LPC900系列单片机在射频数传模块中的应用与研究

2006-05-15 16:06:26来源: 现代电子技术

当前许多应用领域都采用无线方式进行数据传输,在无线抄表、工业数据采集、天线遥控、计算机遥测遥控,医疗卫生自动化、家庭自动化、安防、汽车仪表数据读取等各方面无线射频数传模块都有广泛的应用。

1 射频数传模块开发平台的构建

建立软硬件开发平台是模块开发的首要任务,比较了几种射频数传模块方案,最后决定采用由LPC900系列FLASH单片机和CC1000射频传输芯片为主芯片的开发方案。

1.1 主芯片简介

LPC2900 FLASH单片机是Philips公司推出的一款高性能、微功耗(完全掉电模式功耗低于1μA)、高速率(6倍于普通51单片机)、小封装的5l内核单片机,主要集成了字节方式的I2C总线、SPI总线、增强型UART接口、比较器、实时时钟、E2PROM,AD/DA转换器、ISP/IAP在线编程和应用中编程等一系列有特色的功能部件,可满足各种对成本、线路板空间有限制而又要求高性能、高可靠性的应用。根据性能、成本等各方面因素我们选择了该系列的LPC922。

CC1000是基于Chipcon公司的Smart RF技术制造的可编程、半双工超高频单片收发器芯片,电路工作在ISM频段(300~1 000 MHz)。通过串行接口编程,其主要的工作参数能够根据不同应用场合需要灵活方便地设定。同时其灵敏度可达-109 dBm,可编程输出功率-20~10 dBm,FSK调制数据率最高可达76.8 kBaud,可在2.7~3.3 V低电源工作。非常适合应用于ISM(工业、科学及医疗)方面以及SRD(短距离通信)。

1.2 开发平台构建

LPC900系列单片机提供了较为完善的软硬件开发工具,在系统开发中采用TKS932仿真器,用于系统的仿真、调试。该仿真器支持目前流行的KEILC公司的μVisionⅡ集成开发环境。

通过自行设计的射频模块开发板以及附加一些辅助电路,配合TKS932仿真器及软件开发工具μVisionⅡ,构成的射频数传模块开发平台的框图如图1所示。

PC机的COM1口与TKS932仿真器进行通信,对模块软件进行软、硬件仿真。COM2口则与LPC922进行通讯,一方面可以把软件调试信息更加直观地反映出来,配合软件调试;另一方面可以通过该串口接收或者发送数据到射频模块。

2 软件开发及调试

2.1 数传模块软件基本结构说明

射频传输芯片CCl000具有3种状态:IDEL(空闲),RX(接收数据),TX(发送数据)。整体上看,这是个具有3种状态的状态机模型,状态之间的相互转换见图2。模块主程序除了完成基本的芯片初始化工作外,程序的运行主要是根据在CC1000的DCLK管脚产生的中断,由中断管理程序进行状态检测及切换,并执行相应的中断操作。



2.2 软件调试开发中遇到的问题分析

该开发平台采用的软件开发环境为μVisionⅡ。该环境内嵌多种符合当前工业标准的开发工具,可以完成从工程建立和管理、编译、连接、目标代码的生成,软件仿真,硬件仿真等完整的开发流程。尤其C编译工具在产生代码的准确性和效率方面达到了较高的水平,而且可以附加灵活的控制选项,在开发大型项目时非常理想。即使不使用C语言而仅用汇编语言编程,其方便的集成环境、强大的软件仿真调试工具也会令开发进度大大加快。但是其开发环境又有其自身的特色,需要对其中一些特殊的问题加以考虑。下面是对软件开发中遇到的几个典型问题的具体讨论和研究。

2.2.1 程序中的关键字

在进行程序设计时不能使用C51编译器的关键字来定义变量名或者函数名。C51是区别大、小字母的,而关键字都是小写字母。

例如:void writeToCC1000Register(char addr,char data)。该函数定义从字面上看没有问题,但在编译时均指示错误,查看C51关键字有关目录,查出原因在于变量参数data为其关键字,造成了编译时的错误。

下面列出了一些常用的关键字,在程序设计时定义变量或函数名时应特别注意避免使用:

_at_,alien,bdata,bit,code,data,idata,large,pdata,sbit,sfr,sfrl6,smal,task,using,xdata,priority。

2.2.2 BIT和SBIT的区别和全局变量、局部变量的使用

在程序中有关位操作时必然要涉及到2种数据类型,bit和sbit。这2种数据类型的使用应注意区别。

bit主要用位变量操作。sbit虽然也是用于位变量的操作,但其使用范围较bit更广泛。sbit不仅可以用于定义可位寻址寄存器的各个位,使我们可以对寄存器进行位操作,sbit的另一个重要作用在于构建类似于共用体数据类型,这种数据类型在LPC922与CC1000的串行/并行数据相互转换中起着重要的作用。例如:

unsigned char bdata myDatas2;//定义一个可位寻址的全局变量
//定义变量的各个位
sbit cDatas0=myDatas2^O;
sbit cDatasl=myDatas2^l;
sbit cDatas2=myDatas2^2;
sbit cDatas3=myDatas2^3;
sbit eDatas4=myDatas2^4;
sbit eDatas5=myDatas2^5;
sbit cDatas6=myDatas2^6;
sbit cDatas7=myDatas2^7;

在这里myDatas2既可以作为一个8位的变量使用,同时各个位也可以单独使用,这在串/并数据转换的场合是很有用的。特别需要注意的是,myDatas2这个可位寻址变量必须以全局变量的形式予以定义,如果定义为局部变量,编译器也将产生错误。

2.2.3 UART通讯和函数调用

在进行硬件仿真时,需要进行LPC922与PC机之间的UART串行通信,这样可以把有关调试信息直观地显示在超级终端上。初期一直存在无法通信问题,为此调试了有关串口读写的底层代码,对出现的问题进行了修正。

原来的单片机与PC机串口通讯写程序如下:
 

原来的UART写字符串函数writeln是通过调用putchar函数来进行的,但在硬件仿真时一直出错,当把这部分程序单独分离出来进行仿真时,却未出现问题。后来分析考虑推想可能原因是:C51由于内部堆栈空间的限制,在函数调用时,提供的是一种压缩栈,每个过程被给定一个空间用于存放局部变量,过程中的每个变量都存放在这个空间的固定位置,当多重调用或者递归调用这个过程时,会导致变量被覆盖而出错。此时应把该函数定义为可重入函数,但是再入函数因为要做一些特殊的处理,一般运行起来都比较慢。在这个程序中写UART操作对函数putchar调用时,程序的其他部分也在调用该函数,覆盖了传递给putchar函数的参数,导致程序运行出错。于是对程序做了修改如下:
 

修改过的程序与原来程序差别在于不再进行putchar函数调用,而直接进行有关操作。修改后再进行硬件仿真,问题得到了很好的解决。在读写CC1000寄存器的操作中,也遇到了类似的问题,通过修改函数的调用,问题都得到了解决。由此可以看到,LPC900单片机由于内部堆栈资源有限,在程序设计时当发现程序运行异常时,应特别注意函数调用带来的问题。当然出现这个问题还可能会有其他方面的原因,需要进一步的进行分析研究。

2.2.4 看门狗

在进行软件仿真时,一直出现程序复位跳转现象,根据断点追踪,分析了该问题与程序运行的时间因素有关。查看有关LPC900芯片资料,着重对其看门狗部分进行了研究。

当系统处于一些比较恶劣环境(工控、底层采集等),如果系统的抗干扰没有做好,则容易出现"死机"现象,这时硬件电路并没有损坏,只是内部程序运行出现错误,必须复位才能恢复,这时可用"看门狗"来解决问题。看门狗定时器子系统可通过复位使系统从错误的操作中恢复。但是任何事情都有其两面性,当软件没能在定时器溢出之前将其清零或者重新赋值,看门狗定时器就会导致系统产生一次复位,从而产生错误。

仿真开发板上采用的是LPC922,因此对其复位时的有关看门狗的寄存器进行了具体分析,最后发现问题是由于没有在一定的时间内及时对看门狗进行重新的配置参数造成的。通过对WDCON,WDL,WFEED1,WFEED2这4个与看门狗有关的寄存器进行合理配置,很好地解决
了程序复位问题。

2.2.5 LPC900读操作和CC1000寄存器读写

LPC900系列单片机通常也具有51单片机的一些特点,在使用时也应注意。当其I/O口作为输入口使用时,有2种工作方式,即读端口和读引脚。读端口实际上并不从外部读入数据,而只是把端口锁存器的内容读到内部总线,经过某种运算或者变换后,再写回到端口锁存器。

读引脚时才真正地把外部的数据读入到内部总线。这时要先通过指令,把端口锁存器置1,然后再进行读引脚操作,否则就可能读错。在LPC922读写CC1000寄存器过程中涉及到有关读引脚操作问题,应区别这2种工作方式,避免错误。

3 结语

在本文介绍的开发平台上利用LPC900系列单片机实现了根据不同的应用需要对射频模块上CC1000寄存器进行有效的参数读写配置控制,初步达到了设计要求。该模块经过进一步改进可以用于无线数据传输等诸多领域。对软件开发中所遇到问题的分析讨论,在LPC900系列单片机的应用开发中也具有较广泛的实际意义。

关键字:射频  数传  模块

编辑: 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/designarticles/mcu/200605/3848.html
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