内嵌8051无线SoC芯片应用方案的选择和比较
随着网络及其通信技术的飞速发展，短距离无线通信以其抗干扰能力强、可靠性高、安全性好、受地理条件限制较少、安装施工简便灵活等特点，在许多领域都得到了广泛的应用。无线soc芯片（也称无线单片机）将微控制器、存储器、a/d转换器、需要的接口电路和无线收发芯片全部集成到一个非常小的芯片上，并具有通用频带、收发合一、低发射功率、高灵敏接收等优点，因而在当前短距离无线通信系统中的应用潜力十分巨大。而采用内嵌8051的无线soc芯片，一方面能继续使用8051微控制器已经发展成熟的各种应用软件资源。另一方面， 目前市面上流行的8051开发工具（如keil c51）都可以用于这种芯片的软件开发。在已经推出的几种以8051微控制器为内核的无线soc芯片中。最具有代表性的是chipcon公司的cc1010、nordic公司的nrf9e5和nrf24e1。本文将对这三款无线soc芯片作以对比描述，同时分析一下它们各自的结构原理、特性及典型应用电路
1 cc1010无线soc芯片
cc1010是chipcon公司推出的单片、多频段、低功耗的系统级无线射频收发芯片。该芯片基于chipcon公司的0.35 um cmos工艺生产，具有很高的集成度 该芯片内嵌8051微控制器，并包含32 kb flash、2048+128字节sram、3通道10位adc以及加密/解密用的des模块。发射器采用直接变频发射，接收器采用低-中变频接收。cc1010通过8位控制寄存器rfmain来实现无线收发控制，不同工作频率（315-915 mhz）的应用电路可通过调节元器件c31～c181、l32～l101和r131等参数值来实现 外接晶体必须连接到芯片的xosc端，同时vco也需要外接一个外部电感。cc1010的典型应用电路如图1所示。
图1 cc1010的典型应用电路
2 nrf9e5无线soc芯片
nrf9e5是nordic公司推出的系统级无线射频收发芯片，主要工作在433/868/915 mhz的ism频段。该芯片内嵌高性能8051 mcu和4通道10位adc，可工作在shockburst模式（自动处理前缀、地址和crc），能进一步降低电流消耗和系统成本。nrf9e5通过spi接口（miso、mosi和sck）从片外存储器（如“25320一族”）实现程序装载，spi口的miso、sck和mosi与p1口的低3位复用。芯片可通过寄存器spi-ctrl来控制功能间的转换。由于spi硬件不产生任何片选信号，故可以用gpio口来进行片选。通常，系统上电时，spi自动和片外25320相连。当程序加载完成后，miso （p1.2）、mosi（p1.0）可以用作其它用途，比如gpio或其他的spi器件。nrf9e5的4输入adc可通过软件进行选择。通道0～3可以把对应引脚ain0～ain3上的电压值分别转换成数字值，通道4则用于对nrf9e5工作电压的监控。a/d转换器默认工作于10位方式，也可以通过软件设置为6位、8位或12位方式。收发器通过片内mcu的并行口或spi口与微控制器进行通信。芯片中的数据准备好、载波检测和地址匹配信号也可作为微控制器的中断信号。器件的输出功率、频道和其它射频参数可通过对特殊功能寄存器radi0（0xa0）的编程来控制，为了节能，也可通过程序来控制收发器的开/关。nrf9e5的典型应用电路如图2所示。
3 nrf24e1无线soc芯片
nrf24e1是一种工作频率可达2.4 ghz的无线射频收发芯片，内部嵌有与8051兼容的微控制器和9通道10位adc，可在1.9～3.6 v电压下稳定工作，而不需要外接saw滤波器。nrf24e1内部具有电压调整器和vdd电压监视。
nrf24e1是业界首次推出的全球2.4 ghz通用完整型低成本射频系统级芯片，其无线收发部分有与nrf2401相同的功能。该功能可由外部并行口和外部spi来启动，每一个待发信号对于处理器来说，都可以作为中断来编程，或者通过gpio端口来实现。在nrf24e1的内部存储空间中，512 b rom用于存储引导程序。上电后，该rom可以将eeprom中存储的程序下载到4kb ram的程序运行空间，另外的256 b ram作为数据存储器，无线收发器nrf24e1可以通过软件编程来设定接收地址、收发频率、发射功率、无线传输速率、无线收发模式以及crc校验和长度以及有效数据长度等无线通信参数。在掉电模式，晶振停止工作时的电流消耗典型值为2 ua。nrf24e1的典型应用电路如图3所示。
4 三款无线soc芯片的性能比较
以上三款无线soc芯片的性能对比如表1所列。
5 结束语
由以上的比较可看出，chipcon公司的cc1010可实现300～915 mhz频率范围内的无线通信，最小的功率消耗仅为0.2 ya，并具有32 kb的flash，在一些需要大容量存储应用的场合，cc1010的优点比较明显。但cc1010数据传输需要进行曼彻斯特编码，且在编程上需要有一定的技巧和经验，而且曼彻斯特编码会大大降低数据传输的效率，一般仅能达到标准速率的1/3。
nordic的nrf9e5可工作在433/868/930 mhz频段，nrf24e1则可工作在2.4 ghz频段，虽然nordic公司的无线soc芯片存储空间较小（只有4 kb），但由于其采用了较好的电源管理方式和快速的shockburst技术，且价格较cc1010具有一定优势，因此，相对于nordic的nrf9e5和nrf24e1来说，前者具有较好的覆盖范围，后者则拥有较高的传输速率。这就需要在具体应用时做出权衡。
内嵌8051无线soc芯片的出现为开发低成本和低功耗的无线通信系统提供了新的选择，同时使无线通信系统的设计工作更加简化，也更容易开发。在对它们进行具体设计时，可采用可编程组态寄存器，具体可编程的关键参数包括接收和发射模式、rf输出功率电平、频率合成关键参数（包括rf输出频率、fsk调制频率分离偏差和晶振基准频率等）、低功耗模式、基准振荡器在低功耗模式中启动或关闭、数据速率和数据形式选择等。
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1 cc1010无线soc芯片
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图1 cc1010的典型应用电路
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3 nrf24e1无线soc芯片
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