基于CC1100的无线数据通信系统设计

李 健 姚顺才 米卫卫

(中北大学信息与通信工程学院 太原 030051)

0 引 言

目前，无线数据通信的应用领域越来越多，移动通信技术飞速发展，越来越多的信息采集和远程控制系统采用了无线传输技术。本文利用VB 编写上位机软件，将数据通过RS232 串口下载到AT89C51 单片机，然后单片机控制CC1100 实现双方稳定通信，将接收到的数据上传到PC 以验证通信稳定可靠。

1 短距离无线数据传输系统总体结构设计

根据对课题的分析和设计要求，本文主要是解决数据通过RS232 串口下载到单片机，然后单片机控制CC1100实现双方稳定通信，将接收到的数据上传到PC 以验证通信稳定可靠，即涉及到无线传输的设计。无线传输模块分为两个部分，主控制模块控制发送模块。现确定以下总体工作方案，如图1 所示。数据通过RS23 串口下载到主控制模块，在主控制模块的控制下，通过计算分析，产生一个通信信号，然后将数据通过无线发送模块发送出去。同时无线接收模块迅速接收到数据，并将数据传输给从控制模块，对信号实时控制，并上传到PC 以验证通信稳定可靠。

图1 短距离无线传输示意图

2 基于CC1100 无线通信传输硬件电路模块设计

硬件电路连接实现单片机与CC1100 芯片的接口连接。发送端与接收端硬件连接几乎一样，具有通用性，可以实现半双工通信。由于AT89C51 单片机的供电电压是5V，而CC1100 的供电范围为1.8～3.6V，为了使芯片正常工作，需要进行电平转换和分压处理。

2.1 电压转换电路模块设计

由于CC1100 的供电电压范围为1.8～3.6 V，超过3.6 V将会烧毁模块。而AT89C51 单片机的供电电压是5 V，为了使芯片正常工作，需要进行电平转换。单电源供电时，采用LM1117T 芯片进行5～3.3 V 电平转换。LM1117T 是一个低压差电压调节器系列。其压差在1.2 V输出，负载电流为800 mA 时为1.2 V。它与国家半导体的工业标准器件LM317 有相同的管脚排列。LM1117T 有5个固定电压输出(1.8 V、2.5 V、2.85 V、3.3 V和5 V)的型号。LM1117T 提供电流限制和热保护。电路包含1 个齐纳调节的带隙参考电压以确保输出电压的精度在 ±1%以内。

电路图如图2 所示。输入电压经过LM1117T 芯片转换，电压由单片机输出的5 V 电压变为3.3 V 电压，输出端是一个10 μF 的钽电容，用来改善瞬态响应和稳定性。满足CC1100 芯片的电压要求。

2.2 无线传输模块CC1100 接口电路图设计

CC1100 是单片射频收发芯片，工作于420～440 MHzISM频段，芯片内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器和调制器等功能模块，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，多种低功率工作模式满足设计的要求，并且在做系统节能的设计时更加方便。

图2 电源电压转换原理图

2.2.1 基于CC1100 的无线通信模块

CC1100 与一个微控制器和少数几个外接元件便可组成一个完整的无线数据收发系统，在本文无线传输的设计中，使用51 单片机对CC1100 进行控制和数据的传输。图3 是基于CC1100 的无线通信模块电路原理图。与LCM 的电源接口设计一样，在CC1100 的电源供电端加入一个三极管来控制CC1100 与电源的连接，当P3.5 输出高电平时，三极管截止，CC1100 与电源断开;当P3.5 输出低电平时，三极管导通，CC1100 与电源连接。在不需要CC1100进行无线通信时将其关闭，需要时再打开，这样做的目的也是降低功耗，延长电池的使用寿命。

图3 CC1100 模块电路图

2.2.2 基于CC1100 的射频电路PCB 设计

基于CC1100 的无线通信模块是无线遥控开关中比较重要的组成部分，它的好坏将直接影响到系统的各方面性能，其中PCB 的设计是硬件设计的一个重点和难点。在对CC1100 的PCB 进行设计时，首先要考虑元件摆放布局问题，要使射频电路的输入端远离输出端，将强电信号和弱电信号分开，将数字信号电路和模拟信号电路分开，完成同一功能的电路应尽量安排在一定的范围之内，从而减小信号环路面积，各部分电路的滤波网络要就近连接，这样不仅可以减小辐射还可以减少被干扰的几率，提高电路的抗干扰能力。布线时，所有走线应远离PCB 板的边框(2 mm左右)，以免PCB 板制作时造成断线或有断线的隐患。电源线和地线要尽可能宽，这样可以减少环路电阻，同时，电源线、地线的走向和数据传输的方向一致，以提高抗干扰能力;所布信号线应尽可能短，各元器件间的连线越短越好，以减少分布参数和相互间的电磁干扰;对于不相容的信号线应尽量相互远离，而且尽量避免平行走线在正反两面的信号线应相互垂直;布线时在需要拐角的地方应以135°角为宜，避免拐直角;焊接天线的PCB 部分不要有地线;布线时与焊盘直接相连的线条不宜太宽，走线应尽量离开不相连的元器件;过孔不宜太大且大小要一致。无线通信模块的PCB 设计如图4 所示。

图4 无线通信模块的PCB 示意图

2.3 单片机控制模块电路设计

单片机工作的最小系统如图5 所示，包括电源线、地线，晶振的设计。

主控芯片选用的是AT89C51 单片机，AT89C51 是一款高性能、低功耗的8Byte 微控制器，与工业标准的MCS－51指令集和输出管脚相兼容的单片机。具有丰富强大的外部接口性能，32 可编程I/O 线，可编程串行通道，片内振荡器和时钟电路。

3 系统调试

3.1 串口通信调试

首先给电路通电，通过SPI 接口把程序拷贝到AT89C51 单片机上，然后用串口调试助手发送数据，点手动发送按钮(发送的内容是默认的一个网址)，接收到的内容如图6、图7 所示，这样，两块无线通信板就能成功完成对接通信。

在无线通信模块和无线反馈控制器调试成功后，对无线通信模块进行了误码率测试，如图8 所示。测试条件为使用串行口COM1，波特率为19 200，无校验位，数据位为8位，停止位为1 位，测试地点为东区实验室，测试距离为20 m，发送了17 723 个字节，错误字节为20 个，误码率为1.28‰。

图8 无线通信模块误码率测试

3.2 单片机模拟SPI 同步数据传输调试

本设计是数据的高速传输，并带有命令的传输，必须保证数据的传输正确，否则主控单片机发送命令不成功，从控单片机接收数据不正确。为提高系统的可靠性，必须保证模拟SPI 口的可靠性。现在采用示波器采集数据:A.单片机控制无线模块A 的CLK1 和DATA 发出的数据;B.单片机控制无线模块B 的CLK1 和DATA 发出的数据。通过示波器检测引脚信号的对应情况来检测单片机与无线传输模块同步通信的正确性。

单片机要求发出的数据应与无线模块引脚CLK1 和DATA 发出的数据完全符合。图9 上部分为无线传输模块A 时钟CLK1，下部分模块A 的DATA 引脚发出的数据。从图9 中可以看出，发出的数据为:0 ×54，与程序设定值完全匹配。图10 上部分为时钟，下部分为从机发出的数据。从图10 中可以看出，发出的数据为:0 ×33，与程序设定值完全匹配。

图9 无线模块A 的CLK1 与DATA 发出的数据

图10 无线模块B 的CLK1 与DATA 发出的数据

4 结 论

本文着重介绍了无线数传模块CC1100 的使用与开发，详细的说明了在本次设计过程中遇到的实际问题，以及解决方案。实验验证此模块传输速率高，抗干扰能力强，误码率低，有效的距离范围为30～40 m，有障碍的情况下，传输距离有所下降，出现数据丢失的现象。

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