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來(lái)源：DigiKey 作者： Steven Keeping 今天，盡管無(wú)線(xiàn)連接已無(wú)處不在，用戶(hù)使用起來(lái)也越來(lái)越方便，但如果在射頻工程方面經(jīng)驗有限，設計無(wú)線(xiàn)項目仍然是一項艱巨的任務(wù)。 商用模塊通常集成了嵌入式處理器、收發(fā)器、射頻調諧電路、電源管理，甚至還有一根或兩根天線(xiàn)，使工作變得更容易，因為大部分的射頻設計和測試已經(jīng)完成。不過(guò)，有些原型需要注意更多的設計細節，以確保即使采用 Microchip Technology 的 WBZ451PE-I 等模塊（圖 1）也能取得成功。 
圖 1：WBC451PE-1 模塊雖然使無(wú)線(xiàn)產(chǎn)品構建變得輕而易舉，但仍存在一些隱患。（圖片來(lái)源：Microchip Technology） 模塊在電路板上的方向、地平面的位置、電磁干擾 (EMI) 屏蔽、其他元件的位置、印制電路 (PC) 板印制線(xiàn)阻抗等簡(jiǎn)單的因素都會(huì )產(chǎn)生影響。因此，相對于設計者不注重細節的無(wú)線(xiàn)產(chǎn)品而言，設計精良且帶有射頻模塊的無(wú)線(xiàn)產(chǎn)品展現出更大的范圍、更高的吞吐量和更低的功耗。 編碼時(shí)間 軟件也會(huì )對產(chǎn)品的整體性產(chǎn)生重要影響。無(wú)線(xiàn)產(chǎn)品通常需要射頻協(xié)議棧和應用軟件。 雖然可以編寫(xiě)低功耗藍牙 (LE)、Zigbee 或專(zhuān)有 2.4 GHz 協(xié)議等射頻協(xié)議軟件的代碼，但經(jīng)過(guò)驗證的成熟協(xié)議棧通常由收發(fā)器制造商提供，或從開(kāi)源庫中獲取。這可能是最具性?xún)r(jià)比、最快捷的方法。 在無(wú)線(xiàn)鏈路上傳輸無(wú)線(xiàn)電數據和確保數據包攜帶有用的有效載荷是兩碼事。應用代碼決定類(lèi)型、優(yōu)先級、格式以及數據如何傳輸頻率等參數。軟件可完成一些相對簡(jiǎn)單的事情，如發(fā)送溫度、濕度或心率信息。對于更復雜的應用，則可能需要傳輸音頻流或來(lái)自機器振動(dòng)傳感器的多個(gè)實(shí)時(shí)頻率。 射頻協(xié)議和應用軟件對產(chǎn)品性能的影響不亞于硬件。例如，如果應用代碼編寫(xiě)不當，可能會(huì )導致射頻協(xié)議棧出現持續中斷，進(jìn)而影響吞吐量�；蛘�，應用軟件可能會(huì )對無(wú)線(xiàn)電的占空比產(chǎn)生不利影響。例如，應用軟件可能會(huì )指示無(wú)線(xiàn)電更頻繁地傳輸數據，從而增加不必要的功耗。 為無(wú)線(xiàn)項目尋求幫助 好消息是，在開(kāi)發(fā)無(wú)線(xiàn)項目時(shí)可在許多方面尋求幫助。制造商非常樂(lè )意在硬件設計、協(xié)議和應用軟件示例方面提供幫助。 在硬件方面可以得到的幫助通常是評估套件。評估套件可以是基于目標無(wú)線(xiàn)收發(fā)器或模塊的完整工作設計。硅器件供應商通常會(huì )提供印刷電路板 Gerber 文件和規定了評估套件組件的物料清單 (BOM)，從而方便將產(chǎn)品用作硬件參考設計。評估板設計的重要部分是天線(xiàn)定位。您需要使地平面和其他元件之間保持足夠的間隙，以確保獲得最佳的天線(xiàn)靈敏度。通過(guò)使用制造商的布局，可以避免影響天線(xiàn)性能。 例如，Microchip Technology 的 EV96B94A WBZ451 Curiosity Board 是一個(gè)完整評估套件（圖 2）。使用該評估板，工程師可以更輕松地為智能家居和工業(yè)自動(dòng)化應用中的低功耗藍牙和 Zigbee 項目進(jìn)行原型開(kāi)發(fā)。Curiosity Board 的核心是 IWBZ451PE-I 藍牙收發(fā)器模塊。該模塊基于 PIC32CX-BZ2。這是一款通用型低成本、32 位微控制器，可支持低功耗藍牙（最高 5.2 版）和 Zigbee（最高 3.0 版）等多協(xié)議無(wú)線(xiàn)接口，同時(shí)還可管理射頻收發(fā)器和電源管理單元 (PMU)。
圖 2：EV96B94A Curiosity Board 的頂部-側視圖，其中，WBZ451PE-I 模塊位于頂端。注意：模塊上印刷電路板天線(xiàn)的內置間隙，可確保獲得最佳性能。（圖片來(lái)源：Microchip Technology） WBZ451PE-I 模塊集成了微控制器，支持印刷電路板天線(xiàn)或用于外部天線(xiàn)的 u.FL 連接器。該模塊配備了一套標準微控制器外設，如模數轉換器 (ADC)，以及串行外設接口 (SPI)、內部集成電路 (I2C)、四通道 SPI (QSPI) 和通用異步收發(fā)器 (UART) 等接口。 Curiosity Board 還配備了一個(gè)外置式 Microchip QSPI 閃存芯片、一個(gè)模擬電壓溫度傳感器和一個(gè)用于連接外部編程器/調試器的 10 針 Arm 串行線(xiàn)調試 (SWD) 接頭。 準備原型開(kāi)發(fā) 您會(huì )發(fā)現 Curiosity Board 的入門(mén)相對簡(jiǎn)單。該開(kāi)發(fā)板是主要硬件，但還需要一條 Type-A 公頭轉 Micro-B USB 電纜，以便將開(kāi)發(fā)板連接到 PC 和支持藍牙的 Android 或 iOS 智能手機。進(jìn)行開(kāi)發(fā)所需的軟件包括 MPLAB 集成開(kāi)發(fā)環(huán)境 (IDE)、MPLAB XC32 編譯器、PKOB4 工具包和開(kāi)箱即用的演示版�？梢允褂猛獠� 5 V 電源或 4.2 V 鋰電池為該評估板供電。圖 3 所示為 Curiosity Board 的硬件框圖。
圖 3 Curiosity Board 的硬件框圖顯示了如何用 5 V 電源或者 Li-Po 電池為其供電。該板還內置了溫度傳感器和 RGB LED，可與示例程序配合使用。（圖片來(lái)源：Microchip Technology） 該板包括一個(gè)集成編程器和調試器（PKOB4 工具包的一部分）。該器件支持通過(guò) micro-B USB 連接器從主電腦對 WBZ451PE-I 模塊進(jìn)行編程、調試。默認情況下，板載調試器與 WBZ451PE-1 模塊的編程引腳（SWDIO 和 SWDCLK）連接。 該板配備的軟件可在單個(gè)應用中演示兩種常見(jiàn)的低功耗藍牙和 Zigbee 用例，兩個(gè)接口�？赏瑫r(shí)運行。具體來(lái)說(shuō)，該應用支持低功耗藍牙傳感器監視、低功耗藍牙照明控制以及 Zigbee 照明控制和監視。傳感器示例實(shí)現了一個(gè)全功能低功耗藍牙溫度傳感器，數據來(lái)自 Curiosity Board 的板載溫度傳感器。該板還集成了一個(gè) RGB LED。 Zigbee 照明控制軟件示例包括對該板上 RGB LED 的低功耗藍牙全控制。通過(guò)低功耗藍牙進(jìn)行的 Zigbee 調試使用低功耗藍牙鏈接交換 Zigbee 調試數據。Zigbee 和低功耗藍牙任務(wù)在 FreeRTOS 下同時(shí)運行。圖 4 中的“燈”（由電路板上的 RGB LED 表示）可通過(guò)低功耗藍牙或 Zigbee 網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行控制。連接后，用戶(hù)可以通過(guò)低功耗藍牙連接控制 LED 的亮度、顏色和點(diǎn)亮/熄滅狀態(tài)。
圖 4：Curiosity Board 的照明控制示例演示了 Zigbee 和低功耗藍牙協(xié)議棧同時(shí)運行。（圖片來(lái)源：Microchip Technology） 驗證過(guò)示例后，可以嘗試編寫(xiě)自己的代碼。對于沒(méi)有經(jīng)驗的代碼編寫(xiě)人員，Microchip 提供應用構建塊。這些內容緊湊的培訓模塊側重于 WBZ451PE-I 模塊的低功耗藍牙功能。通過(guò)這些構建模塊，可以熟悉軟件、MPLAB 代碼配置器以及實(shí)現相關(guān)功能所需的應用編程接口 (API)。 結束語(yǔ) 沒(méi)有經(jīng)驗的人可能會(huì )對無(wú)線(xiàn)設計望而生畏，但有了芯片供應商提供的評估板和射頻模塊，無(wú)線(xiàn)設計就變得容易多了。此外，制造商還提供成熟可靠的射頻協(xié)議棧，并通過(guò)提供示例和構建模塊，讓用戶(hù)輕松入門(mén)復雜應用。 |
