无线收发芯片原理管理论文

导语：无线收发芯片原理管理论文一文来源于网友上传，不代表本站观点，若需要原创文章可咨询客服老师，欢迎参考。

摘要：nRF24E1是集成有2.4GHz无线收发器、增强型8051、ADC和其它外设的一款高集成度无线收发芯片，它体积小，功耗低、所需外围元件少，并有很大的价格优势，可代替一些场合的蓝牙应用需求。文中介绍了nRF24E1发芯片的主要特点、内部结构和引脚功能，最后给出了nRF24E1的无线数据包格式和典型应用电路。

关键词：nRF24E1；ISM频段；蓝牙；无线通信；8051

1nRF24E1的主要特点

nRF24E1是北欧集成电路公司（NORDIC）推出的一款带2．4GHz无线收发器nRF2401和增强型8051内核的无线收发模块。nRF24E1适用于各种无线设备的短距离互连应用场合，工作于ISM（工业、科学和医学）频段。该器件有125个频点，能够实现点对点、点对多点的无线通信，同时可采用改频和跳频来避免干扰。nRF24E1最大传输速率可达1Mbit／s，其最大发射功率为0dBm，在比较理想环境中，其室内传输距离可达30～40米，室外传输距离可达100～200米。nRF24E1的灵敏度为－90dBm，工作电压为1．9V～3．3V，工作温度范围为－40～＋80℃。

nRF24E1的主要特性如下：

●带有2．4GHz无线收发器；

●内含增强型8051控制器；

●可工作在低电压1．9V～3．6V下；

●内有电压调节器；

●待机电流可低至2μA，同时器件还带有唤醒定时器；

●采用0．18μm的CMOS技术制造；

●所需外围器件很少；

●设计简单。

2引脚功能

nRF24E1采用36脚QFN（6×6mm）封装，其引脚排列如图1所示，各引脚功能如下：

nRF24E1有11个数字I／O引脚，由P0口（DIO2～DIO9）和P1口（DIO0、DIO1、DIN0）组成，除了DIN0只能用于输入外，其余都是双向引脚，而且大部分数字I／O有复用功能。P0口各个引脚的复用功能如表1所列。

表1P0口引脚的复用功能

引脚P0.7(DIO9)P0.6P0.5P0.4

复用功能PWMT1T0INT1

引脚P0.3P0.2P0.1P0.0(DIO2)

复用功能INT0TXDRXDGPIO

此外，P0口还有两个控制寄存器P0ALT和P0DIR。其中P0ALT的控制优先级高于P0DIR。设计时可以通过设定P0ALT来决定哪些引脚使用复用功能，没有选用复用功能的引脚则为GPIO，而可用P0DIR来设置这些P0口是输入还是输出。

P1口只有3个引脚，可设为SPI接口或GPIO，nRF24E1使用SPI时，只能作为主机。SPI接口的引脚功能如下：

P1．2（DIN0）：串行数据输入脚；

P1．1（DIN1）：串行数据输出脚；

P1．0（DIO0）：串行时钟引脚。

nRF24E1带有9个模拟输入引脚，其中AIN0～AIN7为ADC的8路模拟输入，AREF为ADC参考电压。此外，该器件还有2个天线接口引脚ANT1和ANT2以及两个晶振引脚XC1和XC2。

nRF24E1必须用高精度的晶振，为了支持1Mbit／s的传输速率，设计时还必须采用16MHz以上的晶振。

nRF24E1的其它引脚还有12个。其中IREF用于连接外部偏置参考电阻。其余为电源和接地脚。

图2

3内部结构

图2是nRF24E1的内部结构框图和外围元件。

从芯片的内部结构图可以看出，nRF24E1内有增强型8051内核、无线收发器nRF2401、9路100kspls／s的10bit模数转换器、UART异步串口、SPI接口、PWM输出、RC振荡器、看门狗和唤醒定时器，此外，nRF24E1还内置了专门的稳压电路。

在nRF24E1的内部存储空间中，512BROM用于存储引导程序。上电后，它可将EEPROM中存储的程序下载到4kBRAM的程序运行空间，另外的256BRAM为数据存储器。

4无线数据包格式和收发器配置字

数据包格式是通信协议的重要部分，nRF24E1的无线数据包格式如下：

PerambleADDRPAYLOADCRC

其中，Preamble是前导码，是由硬件自动加上去的；ADDR是要发送的32～40位地址码；PAYLOAD是有效数据；CRC是CRC校验和，它可由内置CRC纠检错硬件电路自动加上，可设为0、8或16位。ADDR、PAYLOAD和CRC的总长度最大为256位，因此，设置较短的地址和校验和可以提高传输效率，但会使可靠性降低。

无线收发器nRF2401有一个144bit的配置字，该配置字规定了无线收发器的接收地址、收发频率、发射功率、无线传输速率、无线收发模式以及CRC校验和的长度和有效数据的长度。在同一时刻，无线收发器只能处于接收或发送模式中的一种，一般以接收模式为待机状态。

5应用电路

nRF24E1可工作于2．4GHz的国际通用ISM频段而无需申请无线应用许可证，从而大大方便了开发者和用户。nRF24E1内置了增强型8051控制器，是一种集无线数据接收和发送于一体并可对数据进行处理的片上系统（SoC），这使得nRF24E1的应用系统更为简化，并且大大增强了无线系统的稳定性和可靠性，同时也使得开发变得简单，而且可以降低了成本。

图3

nRF24E1体积小、功耗低，因此非常适用于对体积和功耗要求较高的应用场合。可广泛应用于计算机外设、无线耳机、玩具、游戏手柄、汽车电子、医疗器械、遥控和工业传感器等方面。图3所示是nRF24E1的应用电路。图中，nRF24E1通过SPI口与EEPROM进行连接。上电后，电路可在512BROM中存储的引导程序的控制下，通过SPI将EEPROM中存储的用户程序传送至nRF24E1的4kBRAM程序运行空间中，以把控制的任务转到用户程序，这样通过SPI口就可以与其它器件进行通讯了。

当上电后，首先必须对无线收发器nRF2401的配置字进行初始化，这可通过8051对配置字写数据来实现。

6结束语

众所周知，蓝牙芯片也工作在2．4GHz频段，但由于其成本一直居高不下，产品也很难开发，因此到目前为止，蓝牙的市场产品还很少。另外，市场也尚未出现非要蓝牙不可的应用需求，这样，蓝牙的一些市场定位便能够轻易的被其他更专业的产品所取代，nRF24E1就是其中很有价格优势和较容易开发的一种，可用来代替一些领域的蓝牙应用需求。