基于Max2829的2.4G无线通信系统设计*
2014-07-05张曙霞蒋宇中
江 尚 张曙霞 蒋宇中
(海军工程大学电子工程学院 武汉 430033)
基于Max2829的2.4G无线通信系统设计*
江 尚 张曙霞 蒋宇中
(海军工程大学电子工程学院 武汉 430033)
提出了一种基于Max2829射频收发芯片,以STC89C51单片机为控制单元的2.4G无线通信可行性方案。给出了系统设计方案,详述了器件选型的原因,介绍了硬件电路设计流程,并给出了软件控制的部分代码,为构建较远距离的视距无线通信系统打下基础。
2.4GHZ; Max2829; Wi-Fi
Class Number TP183
1 引言
近年来,随着通信技术的飞速发展,无线数据传输技术已经渗透到人类社会的各个角落,当ITU-R开放了ISM频段后,更给Wi-Fi、ZigBee、蓝牙等无线传输技术提供了广泛的平台[1]。这些技术中,Wi-Fi又凭借其覆盖范围最大,传输速度最快,应用门槛最低的优势成为各大厂商争先研究的宠儿。为了满足因为时代进步而日益增长的用户体验,军事工业需求,本文提出了一种基于Max2829的2.4GHz Wi-Fi可调制基带射频传输系统可行性设计。
2 系统方案
本方案主要是围绕Max2829全波段收发器IC,搭建外围去耦、时钟和偏置电路支持芯片工作,再使用单片机设定模式和参数,以手动复位电路提供单片机信号复位,最终达到无线数据传输的目的。系统框图如图1所示。
图1 基于Max2829的无线通信系统框图
3 硬件选型
Max2829是美国美信公司(Maxim)专为OFDM 802.11 WLAN应用设计的单芯片射频收发器芯片,覆盖2.4GHz～2.5GHz以及4.9GHz～5.875GHz全波段范围。芯片内包括了实现射频收、发功能所需要的全部模块,即收发通道、压控振荡器、频率合成器以及基带接口和控制接口。仅需功率放大器、射频开关、带通滤波器、巴伦平衡电路以及少量的无源器件便可构建完整的射频前端方案。其特殊工艺和设计使之满足覆盖全范围的数据速率要求。此外还独有可编程基带低通滤波器、三线串行接口的集成锁相环、串行并行增益控制。在比较理想的环境下于54Mbps速率时接收灵敏度为-75dBm,比802.11a/g标准提高10dB,
接收器增益控制范围为93dB。芯片由单电源供电,额定工作电压为+2.7V～+3.6V。小尺寸、56引脚的薄型QFN封装(7mm×7mm)也更加便于植入模块当中,图2为Max2829引脚图[2]。
图2 Max2829封装引脚图
图3 Max2829内部功能图
在待机或关断模式下,Max2829需要使用控制芯片通过SPI接口配置对其进行参数设置才能正常工作。宏晶STC89C51RD+系列芯片有四个8位并行端口外加P4.0～P4.3四个I/O端口,能够满足对Max2829的控制需要。此外,该芯片(STC89C51LE58RD+)工作电压为3V低电压,与Max2829相同,方便电源电路设计。
4 硬件电路设计
为了提高射频电路灵敏度需要尽量减少电源纹波干扰,理论上应使用性能较好的线性稳压电源,但由于其效率低,发热高,元件配备较多,本设计采用了相对易得的正负5V双端输出开关电源,具体型号为鸿海JMD20-55T 5V-3A,再在输出端连接直流电源滤波器和π型滤波电路,也能控制纹波在可接受的范围内(均方根值约为7mv)。正负5V电压供给单端至差分线驱动、接收器后,还需要通过低压差线性稳压器件(LDO)将电压降低至3.3V供给Max2829以及STC单片机,考虑到Max2829 2.5W的工作功率,及其对应的工作电流,在5V转3.3V的稳压上采用具有3A负载驱动能力的LM2576,完全可以保证各元件的正常工作。
电源接入后,IC还需要获得稳定的高频时钟,对单片机配备11MHz的无源晶振,并对应datasheet列表在晶振两脚分别放置容值为25pf的谐振电容。另一方面。Max2829的ROSC口也需要接入20MHz的4脚有源晶振和对应电阻电容。晶振电路的放置应尽量靠近芯片,理想距离应不超过1cm。电容短、开路后对时钟输出都会产生明显的影响,上电后,必须通过示波器或万用表测量后及时更换整理。
为了减少电源电压噪声、本底噪声、电磁干扰和谐波干扰,收发线路均采用了差分输入输出,发送端使用差分至单端线驱动器Max4447接入两路IQ信号,经Max2829内部集成器件滤波变频后,用非平衡变压器(Balun)芯片HHM1711d1送入2.4GHz桨状天线发出,接收端类似如上逆过程。Max2829同时具有收发功能,所以通信时即可采用两块电路分别收发,也可使用开关转换仅用单板就完成收发功能。
为了对Max2829的运行参数进行设置,单片机除了与CS使能、SCK时钟和DIN数据三线SPI端口连接外,还需要将并行端口P1.1、P2.5连接至R/TXENA收发使能端、P1.8连接至SHDN关断输入端、P0.1～P0.7连接至B1～B7收发增益控制位等进行连接才能有效控制芯片。
另外,调试时单片机经常需要手动复位,利用Max812T门槛电压3.08V的高电平手动复位芯片与STC单片机Reset引脚进行连接,通过端的按键开关可即时控制单片机的复位和片内程序的重载,给调试工作减少了许多不便。
5 软件设计
要使得系统工作首先需要配置芯片的工作模式,其七种工作模式如表1所示。
表1 Max2829工作模式图
使用芯片时,首先进入复位模式,复位后,大部分常用参数自行置位完毕,只需要改动相应需要的寄存器,常用的如:频段选择和PLL、频率规划与分频器比率、接收增益、发射VGA增益、PA偏执电流等。其中分频比根据IEEE802.11g划分的14各频段中所需的频段,查对datasheet中IEEE 802.11g频率规划和分频比编程字表写入相应字段,偏执电流和增益经相关调试后进行更改,且基带增益可通过向内部寄存器地址0x9写入控制字和直接向片外端口B7:B1输入值两种模式更改,后一种方法一定程度上能够上缩短程序运行的时间。现给出设置Max2829为发射模式的部分程序如下:
…
sbit RXENA =P1^1;
sbit SHDNB =P1^6;
sbit TXENA =P2^5;
…
main( )
{
init_51( );
SHDNB=0; // SPI复位模式
TXENA=1;
RXENA=1;
delay(10);
SHDNB=1; //Tx发送模式
TXENA=1; //发射使能开
RXENA=0;//接收使能关
…
}
…
写入SPI的部分程序如下:
…
void write_max2829(uchar addr,uint dat)
{
uchar i;
CSB=0;
for(i=0;i<13;i++)
{
SCLK=0;
if((dat< DIN=1; else DIN=0; SCLK=1; } for(i=0;i<3;i++) { SCLK=0; if((addr< ) DIN=1; else DIN=0; SCLK=1; } SCLK=0; CSB=1; } … 本文提出了一种基于Max2829的无线通信传输系统的可行性方案,给出了硬件设计和分析,以及软件控制编写。该系统可靠性高,反应迅速,外围电路少,模块体积小,可应用于多数无线通信场合,之后会进一步提高系统的通信距离以达到远程视距通信的要求。 [1] 王秀梅.低功耗2.4GHz无线通信系统的设计与实现[J].中国数据通信,2004(11):57-61. [2] 胡鹏飞.基于Zigbee协议的无线网络软硬件研究与设计[D].成都:电子科技大学,2012:33-39. [3] 秦国增,魏俊博.基于MAX2830的家用无线模块设计[J].中国科技信息,2009(11):119-121. [4] 杨将新,李华军,刘东骏.单片机程序设计及应用[M].北京:电子工业出版社,2006:271-296. [5] 周航慈.单片机应用程序设计技术[M].北京:北京航空航天大学出版社,2011:296-314. [6] 塞尔,张之超.无线通信设备与系统设计大全[M].北京:人民邮电出版社,2004:385-402. [7] 汪华章.基于MSP430的无线数据传输模块设计[J].西南民族大学学报(自然科学版),2009(4):817-820. [8] 张克彦.AVR单片机实用程序设计[M].北京:北京航空航天大学出版社,2004:302-325. [9] 齐虹,徐志.基于nRF905的短距离无线数据传输系统的设计[J].福州大学学报(自然科学版),2010(1):64-68. [10] 王涛.基于nRF24L01的2.4GHz无线通信系统设计[J].无线电通信技术,2011:4-7. A Wireless Communication System Design Based on Max2829 JIANG Shang ZHANG Shuxia JIANG Yuzhong (College of Electronic Engineering, Naval University of Engineering, Wuhan 430033) A wireless communication design based on RF chip Max2829 controlled by STC89C51 is presented. At the beginning, the constitution of the system is described, the reason of the components selection are elaborated. Then the hardware procedure, supplement with partial software coding are introduced, making prototype for further distance horizon communication. 2.4GHz; Max2829; Wi-Fi 2014年4月4日, 2014年5月19日 江尚,男,硕士研究生,研究方向:舰船通信网络。张曙霞,女,硕士,副教授,研究方向:通信相关技术和通信信号处理。蒋宇中,男,博士,教授,研究方向:通信相关技术和通信信号处理。 TP183 10.3969/j.issn1672-9730.2014.10.0186 结语
