大器（LNA和LNA2）放大后降频变换为中频（IF）。在IF中频的I/Q信号被滤波和放大后，被A/D转换器数字化。自动增益控制、信道滤波、解调合位同步都采用数字化实现。CC1020从DIO引脚端输出数字解调数据，DCLK引脚端是同步数据时钟。RSSI为数字形式，并可通过串行接口读出。RSSI还可作为可编程的载波检测指示器。在发送模式，合成的RF频率直接馈送到功率放大器(PA)。射频输出是FSK信号，FSK信号是由馈送到DIO引脚的数字比特(位)流通过FSK调制产生的。可增加一个高斯(Gaussian)滤波器来获得高斯频移键控(GFSK)。频率合成器包括一个完整的片上LC VCO和一个90度的分相器，在接收模式中产生用于降频变换器的LO_I和LO_Q信号。VCO工作的频率为1.696-1.880GHz。CHP_OUT引脚端是充电泵输出，VC引脚端是片上VCO的控制点。环路滤波器在外部，连接在CHP_OUT和VC两个引脚端之间。XOSC_Q1和XOSC_Q2引脚端可接一个晶振。PLL提供相位锁定信号。四线SPI串行接口用于结构配置。低噪声放大器（LNA）是高增益放大器，因为第一级的输入信号电平很低，噪声的影响相对较大。对于多级放大器来说，虽然每一级放大器都会产生内部噪声，但主要的噪声源在第一级。降低第一级放大器的噪声，涉及低噪声放大器是最重要的。LNA的输入阻抗小，能容易地通过一个滤波器或者RF开关匹配到50阻抗天线接口。在输出端，滤波网络可以实现抑制镜频和阻抗匹配。总的来说，CC1020由发送、接收和数字接口三部分组成。在接收模式下，CC1020可以看成是一个传统的超外差接收器。射频输入信号经LNA和LNA2放大后，通过I/Q降频变换送入IF。在中频处理阶段（IF STAGE），I/Q信号被滤波、放大，经过ADC数字化后进入数字解调器，被解调的数字信号从DIO、DCLK输出。CC1020还提供了接收信号强度RSSI寄存器以对信道进行监测，该寄存器可以通过SPI接口访问。在发送模式中，RF频率综合信号直接馈送到功率放大器（PA）中，射频输出是数字调制模块中的数字信号GFSK调制的结果。与MCU的数字接口有两部分：一是SPI接口（PSEL、PCLK、PDI、PDO），用于对CC1020内部寄存器进行读/写操作；一是数据交换同步接口（DCLK、DIO）。CC1020芯片工作状态设置由微控制器完成，控制命令和设置参数通过PCLK、PDI、PDO、PSEL四线数字串行接口输入。CC1020主要性能参数如表2.2所示：表2.1 CC1020参数参数最小典型最大单位条件RF频率范围402470MHz可300Hz步进的编程804940MHz可600Hz步进的编程温度范围-4085工作电压2.333.6V发射数据速率0.45153.6KBaud曼彻斯特码或NRZ码输出功率-20010dBm434 MHz射频输出阻抗35+j59434 MHz所占带宽（GMSK）7KHz434 MHz接收灵敏度-115-118dBm25KHz信道间隔镜像频率抑制无I/Q及相位校验36dB有I/Q及相位校验59dB输入阻抗58-j10匹配输入阻抗39-j14接通时间11128Baud中频（IF）307.2KHz中频带宽9.6307.2KHz可编程设置AFC150Hz2.4KBaud时RSSI动态范围63dB12.5/25KHz信道间隔晶振频率4.915219.6608MHz晶振精度5.7ppm晶振开始时间0.95ms14.7456 MHz时接收模式电流消耗17.3/17.9mA发射模式电流消耗23.7mA低功率模式30A振荡器核接通电流消耗0.21.8A振荡器核断开图2.4 CC1020封装（顶视表2.2 CC1020引脚功能引脚引脚符号引脚功能引脚引脚符号引脚功能1PCLK编程时钟17R_BIAS外接偏置电阻2PDI编程数据输入18AVDD+3V模拟回路电源3PDO编程数据输出19RF_IN射频接收信号输入4DGND数字地20AVDD+3V模拟回路电源5DVDD数字回路电源21RF_OUT射频发射信号输出6DGND数字地22AVDD+3V模拟回路电源7DCLK数据时钟23AVDD+3V模拟回路电源8DIO数据输入/输出24VC压控振荡器输入9LOCKPLL锁定信号输出25AGND模拟地10XOSC_Q1外接晶振26AD_REFADC3V参考输入11XOSC_Q2外接晶振27AVDD+3V模拟回路电源12AVDD+3V模拟回路电源28CHP_OUT充电泵电流输出13AVDD+3V模拟回路电源29AVDD+3V模拟回路电源14LNA_EN低噪声放大器使能30DGND数字地15PA_EN功率放大器使能31DVDD数字回路电压16AVDD+3V模拟回路电源32PSEL芯片编程选择2.2.3 单片机的选择对于CC1020无线收发芯片来说，要在相应的单片机控制下才能完成无线收发任务，本课题设计选用Cygnal公司生产的C8051F330，该处理器具有与8051完全兼容的CIP-51内核，是一款完全集成的混合信号ISP型MCU芯片，带有模拟多路器的10位200ksps的16通道单端/差分ADC，10位电流输出DAC，硬件实现的I2C、增强型UART、SMBUS及增强型SPI接口，Flash存储器具有在系统重编程能力，可用于非易失性数据存储。该型号单片机体积小、性能高，能够快速存取数据，也易于系统开发以及扩展，很适合本设计的需要。 C8051F330器件是完全集成的混合信号片上系统型MCU芯片。 下面列出了一些主要特性：l 高速、流水线结构的8051兼容的CIP-51内核（可达 25MIPS） l 全速、非侵入式的在系统调试接口（片内）l 带模拟多路器、真正10位200 ksps16通道单端/差分ADCl 10位电流输出DACl 高精度可编程的25MHz内部振荡器 l 8KB可在系统编程的FLASH存储器 l 768字节片内数据RAM（128+512） l 硬件实现的SMBus/ I2C、增强型UART和增强型SPI串行接口 l 4个通用的16位定时器 l 具有3个捕捉/比较模块和看门狗定时器功能的可编程计数器/定时器阵列（PCA） l 片内上电复位、VDD监视器和温度传感器 l 片内电压比较器 l 17个端口I/O（容许5V输入）具有片内上电复位、VDD监视器、看门狗定时器和时钟振荡器的C8051F310是真正能独立工作的片上系统。FLASH存储器还具有在系统重新编程能力，可用于非易失性数据存储，并允许现场更新8051固件。用户软件对所有外设具有完全的控制，可以关断任何一个或所有外设以节省功耗。 片内Silicon Labs二线（C2）开发接口允许使用安装在最终应用系统上的产品MCU进行非侵入式（不占用片内资源）、全速、在系统调试。调试逻辑支持观察和修改存储器和寄存器，支持断点、单步、运行和停机命令。在使用 C2进行调试时，所有的模拟和数字外设都可全功能运行。两个C2 接口引脚可以与用户功能共享，使在系统调试功能不占用封装引脚。 该器件可在工业温度范围（-45到+85）内用 2.7V-3.6V的电压工作。端口 I/O、/RST和 JTAG引脚都容许5V的输入信号电压。C8051F330采用20脚MLP封装，如图2.5所示。VDD为电源，GND为地，/RST/C2CK为芯片的复位引脚或C2开发接口的时钟信号引脚，P2.0/C2D为P2.0数字I/O口或C2开发接口的双向数据信号引脚，P0.2/XTAL1为P0.2数字I/O口或外部时钟输入，P0.3/XTAL2为P0.3数字I/O口或外部时钟输出，P0.0/VREF为P0.0数字I/O口或外部参考电源输入端，P0.6/CNVSTR为P0.6数字I/O口或ADC0外部转换启动输入端，其它引脚均为相应的端口引脚。图2.5 C8051F330（QFN32封装）引脚顶视图C8051F330在本系统中实现了以下功能：控制无线模块完成数据收发；实现低功耗的电源管理；通过JTAG接口进行在线编程。2.2.4无线收发芯片与单片机的结构配置CC1020的典型应用电路设计如图2.6所示，电路仅需要很少的外部元器件，其中电源去耦电路没有给出。1、输入/输出匹配：L1和C1组成接收器的输入匹配网络，L1同时是直流偏置扼流圈。C60、L2和C3用于将发射器匹配到50。内部的收/发开关电路可以在收/发两种模式下将输入/输出连接在一起，而且都可以匹配到50。匹配网络的元器件数值可以利用软件SmartRF Studio计算。2、偏置电阻R1：用于设置精确的偏置电流。3、晶振：一个外部晶振加上2个负载电容C4和C5与内部电路构成晶体振荡器。4、锁相环环路滤波器：环路滤波器由2个电阻R2和R3和3个电容C6、C7和C8组成。C7和C8在高环路带宽的应用中可以略去。5、附加滤波器：可使用外部附加的器件（如射频LC或SAW滤波器）来提高特定应用的性能。6、电源去耦和滤波：必须使用电源去耦和滤波。在窄带应用中，为了获得高性能去耦和电源滤波，电容的安放位置和大小起着重要作用。图2.6 CC1020典型应用电路7、CC1020结构配置：CC1020在不同的应用中可以被设置到最佳性能，以下关键参数可通过可编程结构配置寄存器来编程：接收/发射模式；射频输出功率；频率合成器关键参数：射频输出功率、频移键控（FSK）频偏和晶体振荡器基准频率；合成器锁定指示模式；Power-down/Power-down模式；晶振Power-down/Power-down模式；数据传输速率和数据格式（NRZManchester编码或UART串口）；数字RSSI（接收信号强度指示器）和载波侦听检测；FSK/GFSK/OOK调制。8、结构配置软件：Chipcon公司为CC1020的用户提供了一个软件程序SmartRF Studio。SmartRF Studio根据用户对不同参数的选择可以产生所有CC1020需要的结构配置数据。这些结构配置数据采用十六进制，这些十六进制数字将输入到微控制器，由微控制器来配置CC1020。此外，该程序还为用户提供输入/输出匹配电路所需的元器件值。