基于C8051和Si4432无线收发透明模块设计与实现

摘要：为了节省成本和降低用户对无线通信使用的难度。设计基于C8051F340和Si4432的一款无线收发模块。通过大量的干扰实验，证实模块在一些比较恶劣的环境下也能稳定工作。此模块具有较小的PCB尺寸，通过串口透明传输，方便嵌入到用户的产品中，缩短了用户开发无线产品的周期。
关键词：C8051F340；Si4432；无线收发模块；透明传输

目前市场上各类无线产品种类及应用越来越广泛，如何让广大学生、电子研发人员及一些小公司能快速在自己的产品中使用无线技术、降低无线技术的门槛，是本设计的初衷。对一些没有接触无线技术的人，从学到最后的设计应用需要比较长的时间。本文设计了一种基于无线收发芯片Si4432和单片机C8051F340的无线射频收发系统。基于串口透明传输，用户只需要了解一些串口指令即可方便实现无线收发。多种标准接口方便用户把模块嵌入到自己的产品中去。模块经过大量的试验、改进，能实现较远距离的稳定传输。

1 系统总体方案
无线射频收发系统结构框图如图1所示，由单片机C8051F340控制Si4432实现无线数据的收发。

发送模块中的C8051F340将数据传送给Si4432进行编码处理，并以特定的格式经天线发送给接收模块。接收模块对接收到的射频信号放大、解调之后，再将数据送给主控制器C8051F340进行相应的处理，如送液晶显示等。为测试方便，系统提供了按键和液晶(OCM12864-9)等人机交互接口(模块本身不带显示部分，开发板留有12864接口)，还留有RS 232，TTL，RS 485等接口。可以实现模块之间各种标准通信及与PC机通信。

2 硬件设计
Si4432芯片是Silicon Labs公司推出的一款高集成度、低功耗、多频段的EZ Radio PRO系列无线收发芯片。Si4432在使用时所需的外部元件很少，1个30 MHz的晶振、几个电容和电感就可组成一个高可靠性的收发系统，设计简单且成本低。Si4432的接收灵敏度达到-117 dB，可提供极佳的链路质量，在扩大传输范围的同时将功耗降至最低；最小滤波带宽达8 kHz，具有极佳的频道选择性；在240～960 MHz频段内，不加功率放大器时的最大输出功率就可达20 dBm，设计良好时收发距离最远可达2 km。C8051F340也是Silicon Labs公司推出的单片机。具有4 KB的RAM和64 KB的FLASH，片上集成了丰富的外围模块(包括串口，SPI，10位A／D转换器等)，很好地满足了本系统对微控制器的要求；支持快速唤醒和最低0．9 V的供电；有多种电源管理模式(如正常模式、空闲模式、休眠模式等)，内部集成的2个内建欠压检测器分别适用于休眠模式和正常模式，典型休眠模式下电流仅为50 nA。C8051F340包含1个高效率直流升压转换器，最多提供65 mW给内部微控制器和其他元器件，为了减少正常模式下的电池耗电，C8051F340的省电架构能将操作模式下的电流减小到170μA／MHz。无线收发硬件设计原理图如图2所示。

C8051F340可以通过内置增强型SPI对Si4432的内部寄存器进行读写操作，灵活配置各项参数。通过SPI接口完成对Si4432的初始化配置、读写数据、访问FIFO等操作。使用4线SPI，即MOSI、MISO、SCK和SEL。MOSI用于从C8051F340到Si4432的串行数据传输；MISO用于从Si4432到C8051F340的串行数据传输；SCK用于同步C8051F340和Si4432之间在MOSI和MISO线上的串行数据传输；SEL作为片选信号，只有片选信号为低电平时，对Si4432的操作才有效。Si4432的13～16脚是标准的SPI接口，17脚(IRQ)是中断状态输出引脚。
为了达到较好的通信效果，Si4432的接收低噪声放大器匹配电路和发射功率放大器匹配电路的阻容参数，应严格按照数据手册提供的参数选型。前端的分集式电路采用SKY13267，其V1脚和V2脚分别连接Si4432的GPIO1和GPIO2。通过这款交叉开关实现分集式天线发送和接收通道的自动切换。

3 系统软件设计
软件的开发环境为KeilμVision 3，使用的语言为KeilC51。软件的功能为完成MCU和Si4432的缺省配置；软件设计的目的是完成微控制器和Si4432的初始化配置、数据的接收与发送。