本文介绍了一种选用高性能、低功耗的32位微处理器STM32F103和射频收发芯片nRF24L01来设计短距离无线数据传输系统的具体方法。
1 系统设计
短距离无线数传系统主要由电源管理器AMC7635、微控制器STM32F103、射频收发器nrf24l01三部分组成。下面分别介绍其关键电路。
1.1 电源电路
本设计的电源采用3.7V锂电池供电， 然后经低压降电源管理芯片AMC7635，以产生3.0V的电压来为STM32F103和nRF24L01供电， 图1所示是本系统的供电电路。
近程无线数传系统供电电路
图1 系统供电电路
1.2 微控制器电路
微控制器选用带ARM Cortex -M3 内核的STM32F103。STM32F103控制器具有高性能、低功耗、低电压等特性，同时具有高集成度和易于开发的优势。图2所示是该系统中的微控制器电路。控制器与射频收发器nRF24L01的接口采用SPI口来实现，即图2 中SPICS、MOSI、MISO和SCK四条信号线和CE和INT0两条信号线。另外，该控制器还可以扩展一路主板RS232 口和8 路GPIO口输出。
STM32F103微控制器电路
图2 微控制器电路
1.3 射频收发电路
nRF24L01可工作于2.4 GHz～2.5 GHz ISM 频段，该收发器内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器、调制器等功能模块， 是一款集成度较高的无线收发器。nRF24L01的外部电路比较简单，而且融合了增强型ShockBurst技术， 其中输出功率和通信频道可通过程序进行配置。同时，该芯片的功耗极低， 在以-6 dBm的功率发射时，其工作电流只有9 mA;而在接收时， 工作电流只有12.3 mA。nRF24L01的控制电路可与STM32控制器的SPI口和GPIO口相连接。图3所示是该芯片组成的射频收发电路原理图。
nRF24L01组成的射频收发电路
图3 射频收发电路
2 系统程序设计
本系统可在STM32F103上移植UCOSII操作系统。系统程序主要分为主机的系统初始化程序、键盘和显示程序及射频收发器nRF24L01的控制程序三大部分。图4所示是其软件程序流程。
近程无线数传系统程序流程图
图4 系统程序流程图
系统程序设计的关键是UCOSII操作系统的移植和SPI口通信控制。有关操作系统的移植， 芯片厂商在官网上已有范例提供， 本文不再赘述。