在特殊環境的數據測控應用中，無線數據傳輸已經越來越廣泛地被運用，MSP430+nRF905的組合特別適合于低功耗，短距離（100-200m）、小數據量的無線數傳系統，MSP430 CPU在低功耗應用方面有很大優勢，nRF905無線收發芯片具有功耗低、控制簡單、可自動處理字頭和CRC校驗的優點，兩者結合組成的數傳系統可以在很多產品中得到應用。

1 MSP430簡介

MSP430是TI公司新推出的16位系列單片機，在電池供電的低功耗應用中具有獨特的優勢，其工作電壓在1.8-3.6V之間，正常工作時功耗可控制在200μA左右，低功耗模式使可實現2μA甚至0.1μA的低功耗，MSP430具有非常高的集成度，通常在單個芯片上集成有12位的A/D、比較器、多個定時器，片內USART、看門狗、片內振蕩器、大量的I/O端口及大容量的片內存儲器，一般單片就可以滿足大多數的應用需要。

在低功耗應用中設計程序時，最好采用以下方法：CPU在初始化完成后，處于低功耗工作模式，在有外部事件發生時喚醒進入終端服務程序，完成后重新進入低功耗模式，照此循環往復，可以最大限度地降低功耗。

2 nRF905簡介

nRF905是挪威Nordic公司推出的單片射頻發射器芯片，工作電壓為1.9-3.6V，32引腳QFN封裝（5mm×5mm），工作于433/868/915MHz3個ISM頻道（可以免費使用）。nRF905可以自動完成處理字頭和CRT（循環冗余碼校驗）的工作，可由片內硬件自動完成曼徹斯特編碼/解碼，使用SPI接口與微控制器通信，配置非常方便，其功耗非常低，以-10dBm的輸出功率發射時電流只有11mA，在接收模式時電流為12.5mA。

nRF905傳輸數據時為非實時方式，即發送端發出數據，接收端收到后先暫存于芯片存儲器內，外面的MCU可以在需要時再到芯片中去取。nRF905一次的數據傳輸量最多為32B。

2.1 nRF905的工作模式及設置

nRF905的兩種工作模式和兩種節能模式，分別為掉電模式、待機模式、ShockBurst TM接收模式和ShockBurst TM發送模式，這幾種模式由外界CPU通過控制nRF905的3個引腳PWR_UP、TRX_CE和TX_EN的高低電平來決定，如表1所列。

外界MCU通過SPI總線配置nRF905的內部寄存器，讀寫數據時必須把其置為待機或掉電模式，nRF905在待機模式時功耗為40μA，在掉電模式時功耗為2.5μA。

2.2 nRF905的狀態輸出

nRF905有3個引腳用于狀態輸出，分別是：CD（載波檢測）、AM（地址匹配）和DR（數據就緒），均為高電平有效，nRF905在處于接收模式時，若檢測到接收頻率段的載波，就置CD為高，接著檢測載波數據中的地址字節，若與本身已配置的接收地址相同，則置AM為高，若再檢測到接收數據中的CRC校驗正確，則存儲有效數據字節，置DR為高。

此外，nRF905還有一個時鐘輸出引腳uPCLH，供用戶選擇使用。通過配置內部寄存器，可改變其頻率輸出，這一點在調試時很有用。無線系統至少需要一發一收兩個設備，調試時若出現問題很難判斷是哪一方的故障。可以通過修改nRF905的寄存器，用示波器觀察uPCLK輸出是否變化的方法，來判斷其硬件電路和CPU操作，nRF905的程序是否正確，從而判斷及設備是否工作正常。

2.3 nRF905的數據接口

外圍MCU通過SPI總線配置nRF905的內部寄存器和收發數據，nRF905的SPI總線包括4個引腳：CSN（SPI使能）、SCK（SPI時鐘）、MISO（主入從出）和MOSI（主出從入）。這里nRF905為從機，其SPI的時鐘范圍很寬，可以從1Hz-10MHz，因此MCU在寫控制程序時不必苛求時間的準確度。

SPI總線的每次操作都必須在使能引腳CSN的下降沿開始，CSN低電平有效，總線上的數據在時鐘的上升沿有效，MCU對SPI總線的操作不外乎兩種方式：讀和寫，在進行讀操作時，先把CSN置低，然后在MOSI數據線上輸出一個表示讀命令的字節，與此同時，nRF905會在MISO數據線上輸出一字節表示狀態信息的數據，隨后輸出一地址字節，后面跟隨有效數據，在進行寫操作時比較簡單，MCU先把CSN拉低，然后在MOSI線上輸出寫命令字節和數據字節即可。

2.4 nRF905的寄存器配置

nRF905內部有5類寄存器：一是射頻配置寄存器，共10個字節，包括中心頻點、無線發送功率配置、接收靈敏度、收發數據的有效字節數、結社地址配置等重要信息；二是發送數據寄存器，共32字節，MCU要向外發的數據就需要寫在這里，三是發送地址，共4個字節，一對收發設備要正常通信，就需要發送端的發送地址與接收端的接手地址配置相同，四是接收數據寄存器，共32字節，nRF905接收到的有效數據就存儲在這些寄存器中，MCU可以在需要時到這里讀取，五是狀態寄存器，1個字節，含有地址匹配和數據就緒的信息，一般不用。

MCU若要操作這些寄存器，需遵循nRF905規定的操作命令，常用的有以下7種，都是1個字節；寫射頻配置（0XH，“X”含4位二進制位，該字節表示要開始寫的初始字節數）、讀射頻配置（1XH，“X”含4位二進制位，該字節表示要從哪個字節開始讀）、寫發送數據（20H），讀發送數據（21H）、寫發送地址（22H）、讀發送地址（23H）和讀接收數據（24H），關于寄存器的詳細信息可以參閱nRF905的數據手冊。

2.5 nRF905的工作過程

nRF905在正常工作前應由MCU先根據需要寫好配置寄存器，或是按照默認配置工作，其后的工作主要是兩個：發送數據和接收數據。

發送數據時，MCU應先把nRF905置于待機模式（PWR_UP引腳為高、TRX_CE引腳為低）然后通過SPI總線把發送地址和待發送的數據都寫入相應的寄存器中，之后把nRF905置于發送模塊（PWR_UP、TRX_CE和TX_EN全置高）數據就會自動通過天線發送出去，若射頻配置寄存器中的自動重發位（AUTO_RETRAN）設為有，數據包就會重復不斷地一直向外發，直到MCU把TRX_CE拉低，退出發送模式為止。為了數據更可靠地傳輸，建議多使用此種方式。

接收數據時，MCU先在nRF905的待機模式中把射頻配置寄存器中的接收地址寫好，然后置其于接收模式（PWR_UP=1、TRX_CE=1、TX_EN=0），nRF905就會自動接收空中的載波，若收到地址匹配的和校驗正確的有效數據，DR引腳會自動置高，MCU在檢測到這個信號后，可以改其為待機模式，通過SPI總線從接收數據寄存器中讀出有效數據。

3 系統硬件設計

MSP430的USART模塊可通過寄存器配置為通用異步串行口或SPI模塊功能，這里配置為SPI模塊，本系統選用的MCU是MSP430F133，在硬件設計時把MCU的SPI接口和nRF9051SPI接口相連即可，另外再選幾個I/O口連接Nrf9051輸出輸出信號，如圖1所示。

對于初次接接觸無線系統的設計者，因其射頻部分的元件采購，焊接和調試比較麻煩，可以選用PTR8000模塊，該模塊內核使用nRF905，硬件電路已經焊好，十月起來相對方便一些。

4 控制程序設計

本系統設計的重點是控制nRF901的程序設計，大致分為兩個階段：首先是對NrF905進行初始配置，配置完成后按 需要便攜書記的發送或接收程序。

4.1 初始化配置

第一階段應完成初始化配置，分以下幾項：

1）MSP430的SPI接口設置，MSP4301異步串行接口和SPI接口用同一個USART模塊，賊里需要用軟件配置為SPI功能，本設計中SPI配置為主機模塊、3線制和8位數據，程序源代碼參見子程序“SPI_SET五”。

2）初始化nRF901的射頻配置寄存器，這些寄存器中有很多信息，必須根據實際情況進行配置，本設計中nRF905外界16MHz晶體，“XOF應配置為“011”；“PA_PWR”為發射功率，RX_RED_PWR”為接收命靈敏度，可根據需要配置；另外還有發送地址、接收地址、發送數據和結社數據的長度（字節數）可根據實際應用配置，注意賊組寄存器中海油接收時的實際地址，不而發送地址在其他單獨的寄存器中。

3）配制nRF901的發送地址，最多4個字節（32位），發送端的發送地址應于接受端設備的結社地址相同，在實際工作中nRF901可以自動濾濾除地址不相同的數據，只有地址匹配且校驗正確的數據彩繪被接受，并存儲在接收數據寄存器中。

4.2 發送數據

使nRF905發送數據前需要MSP430通過SPI總線在待機模式便板待法數據填進發送數據寄存器中，一次最多32B，然而把nRF9051“TRX_CE”、“TX_EN” 因該都置為高電平，數據就會自動發送出去，本設計射頻配置寄存器中選定了自動重發位，因此在“TRX_CE”被置高的時間內數據一直在重復不斷地發。本程序中設計延時500ms，之后拉低“TR X_CE”因該，回到待機模式。

4.3 接收數據

MSP430把nRF905的“TRX_CE”引腳置為高電平，“TX_CE引腳拉為低電平后就刻蝕結社數據，本設計中CPU在設定的35s內一直判斷Nrf9051“DR”引腳是否便變高個，若為高則證明接收到了有效數據，可以退出接收模式，弱一致沒有接受2到，待時間到時也退出接接受是模塊，退出后在待機模塊，CPU通過SPI總線把NRF905內部的接收數據寄存器中數據讀出，即接收道德有效數據。

便攜接受部分程序時，有一點應該注意，很多資料中都沒有提到，就是CPU在MOSI信號線上發出讀命令字節后“MISO”信號線上nRF905會自動返回一字節數據，本本身的狀態寄存器信息，后續的接收數據并不會自動跟著輸出，只有CPU在MOSI上輸出一個字節（可以是隨意值），nRF905才會在“MISO”上返回一個字節，CPU再發，nRF905再滿會，直到讀完為止。

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