基于nRF2401的工程机械仪表显示无线通信平台的设计与实现

　　2401具备4种工作模式，由PWR_UP、CE和CS 3个引脚信号决定，表1给出了工作模式与引脚信号的对应关系。

　　2401上电工作时，首先置为配置模式，由初始化程序写入配置字，配置字的最后1位指定2401收发状态；然后由控制器输出信号将CE引脚置为高电平，2401进入收发模式工作，通过指定通道收发数据，收发双方交互时一方可进入空闲模式，待全部数据传送完毕时进入关机模式。

　　2.2 通信系统硬件逻辑电路

　　图2为系统的控制芯片MSP430F149与无线模块nRF2401的硬件逻辑电路。由于MSP430F149只有P1和P2口具有中断控制功能，故将F149的P2口P2.0～P2.7分别接2401的CE、DR2、CLK2、DOUT2、CS、DR1、CLK1和DATA引脚，P5.7接PWR_UP。

　　2401的工作电压为3 V，由图2可知2401应用电路只需少量的外围元件。在设计过程中，天线可以选用PCB内置，也可以使用单鞭天线和环形天线。本系统使用外置天线，SMA接头。传输距离在100 m左右，可满足大型工程机械仪表通信距离要求。

　　系统外围电路部分设计较简单，MSP430F149的P6口为指定A/D口，现场采集的仪表传感器信号经整形放大输入F149的P6端口进行A/D转换；P3、P4、P5口为普通I/O口，因此要合理利用I/O口；F149的P4和P5端口接液晶显示器YJD12864，控制LCD实时显示；P1端口接键盘，2401的收发状态由按键中断设定。

　　3 系统软件设计

　　系统软件是在IAR Embedded Workbench平台上开发的C代码程序，采用模块化结构。发射机程序包括数据采集、无线数据发送、实时显示以及与PC机通信等模块；接收机程序包括无线数据接收、地址和CRC校验、仪表参数实时显示以及与PC机通信等模块。此外，发射机和接收机软件留有收发命令接口，以备系统扩展工程操作遥控功能。本文主要讨论无线数据传输模块。

　　无线通信模块主要完成nRF2401初始化和无线数据收发功能。

　　2401初始化主要是写入配置字，由CS片选引脚控制, CLK1引脚提供串行时钟，通过DATA数据位引脚串行写入配置字。2401工作在ShockBurstTM方式下，配置字包括数据宽度、地址宽度、地址、CRC校验码和解码四部分。

　　2401数据包通信协议格式由PRE-AMBLE＋ADDRESS＋PAYLOAD＋CRC项组成。其中：PRE-AMBLE为8 bit前导码，由硬件自动加入；ADDRESS为32 bit发送地址码；PAYLOAD为208 bit的发送数据；CRC是由内置纠检错硬件电路自动加上的校验和，可设为0、8或16 bit。除去前导码，本系统设置数据包长度为256 bit(32 B)，其中：数据宽度208 bit、地址宽度32 bit、CRC码16 bit。