采用PIC的FSK/ASK超外差收發(fā)機(jī)的設(shè)計(jì)

概述：基于FSK／ASK的超外差收發(fā)機(jī)在遠(yuǎn)程無(wú)線進(jìn)入、汽車(chē)胎壓檢測(cè)、無(wú)線傳感器等方面都有很廣泛的應(yīng)用。本文以PICl6F819和MAXl471、MAXl479為基本部件，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)FSK／ASK超外差射頻收發(fā)機(jī)的過(guò)程。

?射頻技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)城都有著廣泛的應(yīng)用。各種基于射頻妁設(shè)備都在向小體積、低功耗、抗干擾、高糾錯(cuò)的方向發(fā)展，使用分離元件構(gòu)成的射頻設(shè)備已不能滿足需要。因此，使用FSK／ASK調(diào)制的集成射頻收發(fā)芯片便應(yīng)運(yùn)而生。本文以PICl6F819單片機(jī)和MAXl479、MAXl471為核心器件，設(shè)計(jì)一款為無(wú)線遙控門(mén)鎖使用的FSK／ASK超外差射頻收發(fā)機(jī)；介紹PICl6F819芯片和MAXl479、MAXl471芯片的性能，詳細(xì)討論收發(fā)機(jī)的硬件和軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)并予以實(shí)現(xiàn)。

1 元器件的選擇
(1)控制器的選擇
??? 在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，需要涉及到以下幾個(gè)方面：處理器性能、所支持的開(kāi)發(fā)工具、處理器的成本和功耗．綜合以上幾個(gè)方面考慮，微控制器選擇Microchip公司的一款高性價(jià)比的8位微控制器PICl6F819。PICl6FSl9采用20腳貼片封裝，在線方式進(jìn)行程序調(diào)試和燒寫(xiě)；可采用內(nèi)部晶振，工作頻率可選31 kHz~8 MHz；工作電壓從2~5.5V；正常工作時(shí)使用2V電壓供電、使用內(nèi)部晶振頻率為32kHz、電流為7μA；睡眠狀態(tài)時(shí)使用2V電壓供電、電流為0．7μA。
(2)收發(fā)器件的選擇
??? 隨著無(wú)線技術(shù)的發(fā)展，無(wú)線收發(fā)芯片的集成度和性能都得到大幅度提高，芯片性能也各有特色。生產(chǎn)此類芯片的廠商主要有Nordic、TI和Maxim等。選擇無(wú)線收發(fā)芯片時(shí)，應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)因素：功耗、發(fā)射功率、接收靈敏度、傳輸速率和芯片成本等。Maxim公司的MAXl479和MAXl471分別是超外差射頻發(fā)射機(jī)和接收機(jī)，都采用+2．1~+3．3V的單電源供電，可以選擇FSK／ASK調(diào)制方式，低工作電流，小貼片封裝。

2 系統(tǒng)硬件構(gòu)成
2.1 發(fā)射部分
??? 發(fā)射部分由微控制器PICl6F819和射頻發(fā)射芯片MAXl479組成，其系統(tǒng)構(gòu)成原理圖如圖1所示。
???

??? 微控制器PICl6F819通過(guò)PA口的8個(gè)引腳控制MAXl479的發(fā)射工作。MAXl479的主要引腳功能如表l所列。

??? 其中，Mode引腳用于選擇發(fā)射芯片是FSK模式或ASK模式。Enable引腳為高電平，則MAXl179進(jìn)入發(fā)射狀態(tài)。DIN引腳輸入串行數(shù)據(jù)。
??? Clk0和Clk1共同決定Clkout引腳的輸出頻率，該頻率可以作為微控制器的時(shí)鐘頻率輸入。Clk0和Clkl的狀態(tài)組合如表2所列。

??? Dev0、Devl、Dev2共同決定FSK調(diào)制時(shí)的背離頻率的大小，其組合狀態(tài)表如表3所列。

??? 發(fā)射的載波頻率由MAXl479所用的晶振決定，晶振同發(fā)射載波頻率間的關(guān)系是：
??? fXTAL=32×晶振頻率
??? 如果選擇的發(fā)射載波頻率為315MHz，則所使用品振為9.8437MHz；如發(fā)射載波頻率為433MHz，則所使用品振為13.56MHz。
??? MAXl479使用的天線要符合50Ω阻抗匹配，天線可以采用l／4波長(zhǎng)的鞭狀天線，也可以使用PCB布線作為天線。
2.2 接收部分
??? 接收部分由射頻接收芯片MAXl47l和微控制器構(gòu)成，接收方一般和其他系統(tǒng)連接在一起，故不需要刻意根據(jù)低功耗選擇微控制器，而是根據(jù)數(shù)據(jù)處理的需要自行選擇。構(gòu)成框圖如圖2所示。

??? MAXl47l需要外接一個(gè)lO.7MHz的低通濾波器，晶振的頻率同接收載波的頻率的關(guān)系為：
??? fRRECEIVE=（fXTAL×32)+l0.7MHz
??? 如果接收載波的頻率為315MHz，則晶振的頻率為9.509MHz；接收載波的頻率為433.92MHz，則晶振的頻率為13.2256MHz。
MAXl47l的主要引腳如表4所列。

??? 其中，IFIN+MIXOUT、AGND連接10.7MHz的低通濾波器，用于ASK數(shù)據(jù)的解調(diào)。ADATA引腳為高，表示到來(lái)的是ASK解調(diào)數(shù)據(jù)；FDATA為高，表示到來(lái)的是FSK解調(diào)數(shù)據(jù)。微控制器連接SCLK、CS、DIO引腳對(duì)MAXl472內(nèi)部的寄存器進(jìn)行讀寫(xiě)。
??? MAXl471同樣要求50Ω阻抗匹配的天線，可以使用PCB布線作為天線。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
3.1 發(fā)射部分
??? 發(fā)射部分的編程主要是對(duì)PIC16F819的操作。程序由PlCl6F8l9初始化、MAXl479初始化和數(shù)據(jù)發(fā)射三部分組成。
??? 對(duì)PICl6F819的初始化包括設(shè)置內(nèi)部晶振的工作頻率和PA口的狀態(tài)。對(duì)MAXl479的初始化包括設(shè)置工作模式、晶振輸出頻率選擇和FSK背離頻率的選擇。數(shù)據(jù)發(fā)射部分包括：設(shè)置數(shù)據(jù)幀格式、發(fā)送位“0”或“l(fā)”子程序、發(fā)送一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)子程序和循環(huán)發(fā)送多個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)子程序。程序流程圖如圖3所示。

3.2 接收部分
??? 接收部分程序主要是微控制器通過(guò)SCLK、CS、DIO等引腳對(duì)MAX147l內(nèi)部寄存器進(jìn)行讀寫(xiě)的過(guò)程。
??? 對(duì)MAXl471內(nèi)部寄存器進(jìn)行寫(xiě)操作的時(shí)序圖如圖4所示。CS引腳為低，MAXl47l進(jìn)入工作狀態(tài)，SCLK引腳產(chǎn)生串行輸入時(shí)鐘，DIO向MAXl47l串行輸出命令。命令的格式為；4位命令碼、4位地址、8位數(shù)據(jù)。命令碼共有3個(gè)：0x01代表寫(xiě)、0x02代表讀、0x03代表復(fù)位。

??? 對(duì)MAXl47l內(nèi)部寄存器進(jìn)行讀操作的時(shí)序圖如圖5所示。CS引腳為低，MAX147l進(jìn)入工作狀態(tài)，SCLK引腳產(chǎn)生串行輸出時(shí)鐘，DI0從MAXl471串行輸出數(shù)據(jù)。當(dāng)ADATA為高，輸出ASK解調(diào)數(shù)據(jù)；當(dāng)FDATA為高，輸出FSK解調(diào)數(shù)據(jù)。輸出數(shù)據(jù)遵循同樣的數(shù)據(jù)格式。
??? MAX147l內(nèi)部常用寄存器和地址的對(duì)照表如表5所列。

??? 以接收315MHz的FSK數(shù)據(jù)為例說(shuō)明接收數(shù)據(jù)的編程步驟。
??? ①寫(xiě)0x3000對(duì)芯片進(jìn)行復(fù)位。
??? ②寫(xiě)0x10f0使能所有的RF和基帶部分。
??? ③寫(xiě)0x135f設(shè)置晶振寄存器，芯片工作于315 MHz頻率。
??? ④寫(xiě)0x1120置配置寄存器的FSKCALLSB位，使能FSK校準(zhǔn)。
??? ⑤寫(xiě)0x1121開(kāi)始FSK校準(zhǔn)。
??? ⑥讀0x2900讀狀態(tài)寄存器位0和位1的狀態(tài)，以確定FSK校準(zhǔn)已完成。
??? ⑦讀FSK調(diào)試后的數(shù)據(jù)，由微控制器進(jìn)行處理。

結(jié) 語(yǔ)
??? 該系統(tǒng)已成功應(yīng)用在一款無(wú)線遙控門(mén)鎖上，使用效果良好，可以在20m的距離內(nèi)無(wú)誤差的識(shí)別不同的電子鑰匙。發(fā)射部分使
用3V的鋰電池供電，發(fā)射時(shí)的工作電流在FSK模式為10.5mA，在ASK工作模式為6.7mA。FSK／ASK超外差射頻收發(fā)機(jī)由于其自身的優(yōu)點(diǎn)，在無(wú)線射頻領(lǐng)域?qū)?huì)得到廣泛的應(yīng)用。