基于SPCE061A单片机的无线通信系统设计

郑桂兴

摘要：以凌阳SPCE061A单片机为控制核心，设计并制作了一款具有数字显示及语言播报功能的无线通信系统。文中给出了系统的硬件构成，简述了利用nRF2401进行无线通信的基本原理和实现过程。

关键词：SPCE061A单片机 无线通信系统 nRF2401

中图分类号：TP27 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）10（a）-0003-01

无线通信是当前发展最快的技术之一，与有线相比主要有成本低、携带方便、布线安装简便等特点，现在已经广泛应用于工业、农业、能源、电力、国防等各个领域。目前主要的无线技术有：蓝牙、红外传输、无线局域网（wifi）等。蓝牙主要用于移动设备之间近距离的数据传输，目前价格还比较昂贵；红外数据传输价格低廉，但是仅适合用于点对点的近距离传输，不适合组网；无线局域网技术是以太网的一种无限扩展[1]，但由于其硬件实现需要很大的容纳空间，且对计算机的依赖性比较强，限制了该项技术在工业领域的应用。

针对这些问题，本文提出了一种基于SPCE061A单片机的无线通信系统的设计。

整个系统的结构框图如图1所示。

1 控制核心

本系统采用基于upnSPTM为内核的SPCE061A作为控制核心。SPCE061A单片机是16位微处理器，内嵌2KB的SRAM和32KB的FlashROM，无需像51系列单片机那样外接存储器来实现对图形和文本代码的存储，能够满足绝大多数场合的设计需求；拥有多达32位的可编程多功能I/O端口，每个引脚都可以独立编程，使其工作于输入或输出方式；8通道10位A/D转换器，其中一路为音频转换通道，并且内置有自动增益电路；双通道10位D/A转换器，只需要外接功放即可完成语音的播放；另外还集成了2个可自动赋初值的16位定时器/计数器、通用异步串行接口（UART）、看门狗（Watchdog）电路等，进一步简化了外围电路的设计[2]。

另外，SPCE061A的指令系统提供具有较高运算速度的16位×16位的乘法运算指令和内积运算指令，为其应用增添了DSP功能，使得μnSPTM家族运用在复杂的数字信号处理方面既很便利，又比专用的DSP芯片廉价。它还拥有较高的处理速度（CPU最高时钟可达49.152MHz）使其能够快速地处理各种复杂的数字信号，非常适用于语音处理。同时配合凌阳公司免费提供的语音处理函数库，使得这种微控制器成为设计低成本语音识别系统的理想选择，因此，可称之为语音单片机。

2 无线收发模块的设计

nRF2401是北欧集成电路公司生产的单片射频收发芯片，工作于2.4～2.5GHzISM频段，输出功率和通信频道可通过程序进行配置，芯片能耗非常低，可以使用同一天线接收两个不同频道的数据，广泛用于多种无线通信场合。

nRF2401的收发模式有ShockBurstTM收发模式和直接收发模式两种。ShockBurstTM收发模式下，数据低速从微控制器送入，但高速（最高1Mbps）发射，可以尽量节能，而且即便使用低速的微控制器也能得到很高的发射速率。本文采用ShockBurstTM收发模式。

ShockBurstTM发射过程使用接口引脚为CE，CLK1，DATA；接收过程中使用接口引脚为CE、DR1、CLK1和DATA，使用SPCE061A单片机的任一输入输出端口即可控制nRF2401进行收发。

程序设计：

nRF2401_Initial（）； //初始化nRF2401A

nRF2401_SetAddress（Address，4）； //设置接收端地址为00000001

nRF2401_Mode（1）； //设置nRF2401为发送模式

nRF2401_SendByte（1）； //发送数据

Delay_Us（1000）； //延时

nRF2401_Mode（0）； //设置nRF2401为接收模式

while（nRF2401_RxStatus（）==0） //检测判断nRF2401A的接收状态

{*P_Watchdog_Clear=0x1；}

nRF2401_ReceiveByte（RxData）；//接收到数据

3 语音播报

将SPCE061A单片机的一路D/A通道外围添加功放SPY0030A（凌阳的一款芯片功能相当于LM386，音质好，可以工作在2.4～6.0V范围内，最大输出功率可达700mW），即可将接收的数据进行播报。

软件设计如下。

整个系统软件由单片机的初始化程序、液晶显示器的显示程序、nRF2401的初始化和收发程序、语音播报程序构成。

4 实验和结论

经测试，在不使用天线、发送和接收端之间无障碍的情况下，数据传输距离在200m左右，若外加天线，则传输距离会大大增加。通过实验验证该无线数据传输系统运行可靠，特别适合于低功耗、小数据量的无线数据传输系统且具有智能程度高、方便进行扩展、功率小和携带方便等特点。

参考文献

[1] 黄婷，施国梁，黄坤.单片机无线通信系统的设计与实现[J].微处理机，2010（6）：27-31.

[2] 李晶皎.嵌入式语音技术及凌阳16位单片机应用[M].北京：北京航空航天大学出版社，2003：628.