TOP1 DSP與藍牙模塊接口通信電路

　　藍牙技術作為一種低成本、低功耗、近距離的無線通信技術，正廣泛應用于固定與移動設備通信環境中的個人網絡，數據速率可高達1Mb/s；它采用跳頻/時分復用技術，能進行點對點和點對多點的通信。ADSP-BF533是ADI公司Blackfin系列的高速數字信號處理器芯片，基于DSP的藍牙無線傳輸系統設計，利用DSP簡單算法實現對復雜信號的處理，大大提高了系統的數據處理能力；同時信號傳輸用無線代替有線電纜，解決了電纜傳輸存在的弊端，拓寬了系統在較為惡劣的環境或特殊場所的應用。

　　電路原理：串行通信接口通常采用三線制接法，即地、接收數據（RXD）和發送數據（TXD）。DSP與藍牙模塊使用UART口進行通信時，藍牙模塊作為一個DCE，異步串口通信參數可以通過設置ADSP-BF533的內部寄存器來改變，如串口通信速率、有無奇偶校驗、停止位等。由于ADSP-BF533具備異步串行通信端口，而且其工作電壓為 3.3V和1.3V，藍牙模塊工作電壓為3.3V，因此，當DSP使用異步串口與藍牙芯片通信時，兩者之間可直接連接，無需電平轉換。

　　使ADSP-BF533的TX引腳接藍牙模塊的RXD，RX引腳接藍牙模塊的TXD。此外，考慮到系統的通信波特率比較高，數據流量比較大，為了保證傳輸數據的穩定可靠性，系統設計時采用了硬件流控制方式。意即使藍牙模塊的RTS引腳與BF533的I/O端口相連，系統發送數據時首先判斷BF533的I /O端口狀態，從而監視RTS是否“忙”。當接收端數據緩沖區滿，接收端將RTS置為高電平，通知發送端“忙”，請求暫停發送數據，發送端檢測到RTS “忙”則立即暫停發送；相反，當發送端檢測RTS空閑，表明接收端數據緩沖區不滿，發送端繼續發送數據。

　　電路原理：DSP與藍牙模塊使用USB接口方式進行通信時，要通過USB口轉換電路，然后再與藍牙模塊的 USB雙向端口D+和D-相連；當采用藍牙模塊USB口低速連接方式，速率也可達到1.5Mb/s。 DSP模塊USB口轉換電路采用FTDI公司推出的USB芯片FT245BL。該芯片內部固化了實現USB通訊協議的固件程序，對外向用戶提供了相應設備的驅動程序，在與藍牙模塊ROK101 007的USB接口設計中，只需進行必要的硬件設計和簡單的軟件編程就可以實現，這樣就大大降低了開發難度，縮短了開發周期。藍牙模塊與實現USB接口通信相關的引腳主要是D+（B1）和D-（B2），在上節中已有所描述BF533通過USB芯片FT245BL實現與藍牙模塊的USB接口通信，其詳細的電路設計如圖4所示：

　　由圖4可見，FT245BL的8位數據線D7～D0通過終端匹配電阻連接在DSP的低8位數據總線上；RXF用于判斷接收FIFO是否有數據，設計時 RXF引腳接DSP的PF3引腳，只要數據大于或等于1個，RXF就為低，通知DSP可以讀取數據；TXE用于判斷發送FIFO是否滿，0為不滿，1為滿，當TXE為0時，外部DSP向發送FIFO緩沖區寫數據，直到發送數據全部寫入；讀RD、寫WR、發送使能TXE信號原本也可以直接與BF533的讀、寫線直接對連，但由于FT245BL芯片沒有片選線，所以RD、WR以及TXE都是經過CPLD內部的USB邏輯電路處理后才連接的。與UART口進行通信相比，DSP與藍牙模塊采用USB口通信具有數據傳輸速率高、串口通信軟件編程簡單等優點。不過DSP與藍牙模塊USB接口驅動程序的開發比較困難，另外針對不同的DSP和藍牙模塊都需要開發相應的高層驅動程序，工作量很大，通用性也比較差，除特殊需要外，一般不采用這種方式進行數據傳輸。

　　TOP2 藍牙無線門鈴發射電路

　　調制級電路主要主要由32.768KHz晶振完成，本電路通過晶振的自激振蕩，產生出一個振蕩信號，信號頻率由晶振固有頻率決定。自激振蕩特點就是不需要外加任何輸入信號就能根據要求而輸出特定頻率的信號。從圖中可以看，接通電源的瞬間，會友通電瞬間的電沖擊、電干擾、晶體管的熱噪聲等，盡管這些噪聲很微弱，也不是單一頻率的波長，但卻是由許多不同頻率的正弦波疊加組合而成。在不斷放大-反饋-選頻-放大-反饋-選頻的過程中，振蕩就可以自行建立起來。Q3三極管為正反饋，起放大作用，由晶振使電路產生自激，從而產生持續的振蕩，把直流電變為交流電，從而發射出一個振蕩頻率。7并聯在直流電兩端，起濾波作用，主要是減少電路電壓的波動性保護電器的作用，當電池電壓下降，電容放電；電池電壓上升，電容充電。

　　高頻振蕩級是由Q1、C1、C2、T1以及L1、R2、R5組成。T1是一個可調線圈，和C2并聯，作無功補償作用，規格有一定要求，否則接收的頻率和發射的相差太大不能夠正常的接收信號。一般做成矩形或者圓形，不能用漆包線，影響信號的選取發射。C2并聯在線圈兩端，因為線圈是感性負載，在通電或斷電的一瞬間產生很高的電動勢，并聯電容可以減少這種感應電動勢對線圈或其他控制元件的影響。

　　電路原理：按下SW開關，電源、LED1和電阻R1構成一個回路，LED1燈亮，說明電路正常接通。L1與C3組成LC振蕩電路，起諧振選頻作用。LC諧振回路是高頻電路中最常用的無源網絡，利用LC諧振回路的幅頻特性和相頻特性，不僅可以選頻，即從輸入信號中選擇出有用的頻率分量而抑制掉無用的頻率分量或噪聲，而且還可以進行信號的頻幅轉換和頻相轉換。若要把電路中的頻率通過天線發射出去，必須具備兩個條件：

　　1、振蕩的頻率必須足夠高。頻率越高，電場和磁場變化越快，產生的場越強，輻射出去的能量也越多。這樣方能有效地把能量發射出去。

　　2、電路必須開放。可使LC振蕩電路電容極板面積越來越小，極板間隔越來越大，再使電感線圈匝數越來越少，最后使電路演化為一根直導線，這樣的電路叫做振蕩偶極振子，也就是我們俗稱的天線。這種由振蕩回路演變的天線，本身就是一個振蕩器，但又與普通的LC振蕩回路有區別。有了天線，電磁場才能夠發射到空間去。實際上無線起了“能量轉換”的作用。我們用饋線送入天線的并不是無線電波，而是高頻振蕩電流。在天線上由變化的電場在它周圍產生變化的磁場，這個變化的磁場又在自己周圍產生變化的電場，新產生的變化的電場再在自己周圍產生變化的磁場，這樣變化的電場和變化的磁場相互激發，形成閉合的電力線和磁力線。而C2、T1作為選頻電路，通過調節T1，選擇一定的頻率，進而從天線發射出去。 圖中的Q1起開關作用，相當于一個由基極電流所控制的無觸點開關，隨電流變化，三極管工作狀態由截止到飽和相當于開關的閉合，截止時相當于開關斷開。這可以控制發射板是否能夠發射出信號。

　　TOP3 基于藍牙無線發射接收電路

　　電路原理：使用LC振蕩器，頻率漂移較為嚴重。聲表器件的出現解決了這一問題，其頻率穩定性與晶振大體相同，而其基頻可達幾百兆甚至上千兆赫茲。無需倍頻，與晶振相比電路極其簡單。以下電路為常見的發射機電路，由于使用了聲表器件，電路工作非常穩定，即使手抓天線、聲表或電路其他部位，發射頻率均不會漂移。可達200米以上，同時接收機可使用超再生電路或超外差電路，超再生電路成本低，功耗小可達100uA 左右，調整良好的超再生電路靈敏度和一級高放、一級振蕩、一級混頻以及兩級中放的超外差接收機差不多。然而，超再生電路的工作穩定性比較差，選擇性差，從而降低了抗干擾能力。

　　TOP4 ZigBee串口數據轉換電路

　　電路原理：CC2430的外圍元件數目很少。它使用一個非平衡天線，連接非平衡變壓器使天線性能更好。電路中的非平衡變壓器由電容C341和電感L341、L321、L331以及一個PCB微波傳輸線組成，整個結構滿足RF輸入/輸出匹配電阻（50Ω）的要求。內部T/R交換電路完成LNA和PA之間的交換。R221和R261為偏置電阻。其中R221主要用于為32 MHz的晶體振蕩器提供合適的工作電流。用一個32 MHz石英諧振器（XTAL1）和兩個電容（C191、C211）構成一個32 MHz晶振電路。用1個32.768kHz的石英諧振器（XTAL2）和2個電容（C441和C431）構成一個32.768kHz晶振電路。電壓穩壓器為所有1．8 V電壓的引腳和內部電源供電．C241和C421是去耦電容。用來電源濾波，以提高芯片工作的穩定性。串口連接采用RS-232與上位機相連，如果需要與計算機進行串口數據傳輸，則需用MAX232將TTL電平轉換為RS232電平，再通過RS-232向上位機輸入數據。

　　TOP5 Zigbee無線路由器電路

　　現在zigbee技術多應用在傳感和控制方面，一個ZigBee網絡數傳模塊類似移動網絡的一個基站，在整個網絡范圍內，它們之間可以進行通信；每個網絡節點間的距離可以從標準的75米，擴展后的幾百米或更遠，整個ZigBee網絡還可以與現有的的各種網絡連接。簡單的來說，一般zigbee 是用于自組網，自動控制。而 wifi應用于人為控制的無線接入網。 在智能家居中，這個模塊在開源基礎上完成了協調器和終端節點軟件相關應用的設計，組建智能家居內部無線網絡。 家庭網關是由家居內部無線網絡ZigBee協調和嵌入式Web服務器兩個部分組成，前者主要用于家庭內部無線網絡，后者與外部網絡通信。

　　1 電源電路與上電復位電路

　　此電路可以由仿真器供電，或者外接兩節干電池供電，芯片工作電壓為2到3.6V，額定為3.3V，上電復位電路由一個電容，按鍵和上拉電阻組成。

　　2 串口電路

　　PC通過串口像板子發送控制信息，板子向PC通過串口反饋自己的狀態。使用單片機的串口UART模塊能過非程序的調試帶來方便，在單片機運行的時候可以向PC提供各種數據信息。同時，可利用PC串口向單片機發送各種數據，這就開通了一個通信渠道。

　　3 按鍵電路

　　板子上設置了上下左右，確認與取消鍵，同時四個方向鍵采用ADC輸入，由P0.6口讀入，功能鍵直接讀取端口電平P0.5和P0.1。AD8544為4路運放芯片，使用其中兩個，用于信號的放大。

　　TOP6 基于MSP43O和Zigbee的無線抄表終端電路

　　電路原理：核心處理器采用TI公司的MSP430F149單片機。為實現低功耗的要求，電路中采用高速和低速兩個晶振，由高速晶振產生頻率較高的MCL-K，以滿足 CPU高速數據運算的要求，在不需要CPU工作時關閉高速晶振，由低速晶振產生頻率較低的ACLK，運行實時時鐘。日歷時鐘芯片采用PHILIPS公司的 PCF8563。此芯片支持IIC總線接口，采用低功耗CMOS技術，具有較寬的工作電壓范圍1．0V～5．5V，在3．0V供電條件下，工作電流和休眠電流的典型值都為0．25μA，能記錄世紀、年、月、日、周、時、分、秒，具有定時、報警和頻率輸出功能。存儲器采用復旦微電子的FM24C04。此芯片是兩線制串行EEPROM，兼容IIC總線接口，采用低功耗CMOS技術，具有較寬的工作電壓范圍2．2V～5．SV，在3．0V供電條件下，額定電流為 1mA，休眠電流典型值為5 μA，在掉電情況下，存儲器中的數據能保存100年。

　　MSP430F149在硬件上具有2路TTL電平的串行接口，一路經SP3485芯片轉換成RS485串行接口后與連接在其底層的數字電能表通信，另一路直接與CC2430進行通信。RS485總線被目前的絕大多數數字電能表所支持，其采用平衡發送和差分接收方式實現通信，具有極強的抗共模干擾能力，信號可傳輸上千米，并且支持多點數據通信。而符合Zigbee協議的CC2430芯片支持TTL電平的串行接口，所以無須進行接口轉換，就可以與核心處理器進行通信。

　　TOP7 基于ZigBee技術的無線數傳電路

　　無線數傳模塊的硬件設計：無線數傳模塊的硬件設計主要分為CPU部分、射頻部分和接插件三個部分。圖3所示是CPU部分的主要電路，它由CC2430及其輔助電路組成；射頻部分主要由功率放大器（PA）和低噪聲放大器（LNA）組成；作為通用產品，接插件的選擇也至關重要，為了方便模塊的替換，本文選擇可插拔、間距為1．27 mm的插針作為接插件。

　　該接插件使得模塊也可以像其他芯片一樣直接焊接在目標PCB上，同時，也可以上自動貼片機。 圖4所示是系統中的射頻部分電路原理圖。為了使傳輸距離更遠，就必須加大發射功率和提高接受靈敏度，所以，在射頻部分，本文的設計又增加了PA、LNA以及一些信號開關和開關控制信號的產生電路。LNA的增益可達13 dB左右，因而大大提高了傳輸距離和可靠性。

　　圖5所示是系統射頻功放電路圖，其中PA的發射功率可達20 dBm，故可大大提高傳輸距離。

　　數傳模塊的具體指標：根據數傳模塊的靈敏度、噪聲系數、選擇性、傳輸延時、安全等級等各項性能要求，ZigBee模塊的各項技術指標如下：射頻頻率：2．4GHz；通道數：具有 16個射頻通道2．405～2．485；通訊視距：可靠傳輸距離在100米以上； 發射功率：低功耗型為-25～0 dbm；可調遠距離型為18．5～26 dbm可調；接收靈敏度：低功耗型為-90 dbm；遠距離型為-99 dbm；網絡拓撲：星狀、樹狀、網狀；每跳延時：不大于15 ms； 數據安全：采用128-Bit AES加密算法。

　　TOP8 基于ZigBee溫室環境監測系統電路

　　電路原理：溫室環境監測系統是通過硬件和軟件的結合實現了對溫度、濕度和光照強度的實時監測。無線傳感網絡主要包括協調器節點和傳感器采集節點這兩類硬件平臺，協調器節點由無線節點模塊和智能主板模塊組成，傳感器采集節點由傳感器模塊和智能主板模塊組成。傳感器節點是通過ZigBee無線傳感網絡和協調器節點之間進行通信的，協調器節點是連接傳感器節點和計算機的橋梁，負責組網和集中監測終端發來的數據并通過串口RS232上傳至上位機。無線節點模塊主要由射頻單片機構成，MCU是TI的CC2530芯片，用的是2.4G載頻，棒狀天線。傳感器模塊有兩個傳感器，分別是溫濕度傳感器SHT10和光電傳感器 BPW34S。智能主板模塊由電源轉換電路、運放電路、串口電路、復位電路和可程序控制LED顯示電路這幾個部分組成。軟件設計包括節點控制程序和上位機監測界面程序兩個方面，節點控制程序是在IAREmbeddedWorkbench開發環境下用C語言實現的，包括傳感器節點控制程序和協調器節點控制程序，上位機監測界面是在VisualStudio2005的開發環境下用VC++實現的。最后通過實驗驗證了該設計的可行性，基本達到了要求。

　　TOP9 局域網中紅外遙控發射與接收電路

　　紅外發射電路模塊：單片機發出的信號如何被紅外發射管識別，發射管能否正常發射紅外信號是發射電路要解決的關鍵問題。要發射紅外信號，必須要有紅外發射器件。紅外發光二極管是一種能產生紅外光的發光二極管，目前大量使用的紅外發光二極管發出的紅外線波長為940nm 左右，外形與普通發光二極管相同，只是顏色不同。常見的紅外發射二極管有黑色，透明色，它與普通發光二極管的最大區別在于所發出的光為不可見光，而普通發光二極管發出的是各種顏色的可見光，通常，紅外發光二極管分為兩種結構形式：一種是遙控發射型紅外發光二極管（即最常用的手持遙控器所用的紅外發射二極管）；一種是近距離發射型紅外發光二極管，這種二極管把紅外光的發射與接收共集為一體。由于本設計實現的是家居遙控，因此采用第一種即可。

　　如圖所示為系統遙控發射原理圖，P1.0 口為按鍵輸入口；P2.0 口為紅外發射端口，用于輸出38kHz 載波編碼，脈沖經9013（NPN）放大然后由紅外發射管輸出；第9 腳為單片機的復位腳，采用RC 手動復位電路；18、19 腳接晶振。

　　紅外接收電路模塊：接收電路和調光電路的實現均是通過繼電器實現的，給每一個繼電器串聯一個電阻，構成一個回路，本電路將四個繼電器回路并聯，連接在P0 口上，當四個繼電器均閉合時，燈最亮，當三個繼電器工作時，燈較亮，當兩個繼電器工作時燈次亮，當一個繼電器工作時，燈最暗，當四個繼電器都不工作時，燈泡處于關閉狀態。接收電路圖如圖6所示：

　　TOP10 CMOS低中頻藍牙射頻收發器電路

　　CMOS射頻收發器原理：傳統的射頻收發電路普遍采用超外差結構，這種成熟的體系結構需要采用二級混頻和片外聲表面濾波器，成本高。正在研發的CMOS低中頻或直接轉換體系結構只需要采用一級混頻，同時能節省片外聲表面濾波器。但是直接轉換的體系結構需要克服直流失調等問題。采用CMOS射頻收發電路的最大優點是可以和基帶處理器（數字電路）及A/D、D/A轉換器（混合信號電路）集成于一個芯片。單片集成的含射頻、基帶及模數、數模轉換電路使電路可靠性好，功耗低和成本低。單片集成CMOS無線通信電路是目前研究熱點，正走上商業化。

　　CMOS射頻IC電路：采用直接轉換的CMOS射頻IC主要有低噪聲放大器、混頻電路、功率驅動電路和頻率綜合電路等射頻單元組成。在射頻領域，我們更多注意的是功率傳輸和放大，其中低噪聲放大器的電路圖如圖所示。

　　它的核心技術是輸入阻抗匹配和輸出負載的設計，片上電感作為負載可以獲得較高的增益和頻率特性，為了抑制共模電平，差分結構的低噪聲放大器也經常采用。國內已有CMOS混頻器報導采用吉爾布特乘法單元的混頻電路如圖3所示，混頻器的性能主要是線性度，在提高線性度方面，目前有人采用電感負載和共源極電流耦合輸入。功率驅動電路一般會采用二級功率放大的電路，為了滿足不同射頻系統的需要和保證輸出功率，功率驅動電路需要考慮增益控制電路和封裝、連線及引腳的分布參數。為了得到低噪聲時鐘和低相位噪聲的正交信號，采用片上電感和變容二極管的LC信頻壓控器及二分頻正交信號產生器是一種好的選擇。

　　采用倍頻VCO可以減少射頻信號對VCO的牽引和VCO對信號的泄漏。Sigma-Delta分數分頻能夠進一步降低VCO的相位噪聲。低中頻（2MHz中心頻率）體系結構和直接轉換的藍牙、無線局域網和WCDMA射頻電路。圖6是單片集成的CMOS射頻收發電路芯片照片，芯片左上角是正交時鐘產生電路，右下角是功率放大電路，右上角是復數濾波器。在深亞微米CMOS工藝線流片后，對各功能塊進行測試，電路達到了設計的要求，能夠滿足藍牙接收芯片必須的功耗和性能。

　　TOP11 藍牙無線局域網收發芯片RF2968接口電路

　　接口電路原理：RF2968 發射機輸出在內部匹配到50Ω，需要1個AC耦合電容。接收機的低噪聲放大器輸入在內部匹配50Ω阻抗到前端濾波器。接收機和發射機在TXOUT和 RXIN間連接1個耦合電容，共用1個前端濾波器。此外，發射通道可以通過外部的放大器放大到+20dBm，接通RF2968的發射增益控制和接收信號強度指示，可使藍牙工作在功率等級一。RSSI數據經串聯端口輸入，超過-20～80dBm的功率范圍時提供1dB的分辨率。發射增益控制在 4dB步階內調制，可經串聯端口設置。基帶數據經BDATA1腳送到發射機。BDATA1腳是雙向傳輸引腳，在發射模式作為輸入端，接收模式作為輸出端。 RF2968實現基帶數據的高斯濾波、FSK調制中頻電流控制的晶體振蕩器（ICO）和中頻IF上變頻到RF信道頻率。片內壓控振蕩器（VCO）產生的頻率為本振（LO）頻率的一半，再通過倍頻到精確的本振頻率。在RESNTR+和RESNTR-間的2個外部回路電感設置VCO的調節范圍，電壓從片內調節器輸給VCO，調節器通過1個濾波網絡連接在2個回路電感的中間。由于藍牙快速跳頻的需要，環路濾波器（連接到 DO和RSHUNT）特別重要，它們決定VCO的跳變和設置時間。所以，極力推薦使用電路圖中提供的元件值。RF2968可以使用10MHz、 11MHz、12MHz、13MHz或20MHz的基準時鐘頻率，并能支持這些頻率的2倍基準時鐘。時鐘可由外部基準時鐘通過隔直電容直接送到OSC1 腳。如果沒有外部基準時鐘，可以用晶振和2個電容組成基準振蕩電路。無論是外部或內部產生的基準頻率，使用1個連接在OSC1和OSC2之間的電阻來提供合適的偏置。基準頻率的頻率公差須為20×10-6或更好，以保證最大允許的系統頻率偏差保持在RF2968的解調帶寬之內。LPO腳用3.2kHz或 32kHz的低功率方式時鐘給休眠模式下的基帶設備提供低頻時鐘。考慮到最小的休眠模式功率消耗，并靈活選擇基準時鐘頻率，可選用12MHz的基準時鐘。

　　接收機用低中頻結構，使得外部元件最少。RF信號向下變頻到1MHz，使中頻濾波器可以植入到芯片中。解調數據在BDATA1腳輸出，進一步的數據處理用基帶PLL數據和時鐘恢復電容完成。D1是基帶PLL環路濾波器的連接腳。同步數據和時鐘在REDATA和RECCLK腳輸出。如果基帶設備用 RF2968做時鐘恢復，D1環路濾波器可以略去不用。

　　TOP12? 基于單片機實現短距離無線通信電路

　　單片機的時鐘電路和復位電路：單片機時鐘電路設計中，選擇晶振頻率11.059 2 MHz，約定PC機和單片機的通信速率為9 600 b/s，并選擇相應電容與單片機的時鐘引腳相連構成時鐘回路。在復位電路設計中，采用復位引腳和相應的電容、電阻構成復位電路。單片機與PTR2000接口原理電路如圖所示。

　　單片機與PTR2000接口電路：AT89C52 單片機主要完成數據的采集和處理，向PTR2000模塊發送數據，并接收由PC機通過PTR2000傳送的數據。和單片機相連的PTR2000模塊主要將單片機的待傳數據調制成射頻信號，再發送到PC機端的PTR2000模塊，同時接收PC機端的PTR2000模塊傳送的射頻信號，并調制成單片機可識別的 TTL信號送至單片機。單片機的RXD和TXD引腳分別和PTR2000的DO和DI引腳連接，實現串行數據傳輸;決定PTR2000模塊工作模式的 TXEN、CS、PWR 3個引腳分別和單片機I/O控制口的P2.0～P2.2相連，PTR2000工作時，由單片機中的運行控制程序實時控制其工作模式。

　　該接口電路設計首先需進行電平轉換。PC機的串口支持RS-232標準，而PTR2000模塊支持TTL電平，選擇MAX232器件進行兩者間的電平轉換，接口電路如圖3所示。PTR2000模塊進行串行輸入、輸出，引腳DI、DO通過電平轉換器件和PC機串口相連;PTR2000的低功耗控制引腳。 PWR接高電平VCC，即PTR2000固定工作在正常工作狀態;頻道選擇引腳CS接GND低電平，即采用固定通信頻道1，固定工作在433.92 MHz;PC機串口的RTS信號控制TXEN引腳，以決定PTR2000模塊何時為接收和發射狀態。PC機和串口的傳輸速率設定為9 600 b/s，和單片機保持一致。