射頻SoC nRF9E5及無線數據傳輸系統的實現

摘要：介紹最新51兼容的射頻SoC(片上系統)nRF9E5的系統框架、各個組成部分、工作方式和配置方法；分析無線數據傳輸系統的結構和運用nRF9E5進行無線數據系統設計的通信協議；給出系統的硬件原理圖和程序流程圖；歸納nRF9E5在無線數據傳輸系統設計中的優勢。

    關鍵詞：nRF9E5 射頻SoC 數據傳輸 無線通信 51系列

引言

nRF9E5是Nordic VLSI公司于2004年2月5日推出的系統級RF芯片，其內置nRF905 433/868/915MHz收發器、8051兼容微控制器和4輸入10位80ksps A/D轉換器，是真正的系統級芯片，如圖1所示。內置nRF905收發器與nRF905芯片的收發器一樣，可以工作于ShockBurst(自動處理前綴、地址和CRC)方式。內置電壓調整模塊，最大限度地抑制噪音，為系統提供1.9～3.6V的工作電壓，QFN5×5mm封裝，載波檢測。nRF9E5符合美國通信委員會和歐洲電信標準學會的相關標準。由于nRF905功耗低，工作可靠，因此很適用于無線數據傳輸系統的設計。

圖1

1 nRF9E5功能介紹

1.1 nRF9E5硬件

（1）微控制器

nRF9E5的片內微控制器與標準8051兼容，指令時序與標準8051稍有區別。典型的區別是：nRF9E5的片內微控制器的指令周期為4到20個指令周期。中斷控制器支持5個擴展中斷源：ADC中斷、SPI中斷、RADIO1中斷、RADIO2中斷和喚醒定時器中斷。片內控制器還有3個與8052相同的定時器。1個和8051相同的串口，可以用定時器1和定時器2來作為異步通信的波特率產生器。此外，還擴展了2個數據指針，以方便于從XRAM區讀取數據。微處理器中有256B的數據RAM和512B的ROM。上電復位或軟件復位后，處理器自動執行ROM引導區中的代碼。用戶程序通常是在引導區的引導下，從EEROM加載到1個4KB的RAM中，這個4KB的RAM也可作存儲數據用。NRF9E5的大部分寄存器和標準8051相同，只是增加了一些特殊功能寄存器，如RADIO（P2）、ADCCON、ADCDATAH、ADCDATAL、ADCSTATIC、PWMCON、PWMDUTY、RCAP2L、RCAP2H、CKLFCON等。nRF9E5中的P0、P1和P2口寄存器地址和標準8051中的相同，都是0x80、0x90、0xA0,但功能和標準8051中的有所不同。

    （2）CKLF時鐘、RTC喚醒定時器、GPIO喚醒和WTD

nRF9E5內有一個低頻的時鐘CKLF，該時鐘常開。當晶振開始工作后，CKLF頻率為4Hz；晶振不工作時，CKLF是一個低功耗RC晶振器，只要VDD≥1.8V，其連續工作。RTC喚醒定時器、WTD（看門狗）和GPIO喚醒全都工作在CKLF頻率，以保證芯片功耗工作時能夠完成這三個功能。RTC喚醒定時器是一個24位可編程控制的遞減計數器，WTD則是一個16位可編程控制遞減計數器。RTC喚醒定時器和WTD的循環周期一般在300μs～80ms，默認為1ms。RTC喚醒定時器也能作GPIO的輸出源，也就是說，當RTC喚醒定時器初始化時間發生溢出時，能夠產生一個用作GPIO輸出的程序脈沖。

（3）SPI接口和A/D轉換器

SPI（串行外設接口）的接口引腳有MISO（接收EEPROM的SDO送來的數據）、SCK（給EEPROM的SCK提供時鐘信號）、MOSI（送數據到EEPROM的SDI）、EEC

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