基于MSP430单片机和nRF905的无线通信系统
随着信息技术的不断发展，人们对通信技术的需求越来越强，摆脱有线网络的束缚实现无线通信始终是大家关心的问题，当今无线通信研究越来越热，应用非常广泛，使人与人之间的通信更加方便快捷，更具有市场发展前景。本文以nordic公司的nrf905作为通讯的核心，设计了无线通信系统。
系统设计
无线通信系统，由两个部分组成：发送终端，接收终端。数据的发送和接收显示是借助于串口来实现的，通过pc机串口给发送终端送数据，然后发送终端通过nrf905把数据发送出去；接收终端通过nrf905接收数据，然后把接收到的数据通过串口传给pc机。系统框图如图1所示。
无线系统的硬软件设计
系统的硬件设计
本系统采用的射频收发器为nordic vlsi公司的nrf905, 工作电压为1.9～3.6v，工作于433/868/915mhz三个ism频段，频段之间的转换时间小于650us。nrf905由频率合成器、接收解调器、功率放大器、晶体振荡器和调制器组成，不需外加声表滤波器。高抗扰gfsk调制，数据速率为50kbps，独特的载波监测输出，地址匹配输出，数据就绪输出。shockbursttm工作模式，自动处理字头和crc(循环冗余码校验)，使用spi接口与微控制器通信，配置非常方便。此外，其功耗非常低，以-10dbm的输出功率发射时电流只有11ma，工作于接收模式时的电流为12.5ma，内建空闲模式与关机模式，易于实现节能。nrf905的硬件连接电路图如图2所示。
采用的微处理器为ti公司的msp430f149，它是一种超低功耗的混合信号控制器，具有16位risc结构，cpu中的16个寄存器和常数产生器使msp430能达到最高的代码效率。单片机通过采用不同的时钟源工作可以使器件满足不同功耗要求，适当选择时钟源，可以让器件的功耗达到最小。外设主要有存储器、时钟模块、定时器、usart和a/d转换器等。此次设计主要用到了msp430f149两个串口通信模块usart0和usart1，usart0作为uart使用，提供异步通信，通过max3232电平转换芯片提供rs-232接口和pc机进行通信，usart1作为spi使用，提供同步通信，主要是和nrf905之间进行命令和数据通信。把msp430f149的p2口作为一般引脚使用，与nrf905的其他引脚相连。对msp430f149提供双晶振系统，低频晶振为32.768k，与微控制的xin和xout相连，为rs-232接口提供频率支持，高频晶振为8m，和微控制器的xt2相连，为系统运行的主时钟。系统的整体设计相对较为简单，不过在此基础上可以实现遥测，无线抄表，工业数据采集，机器人控制等。发送和接收的硬件电路是一样的，系统设计主要硬件电路图如图3所示。
系统的软件设计
系统软件设计包括下位机软件设计和pc机软件设计。前者主要是微控制器通过spi口对nrf905的控制以及微控制器串口通讯的设计，后者包括串口通讯模块、主界面和数据库设计。
}rfconfig;
rfconfig rxtxconf=
{
10,
0x01, 0x0c, 0x44, 0x20, 0x20, 0xcc,
0xcc, 0xcc, 0xcc, 0x58
};
nrf905提供spi口的读写指令，当csn为低时，spi接口开始等待一条指令，任何一条新指令均由csn的由高到底的转换开始。下面主要介绍nrf905的发送流程和接收流程。
发送流程：
a．当微控制器有数据要发送时，通过spi接口，按时序把接收机的地址和要发送的数据送传给nrf905，spi接口的速率在通信协议和器件配置时确定；
b．微控制器置高trx_ce和tx_en，激发nrf905的shockbursttm发送模式；
c．nrf905的shockbursttm发送：射频寄存器自动开启；数据打包(加字头和crc校验码)；发送数据包；当数据发送完成，数据准备好引脚被置高；
d．当trx_ce被置低，nrf905发送过程完成，自动进入空闲模式。
shockbursttm工作模式保证，一旦发送数据的过程开始，无论trx_en和tx_en引脚是高或低，发送过程都会被处理完。只有在前一个数据包被发送完毕，nrf905才能接受下一个发送数据包。
接收流程：
a．当trx_ce为高、tx_en为低时，nrf905进入shockbursttm接收模式；
b．650us后，nrf905不断监测，等待接收数据；
c．当nrf905检测到同一频段的载波时，载波检测引脚被置高；
d．当接收到一个相匹配的地址，地址匹配引脚被置高；
e．当一个正确的数据包接收完毕，nrf905自动移去字头、地址和crc校验位，然后把数据准备好引脚置高
f．微控制器把trx_ce置低，nrf905进入空闲模式；
g．微控制器通过spi口，以一定的速率把数据移到微控制器内；
h．当所有的数据接收完毕，nrf905把数据准备好引脚和地址匹配引脚置低；
i．nrf905此时可以进入shockbursttm接收模式、shockbursttm发送模式或关机模式。
msp430f149的串口通讯程序设计，主要是设定传输的速率为4800bps，数据传输为8位数，1个停止位，无奇偶校验。根据相应的发送端和接收端来设定发送模块和接收模块使能，发送中断和接收中断使能。
在pc机软件设计中，串口通信模块负责pc机与下位机之间的数据通信。而主界面和数据库设计主要是方便对接收的数据进行管理。
实验测试分析
在发送和接收时利用示波器和万用表对nrf905的相关引脚进行测量分析如下：
发射时nrf905的分析情况如表1所示。
接收时nrf905的分析情况如表2所示。
结语
本设计实现了基于msp430f149和nrf905的无线通信。发送端和接收端之间的距离为80米，之间没有任何有线连接，通过发送端发送数据，在接收端能正确接收数据并显示在pc机上。实验表明，该系统实时性好，性能可靠。
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无线系统的硬软件设计
系统的硬件设计
本系统采用的射频收发器为nordic vlsi公司的nrf905, 工作电压为1.9～3.6v，工作于433/868/915mhz三个ism频段，频段之间的转换时间小于650us。nrf905由频率合成器、接收解调器、功率放大器、晶体振荡器和调制器组成，不需外加声表滤波器。高抗扰gfsk调制，数据速率为50kbps，独特的载波监测输出，地址匹配输出，数据就绪输出。shockbursttm工作模式，自动处理字头和crc(循环冗余码校验)，使用spi接口与微控制器通信，配置非常方便。此外，其功耗非常低，以-10dbm的输出功率发射时电流只有11ma，工作于接收模式时的电流为12.5ma，内建空闲模式与关机模式，易于实现节能。nrf905的硬件连接电路图如图2所示。
采用的微处理器为ti公司的msp430f149，它是一种超低功耗的混合信号控制器，具有16位risc结构，cpu中的16个寄存器和常数产生器使msp430能达到最高的代码效率。单片机通过采用不同的时钟源工作可以使器件满足不同功耗要求，适当选择时钟源，可以让器件的功耗达到最小。外设主要有存储器、时钟模块、定时器、usart和a/d转换器等。此次设计主要用到了msp430f149两个串口通信模块usart0和usart1，usart0作为uart使用，提供异步通信，通过max3232电平转换芯片提供rs-232接口和pc机进行通信，usart1作为spi使用，提供同步通信，主要是和nrf905之间进行命令和数据通信。把msp430f149的p2口作为一般引脚使用，与nrf905的其他引脚相连。对msp430f149提供双晶振系统，低频晶振为32.768k，与微控制的xin和xout相连，为rs-232接口提供频率支持，高频晶振为8m，和微控制器的xt2相连，为系统运行的主时钟。系统的整体设计相对较为简单，不过在此基础上可以实现遥测，无线抄表，工业数据采集，机器人控制等。发送和接收的硬件电路是一样的，系统设计主要硬件电路图如图3所示。
系统的软件设计
系统软件设计包括下位机软件设计和pc机软件设计。前者主要是微控制器通过spi口对nrf905的控制以及微控制器串口通讯的设计，后者包括串口通讯模块、主界面和数据库设计。
}rfconfig;
rfconfig rxtxconf=
{
10,
0x01, 0x0c, 0x44, 0x20, 0x20, 0xcc,
0xcc, 0xcc, 0xcc, 0x58
};
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h．当所有的数据接收完毕，nrf905把数据准备好引脚和地址匹配引脚置低；
i．nrf905此时可以进入shockbursttm接收模式、shockbursttm发送模式或关机模式。
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结语
本设计实现了基于msp430f149和nrf905的无线通信。发送端和接收端之间的距离为80米，之间没有任何有线连接，通过发送端发送数据，在接收端能正确接收数据并显示在pc机上。实验表明，该系统实时性好，性能可靠。
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