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本文介紹了一種基于IA4420的無(wú)線(xiàn)數據采集系統的總體方案、硬件電路及軟件實(shí)現流程。經(jīng)過(guò)對各項參數的合理配置，在實(shí)際使用中各項檢測指標均符合國家無(wú)線(xiàn)電管理的相關(guān)技術(shù)要求，具有很高的實(shí)用價(jià)值。 1 IA4420簡(jiǎn)介 IA4420射頻芯片是一款單芯片、低功耗、多頻段的FSK收發(fā)器，可工作在315／433／868／915 MHz四個(gè)頻段。其內部集成了所有必需的射頻功能，外圍只需1個(gè)MCU、1個(gè)晶振和旁路濾波電容就可組成一個(gè)高可靠性的收發(fā)系統，具有設計簡(jiǎn)單、成本低、生產(chǎn)免調試的特點(diǎn)。在無(wú)需外加功放的情況下，通信距離可達到200 m以上。 圖1為IA4420的內部結構圖。芯片內部集成有高頻功率放大器(PA)、低噪聲放大器(LNA)、I／Q混頻器、基帶濾波器、放大器和I／Q解調器。為了方便射頻設計，IA4420有一個(gè)完全集成的鎖相環(huán)(PLL)，該PLL具有的快速鎖相時(shí)間特性可實(shí)現快速跳頻，它的高分辨率允許各個(gè)頻段的多頻點(diǎn)應用�？删幊痰幕鶐捒筛鶕煌念l偏、數據傳輸率和晶振誤差作出相應調整。這款收發(fā)器采用了帶I／Q解調的零中頗技術(shù)，因此在典型的應用中不需要外圍器件(除了晶振和退耦電容)。此外，IA4420集成了數據過(guò)濾、時(shí)鐘恢復、數據模式識別、FIFO和發(fā)射數據寄存器，這些數字信號處理功能顯著(zhù)地減輕了控制器的負擔。在低功耗應用中，IA4420支持基于內部喚醒定時(shí)器的低功耗操作，最低待機電流為O．3μA。 
2 系統設計 無(wú)線(xiàn)數據采集系統的結構如圖2所示。圖中，數據采集由相應的傳感器(例如監測環(huán)境溫度的溫度傳感器)完成。當單片機通過(guò)IA4420接收到數據采集的指令后，就會(huì )將傳感器采集到的數據再通過(guò)IA4420發(fā)送出去，命令端同樣經(jīng)過(guò)IA4420將數據接收下來(lái)。在采集端的IA4420可以編上不同的機器識別碼，這樣命令端就可以同時(shí)控制多點(diǎn)的數據采集。
3 主要硬件設計 無(wú)線(xiàn)數據采集系統的硬件核心是單片機和IA4420，其主要硬件設計如圖3所示。
IA4420與單片機的連接關(guān)系十分簡(jiǎn)單。1至4腳是標準的SPI接口，單片機通過(guò)這個(gè)接口完成對IA4420內部寄存器的各項配置，以及發(fā)送和接收FSK數據。IA4420的第5腳(nlRQ)是中斷請求。當發(fā)送寄存器準備接收下一個(gè)字節，或。FIFO收到預定的位的個(gè)數，或遇到上電復位、 FIFO溢出等情況時(shí)，第5腳都會(huì )發(fā)出一個(gè)低電平。由于具有自動(dòng)頻率控制功能(AFC)，所以IA4420允許使用低精度(低成本)的晶振。為了讓系統的成本降到最低，這款芯片可以提供時(shí)鐘信號(第8腳)給單片機，從而避免使用2個(gè)晶振。 4 軟件設計 IA4420是一款高度集成的芯片，可以通過(guò)內部寄存器靈活地配置各項參數。下面介紹其主要配置參數命令(命令都是16位的，POR為此命令的默認值)。 4．1 配置設置命令
el使能內部發(fā)射寄存器，數據通過(guò)發(fā)射寄存器方式發(fā)射時(shí)，e1必須置1；ef使能內部FIFO寄存器，采用FIFO方式接收、讀取數據時(shí)，ef必須置1．b1、bO用于選擇工作頻段，如表1所列。
4．2 電源管理命令 er用于打開(kāi)接收機；ebb用于打開(kāi)基帶電路；et用于打開(kāi)發(fā)射機；es用于打開(kāi)頻率合成器；ex用于打開(kāi)晶體振蕩器；eb用于打開(kāi)低壓檢測器；ew用于打開(kāi)喚醒定時(shí)器；dc用于禁止時(shí)鐘輸出。 在發(fā)射狀態(tài)下，et、es、ex置1；接收狀態(tài)下，er、ebb、es、ex置1。 4．3 輸出及FIFO模式命令
f3～f0：用于設置FIF0中斷門(mén)限。當接收到的數據位達到該門(mén)限個(gè)數時(shí)，FIFO產(chǎn)生中斷。 al設置FIF0填充條件：al為O時(shí)，只有接收到同步字2DD4h后，才開(kāi)始向FIFO中寫(xiě)入接收到的數據；a1為1時(shí)，總是填充。 ff：同步格式接收后使能FIFO填充，清除該位會(huì )停止FIFO填充。如果需要重新啟動(dòng)同步格式識別，可將該位先置0后置1。 dr：禁止高靈敏度的復位模式。如果此位清零，那么供電電源的一個(gè)200 mV的干擾將導致系統復位。 4．4 發(fā)射配置控制命令 mp和m3～m0為FSK調制參數，輸出FSK頻率可以表示為： fout=fo+(-1)SIGN·(M+1)·(15kHz) 這里，f0為信道的中心頻率(由頻率設置命令設定)；M是4個(gè)二進(jìn)制位m3～m0；SIGN=(mp)XOR(FSK數據)。 p2～pO用于設定輸出功率，如表2所列。
4．5 頻率設置命令
12位參數F(f11～f0)用于設置工作頻率，其取值范圍為96～3 903。合成器的輸出中心頻率分別表示為：
1A4420發(fā)送和接收流程如圖4和圖5所示。
圖4中，初始化IA4420后打開(kāi)發(fā)射機。當IA4420發(fā)射完一個(gè)字節后會(huì )將nIRQ拉低，通知MCU寫(xiě)入后續字節以待發(fā)射。圖5 中，IA4420參數配置完畢之后，打開(kāi)FIFO接收模式。接收到數據之后會(huì )將nIRQ拉低通知MCU讀取數據。數據包接收完畢后，必須要將FIFO復位以便后續數據包接收。 結語(yǔ) 本文介紹了一種基于IA4420的無(wú)線(xiàn)數據采集系統的總體方案、硬件電路及軟件實(shí)現流程。經(jīng)過(guò)對各項參數的合理配置，在實(shí)際使用中各項檢測指標均符合國家無(wú)線(xiàn)電管理的相關(guān)技術(shù)要求，具有很高的實(shí)用價(jià)值。 參考文獻 1. Integration Associates IA4420 universal ISM band FSK transceiver datasheet 2008 作者：73686部隊 徐鈐 王杰 來(lái)源：?jiǎn)纹瑱C與嵌入式系統應用 2009 (1) |
