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摘要：介紹如何使用C51RF-2無(wú)線單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng)，開發(fā)三種無(wú)線SoC (片上系統(tǒng))cc1010/nRF24E1/nRF9E5，如何評(píng)估芯片，無(wú)線通訊軟件庫(kù)使用，快速調(diào)試，發(fā)現(xiàn)和排除在高頻通訊中的軟件和硬件存在的問(wèn) 題，軟件加密等，給出溫度無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品開發(fā)實(shí)例、庫(kù)的使用和程序源代碼等。
關(guān)鍵詞: 無(wú)線SoC 51系列 開發(fā)工具
一、 無(wú)線SoC單片機(jī)開發(fā)面對(duì)的困難和解決方案
對(duì)較少接觸高頻設(shè)計(jì)的電子工程師而言，要快速完成一個(gè)具有無(wú)線通訊接口的系統(tǒng)開發(fā)/設(shè)計(jì)是一件具有挑戰(zhàn)性的工作，這是因?yàn)椋?/P>
1、高頻系統(tǒng)工作在300MHZ -2.4GHZ的高頻頻段，對(duì)線路板設(shè)計(jì)，元件選擇要求更嚴(yán)格；
2、高頻設(shè)計(jì)需要工作在GHZ的無(wú)線測(cè)試設(shè)備，價(jià)格昂貴；而沒(méi)有這樣的設(shè)備，很難直觀地觀察系統(tǒng)工作狀態(tài)；
3、微處理器和其他數(shù)字電路對(duì)高頻電路的相互干擾；
4、無(wú)線通訊在空氣中，容易被干擾，需要一系列軟件處理，包括糾錯(cuò)，防止碰撞，通訊協(xié)議處理等等，而開發(fā)這些軟件，需要大量時(shí)間和經(jīng)驗(yàn)。
但是，射頻SoC單片機(jī) (簡(jiǎn)稱無(wú)線單片機(jī))的出現(xiàn)，為不具備無(wú)線通訊經(jīng)驗(yàn)和高頻電路經(jīng)驗(yàn)的電子工程師，提供了非常簡(jiǎn)單的解決方案。這是因?yàn)椋?BR>
1、專門的設(shè)計(jì)，將全部的高頻部分電路集成到了電路內(nèi)部，從無(wú)線單片機(jī)到天線之間，只有簡(jiǎn)單的濾波電路，系統(tǒng)設(shè)計(jì)者完全不必進(jìn)行任何高頻電路設(shè)計(jì)；
2、采用特殊設(shè)計(jì)，使8051的微處理器和高頻線路間，實(shí)現(xiàn)完美的配合，數(shù)字電路對(duì)高頻通訊的影響減低到最小；
3、設(shè)置了高頻通訊的若干寄存器，將高頻通訊的處理，簡(jiǎn)化為對(duì)寄存器的簡(jiǎn)單操作處理，即你只需要對(duì)這些寄存器進(jìn)行操作，就可以輕松完成無(wú)線通訊功能。
綜上所述，采用無(wú)線單片機(jī)進(jìn)行無(wú)線通訊設(shè)計(jì)，是開發(fā)低成本、低功耗無(wú)線通訊應(yīng)用系統(tǒng)的理想方案之一。當(dāng)然，我們也需要說(shuō)明，僅僅只有無(wú)線單片機(jī)的芯片，還 遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，因?yàn)橐咝实赝瓿梢詿o(wú)線單片機(jī)為核心的應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作，還必須借助各種無(wú)線單片機(jī)開發(fā)工具來(lái)實(shí)現(xiàn)。
下面就舉例說(shuō)明如何使用開發(fā)工具快速完成一個(gè)無(wú)線應(yīng)用產(chǎn)品的開發(fā)工作。
二、 評(píng)估無(wú)線單片機(jī)芯片，確定技術(shù)方案
如果我們計(jì)劃開發(fā)一個(gè)無(wú)線傳感器的產(chǎn)品，需要采用無(wú)線單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度信號(hào)的采集，用每個(gè)無(wú)線單片機(jī)作為一個(gè)無(wú)線節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)工作在電池供電的 狀態(tài)，希望電池壽命為2-3年，幾十個(gè)無(wú)線節(jié)點(diǎn)間通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議進(jìn)行通訊，最后傳輸?shù)絇C機(jī)中，進(jìn)行分析處理(這個(gè)系統(tǒng)可以用于環(huán)境、工廠、農(nóng)作物長(zhǎng)期 溫度監(jiān)控等應(yīng)用)。
為了開始進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，我們必須了解和選擇確定哪種無(wú)線單片機(jī)適合，通過(guò)上網(wǎng)查詢，目前無(wú)線單片機(jī)有許多種，但我們希望選擇我們熟悉的8051內(nèi)核的單片機(jī)，因?yàn)槲覀兪煜eil 的C51，同時(shí)熟悉8051的結(jié)構(gòu)。
8051兼容的無(wú)線單片機(jī)目前全世界共有4種，但主流的是chipcon 公司的cc1010, Nordic 公司的nRF24E1/nRF9E5。
通過(guò)查閱資料，我們發(fā)現(xiàn)這三種無(wú)線單片機(jī)各有自己的特點(diǎn)，chipcon公司的cc1010有32k存儲(chǔ)器，三通道A/D轉(zhuǎn)換器，可以工作在300- 1000mhz, 最小的功率消耗僅0.2uA；Nordic的nRF24E1工作在2.4GHZ，nRF9E5工作在433MHZ和868-930MHZ，雖然 Nordic的無(wú)線單片機(jī)存儲(chǔ)器較小，只有4K，但由于采用較好的電源管理方式和快速的SHOCKBURST技術(shù)，且價(jià)格較cc1010低一些。
雖然，三種無(wú)線單片機(jī)都可以用在我們的系統(tǒng)，但我們沒(méi)有親自接觸過(guò)這三種無(wú)線單片機(jī)，我們不好簡(jiǎn)單下結(jié)論，我們希望能對(duì)三種無(wú)線單片機(jī)進(jìn)行 測(cè)試，如果買原廠的開發(fā)/評(píng)估系統(tǒng)，價(jià)格較貴，周期較長(zhǎng)，所以，我們通過(guò)www.c51rf.com, 聯(lián)系購(gòu)買了C51RF-2型無(wú)線單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng)，這是市面上可以立即買到現(xiàn)貨的國(guó)內(nèi)產(chǎn)品，可以用一個(gè)開發(fā)系統(tǒng)完成對(duì)上述三種無(wú)線單片機(jī)的開發(fā)、評(píng)估和測(cè) 試；我們同時(shí)選購(gòu)了cc1010/nRF24E1/nRF9E5三種參考設(shè)計(jì)模塊；
C51RF -2是一種非常容易使用的無(wú)線單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng)，只需要一個(gè)串口，連接到PC機(jī)，即可以在KEIL 開發(fā)環(huán)境下，進(jìn)行程序下載、在線仿真運(yùn)行、單步、斷點(diǎn)等；同時(shí)，針對(duì)高頻設(shè)計(jì)的特殊要求進(jìn)行了特殊設(shè)計(jì)，能夠保證開發(fā)系統(tǒng)工作時(shí)不干擾無(wú)線單片機(jī)高頻部分 的工作，保證在實(shí)時(shí)高頻通訊的環(huán)境下，進(jìn)行軟件跟蹤、硬件調(diào)試。
我們將cc1010的參考設(shè)計(jì)模塊通過(guò)10線電纜連接，接通5VDC電源，將開關(guān)設(shè)定到cc1010位置，簡(jiǎn)單的按下無(wú)線單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng)DB鍵，便可以在KEIL下下載廠家提供的評(píng)估測(cè)試軟件，進(jìn)行實(shí)際無(wú)線通訊、通訊距離測(cè)試。
完成cc1010測(cè)試后，我們只需要更換連接到nRF24e1/nRF9E5目標(biāo)系統(tǒng)，切換開關(guān)，就可以快速開始對(duì)nRF24e1/nRF9E5芯片評(píng)估測(cè)試。
通過(guò)測(cè)試，我們對(duì)三種無(wú)線單片機(jī)有了具體的認(rèn)識(shí)，對(duì)其通訊距離，通訊速度，軟件結(jié)構(gòu)，功率消耗，外圍接口等有了直接認(rèn)識(shí)，考慮到我們?cè)O(shè)計(jì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通訊，需 要較大的存儲(chǔ)器來(lái)存儲(chǔ)程序代碼，而且chipcon提供了兩個(gè)無(wú)線通訊軟件的C51源代碼庫(kù)，同時(shí)已經(jīng)提供了連接層的無(wú)線通訊協(xié)議C51源代碼，方便我們 進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)層軟件設(shè)計(jì)，所以，我們選擇cc1010來(lái)設(shè)計(jì)我們的溫度無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)。
三、 實(shí)例：溫度無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)軟件設(shè)計(jì)
為了加快開發(fā)的速度，我們直接采用C51RF-2提供的參考設(shè)計(jì)電路板，進(jìn)行軟件開發(fā)，C51RF-2的參考設(shè)計(jì)示意圖如圖一。
從圖一我們看到，板上已經(jīng)有溫度傳感器電路，同時(shí)，有電池連接接頭可以直接連接電池供電；也有串口電路可以和PC通訊。
作為網(wǎng)絡(luò)通訊的一種方案，我們的系統(tǒng)每一個(gè)溫度傳感器節(jié)點(diǎn)，在隨機(jī)的時(shí)間間隔里通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器得到對(duì)應(yīng)的溫度信息，并將溫度信息廣播出去，然后轉(zhuǎn)入監(jiān)聽 狀態(tài)，如果收到其他節(jié)點(diǎn)的廣播，也自動(dòng)進(jìn)行記錄和轉(zhuǎn)發(fā)，最后的信息匯集到連接PC的節(jié)點(diǎn)，記錄、顯示所有節(jié)點(diǎn)的溫度信息。
開始我們的軟件開發(fā)，我們并不需要從頭開始，我們?cè)趉eil下，打開chipcon提供的樣板工程文件，選擇溫度廣播，我們看到該樣板工程文件已經(jīng)包含了 culLib/halLib兩個(gè)完整的無(wú)線通訊庫(kù)文件(也提供了這兩個(gè)庫(kù)的源代碼)，這兩個(gè)庫(kù)提供了所有無(wú)線通訊需要的功能，你的程序只要包括這樣的語(yǔ) 句：
#include <chipcon/hal.h>
#include <chipcon/cul.h>
你的軟件就可以在這個(gè)庫(kù)的高級(jí)的水平上開始工作，舉例說(shuō)明：
你需要發(fā)送一個(gè)包，包括序言，通訊標(biāo)志，地址，數(shù)據(jù)，CRC效驗(yàn)等，你只需要下列兩行語(yǔ)句，便全部完成了！
// Transmit the temperature
sppSend(&TXI);
do { /*nothing*/ } while (sppStatus() != SPP_IDLE_MODE);
你需要接收一個(gè)包，包括序言，通訊標(biāo)志，地址，數(shù)據(jù)，CRC效驗(yàn)等，你也只需要下列兩行語(yǔ)句，便全部完成了！
// Receive the packet (if any)
YLED = LED_ON;
sppReceive(&RXI);
do { /*nothing*/ } while (sppStatus() != SPP_IDLE_MODE);
YLED = LED_OFF;
具體的無(wú)線發(fā)送/接收，無(wú)線自動(dòng)應(yīng)答等復(fù)雜功能，通過(guò)調(diào)用兩個(gè)庫(kù)自動(dòng)完成了。
更重要的是，在溫度廣播這樣類似的樣板中，全部高頻部分的初始化，包括cc1010初始化，也全部現(xiàn)成，而且分成了你可以方便選擇使用的頻帶 433/915/868MHZ，在樣板程序中，還包括了無(wú)線收發(fā)所有的配置，即使你對(duì)cc1010高頻部分結(jié)構(gòu)不十分清楚，你也可以照樣容易地進(jìn)行上層軟 件開發(fā)。你要做的只是調(diào)用功能庫(kù)就可以實(shí)現(xiàn)無(wú)線通訊了。
我們的溫度無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)軟件設(shè)計(jì)，只是直接在樣板程序工程文件的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了簡(jiǎn)單的修改，很快就完成了。
四、 快速調(diào)試查錯(cuò)，發(fā)現(xiàn)無(wú)線通訊中的問(wèn)題
軟件設(shè)計(jì)完成后，我們通過(guò)C51RF-2開發(fā)系統(tǒng)的10線電纜，連接到cc1010目標(biāo)板(我們的溫度無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn))，使用KEIL UV2 的開始DEBUG功能，程序立即進(jìn)行下載，并可以直接針對(duì)目標(biāo)系統(tǒng)cc1010進(jìn)行單步、斷點(diǎn)、實(shí)時(shí)全速運(yùn)行；如果有兩臺(tái)開發(fā)系統(tǒng)，便可以直接分別在兩臺(tái) PC KEIL 環(huán)境下，監(jiān)視不同節(jié)點(diǎn)的實(shí)時(shí)無(wú)線通訊狀態(tài)。
在KEIL DEBUG 的屏幕上，(見圖二)，你可以看到所有的CC1010內(nèi)部寄存器都可以實(shí)時(shí)被觀察到，特別是無(wú)線通訊相關(guān)的高頻寄存器，都可以觀察到寄存器的變化，這其實(shí)是在動(dòng)態(tài)觀察高頻部分的實(shí)際工作情況。 |
66821730(技術(shù)支持)
