【摘 要】本文闡述了利用AVR 單片機(jī)Atemga16和ADF7020-1芯片實(shí)現(xiàn)無線通信平臺(tái)的設(shè)計(jì)原理和實(shí)現(xiàn)方案，并最終做出了實(shí)用的無線通信電臺(tái)。在本設(shè)計(jì)中筆者利用Altium designer 9.0進(jìn)行了電路設(shè)計(jì)，詳細(xì)講述了具體電路的設(shè)計(jì)；利用C語言編寫了單片機(jī)控制程序，完成了對(duì)ADF7020-1芯片的配置及通信功能。同時(shí)，利用射頻仿真軟件進(jìn)行了PLL環(huán)路的仿真及實(shí)際調(diào)試，最終利用頻譜分析儀對(duì)通信頻譜進(jìn)行了測(cè)試，并完成了實(shí)際的測(cè)試，達(dá)到了預(yù)期的效果。

一、前 言

隨著科技的進(jìn)步，人們對(duì)于無線通信的需求無處不在，尤其是對(duì)于近距離無線通信需求的不斷增多，例如無線抄表，無線監(jiān)控，無線語音，無線數(shù)據(jù)采集等需求數(shù)量逐年遞增，為了滿足這種要求本文進(jìn)行一種通用的無線通信平臺(tái)的設(shè)計(jì)。

二、硬件方案設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)旨在設(shè)計(jì)一款通用的無線通信平臺(tái)，通過半雙工的方式實(shí)現(xiàn)短距離無線通信，該平臺(tái)可以通過UART接口、RS-232和RS-422接口實(shí)現(xiàn)與外部數(shù)據(jù)的對(duì)接。我們采用了ADI公司的ADF7020-1作為核心芯片，由于ADF7020只是一個(gè)調(diào)制芯片，需要外部控制才能正常工作，因此我們選擇了Atmel公司的ATmega16單片機(jī)完成對(duì)ADF7020的控制功能。同時(shí)該單片機(jī)還帶有UART接口，可以完成與其他設(shè)備的數(shù)據(jù)通信功能。為了滿足通用的要求，我們將UART接口進(jìn)行了擴(kuò)展，使該平臺(tái)能過與其他標(biāo)準(zhǔn)的接口進(jìn)行無縫對(duì)接。

（一） ADF7020-1功能介紹

ADF7020-1是一款低功耗、高性能的無線收發(fā)芯片（Transceiver），其本身集成了發(fā)射通道、接收通道、本振鎖相環(huán)、調(diào)制器、解調(diào)器等功能電路。ADF7020-1工作頻率覆蓋80MHz～650MHz的ISM頻段，使用時(shí)只需要設(shè)定好相應(yīng)的頻率控制字，同時(shí)調(diào)整相應(yīng)的VCO的電感值，就能靈活的實(shí)現(xiàn)頻率的更換。ADF7020-1 支持ASK和FSK兩種調(diào)制方式，在FSK調(diào)制模式下支持0.15kbps～200kbps的通信速率，在ASK調(diào)制模式下支持0.15kbps～64kbps的傳輸速度接收靈敏度方面ADF7020-1性能比其他同類型芯片更加優(yōu)越。在FSK模式速率為1kbps時(shí)接收靈敏度可以達(dá)到-119dBm，在速率為9.6kbps時(shí)，接收靈敏度可以達(dá)到-114dBm。

（二）ATMega16功能介紹

ATmega16是基于增強(qiáng)的AVR RISC結(jié)構(gòu)的低功耗8 位CMOS微控制器。其內(nèi)部集成了UART、SPI、I2C等接口，可以很好的實(shí)現(xiàn)與外部設(shè)備的連接。在本設(shè)計(jì)中我們使用該單片機(jī)的UART口實(shí)現(xiàn)與外部設(shè)備的通信功能，使用SPI接口完成對(duì)ADF7020-1的控制與通信功能。另外由于其先進(jìn)的指令集以及單時(shí)鐘周期指令執(zhí)行時(shí)間，ATmega16的數(shù)據(jù)吞吐率高達(dá)1 MIPS/MHz，可以很好的滿足我們實(shí)時(shí)通信的需要。

（三）電路設(shè)計(jì)

平臺(tái)的硬件實(shí)現(xiàn)如下圖所示；

該無線通信平臺(tái)包括 接口電路、MCU、ADF7020-1、放大器、低噪聲放大器、收發(fā)開關(guān)，LC帶通濾波器和天線幾部分組成。單片機(jī)是整個(gè)平臺(tái)的控制中樞，負(fù)責(zé)ADF7020芯片的控制和對(duì)外接口通信。ADF7020完成基帶信號(hào)到射頻信號(hào)的發(fā)射功能，以及射頻信號(hào)到基帶信號(hào)的接收功能。放大器完成對(duì)發(fā)射信號(hào)的放大功能，低噪放完成接接收信號(hào)的放大功能。收發(fā)開關(guān)主要用于收發(fā)雙工復(fù)用，當(dāng)發(fā)射信號(hào)時(shí)收發(fā)開關(guān)與發(fā)射端連通，發(fā)射信號(hào)經(jīng)過帶通濾波器和天線發(fā)射出去，此時(shí)接收通路與帶通濾波器和天線是斷開的，這樣就可以防止在發(fā)射信號(hào)反饋回接收通道，導(dǎo)致由于信號(hào)強(qiáng)度太大燒毀低噪聲放大器的現(xiàn)象發(fā)生。LC帶通濾波器主要用來對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波。由于ATmega16只有一個(gè)UART接口，而無線通用平臺(tái)對(duì)外需要有三種接口UART、RS-232和RS-422接口，因此需要采用復(fù)用電路將ATmega16的UART接口復(fù)用給三個(gè)外部接口。在實(shí)際設(shè)計(jì)中選用了一個(gè)6位的撥碼開關(guān)來實(shí)現(xiàn)ATmega16的UART口與3個(gè)外部接口的復(fù)用功能，當(dāng)外部鏈接某一種接口時(shí)，只需要將撥碼開關(guān)撥到相應(yīng)的位置即可，如下圖所示：

（四）指標(biāo)仿真及調(diào)試測(cè)試結(jié)果

在設(shè)計(jì)中我們需要對(duì)ADF7020-1芯片的載波指標(biāo)進(jìn)行仿真和調(diào)試。ADI公司針對(duì)ADF系列的芯片提供了良好的仿真軟件支持-ADIsimPLL，在設(shè)計(jì)時(shí)只需進(jìn)行簡單的設(shè)置就能實(shí)現(xiàn)仿真，同時(shí)根據(jù)仿真結(jié)果，我們需要調(diào)試載波PLL的環(huán)路濾波器值（下圖中的C1，R1和C2的值），以達(dá)到較好的相位噪聲和雜散指標(biāo)。

三、軟件設(shè)計(jì)

該平臺(tái)的軟件主要完成三個(gè)功能：對(duì)ADF7020初始化、接收來自外部接口的通信數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)換成基帶信號(hào)用來調(diào)制ADF7020、接收ADF7020的解調(diào)信號(hào)，并發(fā)送到外部接口。

四、平臺(tái)測(cè)試實(shí)際測(cè)試中我們用了兩套平臺(tái)和兩臺(tái)筆記本進(jìn)行互相通信

在調(diào)試中我們使用了串口調(diào)試助手作為終端軟件進(jìn)行相互通信如下圖所示：經(jīng)過實(shí)地測(cè)試采用FSK模式，載波頻率為400MHz，通信速率為9.6kbps時(shí)，在開闊的平臺(tái)傳輸距離可達(dá)到800m。

五、結(jié)束語

本文使用集成射頻芯片ADF7020-1和AVR單片機(jī)Atmega16 完成了一款短距離通用無線通信平臺(tái)的設(shè)計(jì)、調(diào)試和實(shí)驗(yàn)。該平臺(tái)集成了通用的UART端口、RS-232端口、RS-422端口，可以方便的與其他設(shè)備直接對(duì)接，應(yīng)用非常方便。搭接該平臺(tái)可以很好的實(shí)現(xiàn)距離800米以內(nèi)的無線通信需求，可以用于住宅小區(qū)、停車場(chǎng)和商場(chǎng)等。

參考文獻(xiàn)：

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[3]ADF7020-1 芯片資料

[4]ATmega16芯片資料