2020年03月04日 | 基于PIC单片机的测试评估板设计

　　近年来，由于数据通信需求的推动，加上半导体、计算机等相关电子技术领域的快速发展，短距离无线与移动通信技术也经历了一个快速发展的阶段。短距离无线通信通常指的是l00m到200m以内的通信。

　　它被广泛应用于无线数据采集、无线水表、煤气表、电力表抄表、工业遥控、遥测、工业数据采集、楼宇自动化、安防、机房设备无线监控、家庭自动化数据网络组网等领域。

　　美国SILICon Laboratories公司作为专业的无线芯片开发和生产商，它的IAI系列无线芯片具有集成度高，外围元件少，功耗低，性能稳定可靠，芯片内部集成了FSK无线收发必需的全部功能模块，包括多边带PLL合成器、PA、LNA、混频器、基带滤波器、中频放大器、信号强度指示RSSI、数据质量侦测DQD、电池电压侦测、AFC和微控制器等，非常适合用于短距离无线通讯产品。本文介绍了贝能科技采用IA4421芯片开发的两种无线通讯模块PHY和EV-IA4421-433M-3（如图1，图2）。PHY模块是不带MCU而向外提供一个SPI接口；EV-IA4421模块是带MCU并向外提供一个串口。这样可以方便用户使用和开发。

　　针对这两种模块，我们设计了一个适用这两种模块的测试评估板。该 测试板 可以对这两个模块进行设置（主要对IAI4421寄存器设置），这样方便客户评估，测试IA系列产品的的性能。

　　基本概述：
　　该测试板的组成采用PIC单片机PIC16F777作为主控芯片；一个LCD1602作为显示器件；4个轻触按键作为作为用户输入；一个可以连接电脑的串口；还有连接两通讯模块的接口。用户可以通过按键和LCD可以很直观地对IAI4421芯片寄存器、通讯速率等进行设置，还可以通过LCD监控数据传输过程的正确性和完整性。

　　本文主要介绍该测试板的一些主要功能和原理以及其使用的方法，以便大家对其有一个初步的了解。

　　主要功能：
　　可设置4位的发射地址码：用户可以通过菜单设置4位的地址即0~F，并与从机地址设置对应，这样就可以不受其他模块的干扰，可以多个模块同时工作。

　　可设置模块的工作频段：由于IAI系列芯片支持3频段分别为433MHz、868MHZ、915MHZ，通过设置不同的频段可以适应使用不同频段的硬件。

　　可设置模块的发送速率：芯片支持不同的发射速率，用户可以根据需要进行调整；可设置发送数据的时间间隔和发送的次数；

　　可以设置串口波特率（与硬件连接相对应）；

　　可显示接收数据的内容和接收数据的次数，当前通讯速率等信息；硬件组成框架：
　　

　　各部分硬件接口：
　　LCD1602接口（图3）
　　LCD1602采用8数据线接口（data0-data7），有利于快速刷新需要显示的数据，RS、RW、E三线控制。
　　

图3 LCD电路接口

　　串口电路（图4）
　　串口电路采用MAX232作为电平转换芯片，与电脑连接，接收电脑 的输入命令。TX串行数据输出（无线接收到的 数据），CRX串行数据输入（要发送的数据）。
　

图4 串口电路接口

　　EV-IA4421-433M-3模块接口电路（图5）
　　EV-IA4421-433M-3是已经带有一个PIC16F690的模块。VCC使用5V电源供电；TX、RS作为一个标准的波特率可选的串口作为与测试板之间的通讯，所有对模块的操作都使用这个串口完成；/PD待机控制，/PD=0时，模块进入待机状态，/PD=1，模块正常工作；RSSI无线信号强度输出，输出电压和信号强度成正比，是一个模拟信号，测试板通过AD转换对其捕捉。

图5 EV-IA4421接口电路

　　PHY模块接口电路（图6）
　　PHY只需使用5个I/O口即可工作，它采用SPI兼容的控制接口作为数据通讯接口。我们测试板也正是使用这种方式与PHY模块进行谅解的。各个接口功能如下：SCK：SPI串口时钟输入；SDI：SPI串口数据输入；NSEL：SPI片选输入（低电平有效）；SDO：SPI串口数据输出；NIRQ：中断请求输出（低电平有效）。
　　

　　四个轻触按键作为用户的输入，用户按键的输入判断是采用普通的I/O方式。具体每个按键定义为：UP键用于上移菜单；DOWN键用于下移菜 单；ENTER键用于确认选择；SEND用于启动发送数据。

　　电源部分：
　　考虑到使用的方便性，再电源供电上采用了两种供电方式：一种直流9V～12V 电源适配器的输入；另一种是用9V的纽扣电池供电。用户可采用其中的一种。

　　软件组成框架：
　　软件流程如图8所示，软件系统在MCU中执行，分为系统初始化、主循环流程与中断服务程序。下面对其作一个简单的介绍：

　　MCU初始化函数，主要是对MCU定时器设置、串口、中断设置和各个端口的输入输出设置等等；按键事件管理函数，它定时检测按键板上的按键输入，设置和保存相应的标志位，并把按键对应信息映射成相应的驱动事件；主循环函数是整个软件系统的一个核心部分，各种事件的触发和各个用户接口管理都由这个函数完成，每个子程序管理着不同功能。
　

图8 软件流程

　　主循环是软件的基本控制部分，它是一个无限时间的循环，当中包含了许多子程序，诸 如：Check if it’s time to execute events（定时器时间事件处理）、Mode Handler（模式识别处理）、Key SCANHandler（电源管理）、OSD Event Handler（菜单事件处理——当中也包含了按键处理）、Debug Handler（调试处理）。通过这一系列的管理函数，不断的检测事件的发生并执行相应的功能操作。

　　小结
　　本文对DEMO板的功能、硬件和软件作了一个简单的介绍，该demo板主要是为贝能公司开发的PHY和EV-IA4421-433M无线模块提供一个方便的使用和测试平台，以便用户可以对其作评估，使其更快地应用于产品当中。