CC1101工作原理 基于與STM32的CC1101接口移植

本文主要是關(guān)于CC1101的相關(guān)介紹，并著重對(duì)CC1101工作原理進(jìn)行了詳盡的敘述。

CC1101

CC1101 ［1］ 是一款低于1GHz設(shè)計(jì)旨在用于極低功耗RF應(yīng)用。其主要針對(duì)工業(yè)、科研和醫(yī)療（ISM）以及短距離無(wú)線通信設(shè)備（SRD）。CC1101可提供對(duì)數(shù)據(jù)包處理、數(shù)據(jù)緩沖、突發(fā)傳輸、接收信號(hào)強(qiáng)度指示（RSSI）、空閑信道評(píng)估（CCA）、鏈路質(zhì)量指示以及無(wú)線喚醒（WOR）的廣泛硬件支持。CC1101在代碼、封裝和外引腳方面均與CC1100兼容，可用于全球最為常用的開放式低于1GHz頻率的RF設(shè)計(jì)?！?超低功耗無(wú)線收發(fā)器● 家庭和樓宇自動(dòng)化● 高級(jí)抄表架構(gòu)（AMI）● 無(wú)線報(bào)警安全系統(tǒng)◆ 387.0MHz～464.0MHz工作頻段。（433MHz，0.6kbps，1%誤碼率時(shí)為-116dBm）。（接收模式，433MHz，1.2kbps時(shí)僅16.0mA）?！?最高可設(shè)置為+10dBm的發(fā)射功率?！?支持0.6kbps～500kbps的數(shù)據(jù)傳輸速率。◆ 支持多種調(diào)制模式（OOK、ASK、GFSK、2-FSK、4-FSK和MSK）。◆ 提供對(duì)同步字檢測(cè)、地址校驗(yàn)、靈活的數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度以及自動(dòng)CRC處理的支持。◆ 支持RSSI（接收信號(hào)強(qiáng)度指示）和LQI（鏈路質(zhì)量指示）?！?通過4線SPI接口與MCU連接，同時(shí)提供2個(gè)可設(shè)定功能的通用數(shù)字輸出引腳?！?獨(dú)立的64字節(jié)RXFIFO和TX FIFO?！?工作電壓范圍：1.9V～3.6V，待機(jī)模式下電流僅為200nA。◆ 工作溫度范圍：-40℃～+85℃

基于與STM32的CC1101接口移植

移植原來(lái)TI對(duì)于CC1101與MSP430接口庫(kù)到STM32平臺(tái)，參考原TI庫(kù)應(yīng)用筆記“ MSP430 Interface to CC1100/2500 Code Library”，做到盡量保持所有函數(shù)名不改變，以方便以前基于MSP430的程序向STM32移植。

【要求】

1．編程要求：改寫原來(lái)基于MSP430的程序，使用于STM32，盡量保持所有函數(shù)名不改變，以方便以前基于MSP430的程序向STM32移植。

2．實(shí)現(xiàn)功能：STM32與CC1101通過SPI接口正常傳輸數(shù)據(jù)，不同節(jié)點(diǎn)的CC1101可以正常傳輸數(shù)據(jù)。

3．實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：STM32與CC1101連接后，可以與另一個(gè)節(jié)點(diǎn)通信，節(jié)點(diǎn)初始在隨機(jī)時(shí)間發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)，任一節(jié)點(diǎn)收到數(shù)據(jù)后LED閃一下，并把數(shù)據(jù)回傳，如此循環(huán)，會(huì)看到LED不停閃爍。

【硬件電路】

測(cè)試時(shí)CC1101與STM32引腳連接表如表1所示。

原理】

CC1101是TI公司一款高性價(jià)比的單片UHF收發(fā)器，為低功耗無(wú)線電應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它是CC1100器件的加強(qiáng)升級(jí)版，靈敏度更高，功耗更小，帶寬更大。CC1101可滿足多個(gè)領(lǐng)域中的低功耗無(wú)線應(yīng)用要求，如警報(bào)與安全、自動(dòng)抄表、工業(yè)監(jiān)控以及家庭和樓宇自動(dòng)化等。CC1101理想適用于工業(yè)、科學(xué)及醫(yī)藥設(shè)備（ISM）以及316、433、868及916MHz短距裝置（SRD）頻帶。但是，該器件也可方便編程，以支持其它頻率，如300-348MHz、387-467MHz及779-928MHz等。出色的頻帶與調(diào)制格式支持使其能與目前的RF終端設(shè)備相兼容。

圖1 CC1101 的外引腳圖（俯視）

CC1100通過4線SPI兼容接口 （SI，SO，SCLK和 CSn）配置。這個(gè)接口同時(shí)用作寫和讀緩存數(shù)據(jù)。SPI 接口上所有的處理都同一個(gè)包含一個(gè)讀/寫位，一個(gè)突發(fā)訪問位和一個(gè) 6 位地址的頭字節(jié)一起作用。在地址和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換期間， CSn 腳 （芯片選擇，低電平有效）必須保持為低電平。如果在過程中 CSn 變?yōu)楦唠娖?，則轉(zhuǎn)換取消。當(dāng) CSn 變低， 在開始轉(zhuǎn)換頭字節(jié)之前， MCU必須等待，直到 SO腳變低。這表明電壓調(diào)制器已經(jīng)穩(wěn)定，晶體正在運(yùn)作中。除非芯片處在 SLEEP 或 XOFF 狀態(tài)，SO 腳在 CSn變低之后總會(huì)立即變低。關(guān)于CC1101對(duì)配置寄存器寫和讀操作如圖2所示。

芯片狀態(tài)位

當(dāng)頭字節(jié)在 SPI 接口上被寫入時(shí)，芯片狀態(tài)字節(jié)在 SO 腳上被 CC1100 寫入。狀態(tài)字節(jié)包含關(guān)鍵狀態(tài)信號(hào)，對(duì)MCU是有用的。第一位 s7，是CHIP_RDYn 信號(hào)。在 SCLK的在第一個(gè)正邊緣之前，這個(gè)信號(hào)必須變低。CHIP_RDYn 信號(hào)表明晶體正處于工作中，調(diào)節(jié)數(shù)字供給電壓是穩(wěn)定的。6，5 和4 位由狀態(tài)值組成。這個(gè)值反映了芯片的狀態(tài)。 當(dāng)使 XOSC 空閑并使數(shù)字中心的能量開啟，所有其他模塊處于低功耗狀態(tài)時(shí)。只有芯片處于此狀態(tài)時(shí)，頻率和信道配置才能被更新。當(dāng)芯片處于接收模式時(shí)， RX狀態(tài)是活動(dòng)的。同樣地，當(dāng)芯片處于發(fā)送模式時(shí)，TX狀態(tài)是活動(dòng)的。狀態(tài)字節(jié)中的后四位（ 3 ：0）包含F(xiàn)IFO_BYTES_AVAILABLE。為了進(jìn)行讀操作，這個(gè)區(qū)域包含可從 RX FIFO 讀取的字節(jié)數(shù)。為了進(jìn)行寫操作，這個(gè)區(qū)域包含可寫入 TX FIFO 的 字節(jié)數(shù)。

寄存器訪問

CC1100配置寄存器位于SPI地址從0x00到0x2F之間。所有的配置寄存器均能讀和寫。當(dāng)對(duì)寄存器寫時(shí)，每當(dāng)一個(gè)待寫入的數(shù)據(jù)字節(jié)傳輸?shù)?SI腳時(shí)，狀態(tài)字節(jié)將被送至 SO腳。 通過在地址頭設(shè)置突發(fā)位，連續(xù)地址的寄存器能高效地被訪問。這個(gè)地址在內(nèi)部計(jì)數(shù)器內(nèi)設(shè)置起始地址。每增加一個(gè)新的字節(jié)計(jì)數(shù)器值增加 1。 突發(fā)訪問，不管是讀訪問還是寫訪問，必須通過設(shè)置CSn 為高來(lái)終止。對(duì) 0x30-0x3D間的地址來(lái)說(shuō)， 突發(fā)位用以在狀態(tài)寄存器和命令濾波之間選擇。狀態(tài)寄存器只讀。突發(fā)讀取對(duì)狀態(tài)寄存器是不可取的，故它們每次只能被讀一個(gè)。

命令濾波

命令濾波可被視為 CC1100 的單字節(jié)指令。通過命令濾波寄存器的選址，內(nèi)部序列被啟動(dòng)。這些命令用來(lái)關(guān)閉晶體振蕩器，開啟傳輸模式和電磁波激活等。命令濾波寄存器的訪問和一個(gè)寄存器的寫操作一樣，但沒有數(shù)據(jù)被傳輸。就是說(shuō)，只

有 R/W 位（置為 0） ，突發(fā)訪問（置為 0）和六個(gè)地址位（0x30和0x3D之間）被寫。一個(gè)命令濾波可能在任何其他 SPI 訪問之后，而不需要將 CSn 拉至高電平。命令濾波立即被執(zhí)行，當(dāng) CSn 高時(shí) SPWD和 SXOFF濾波是例外。

FIFO訪問

64 字節(jié) TX FIFO 和 64 字節(jié) RX FIFO 通過0x3F 被訪問。當(dāng)讀/寫位為 0 時(shí)，TX FIFO被訪問，當(dāng)讀/寫位為 1 時(shí)，RX FIFO 被訪問。 TX FIFO是只寫的，而 RX FIFO是只讀的。突發(fā)位用來(lái)決定 FIFO 訪問是單字節(jié)還是突發(fā)訪問。單字節(jié)訪問方式期望地址的突發(fā)位為 0 及1 數(shù)據(jù)字節(jié)。在數(shù)據(jù)字節(jié)之后等待一個(gè)新的地址，因此，CSn繼續(xù)保持低。突發(fā)訪問方式允許一地址字節(jié)，然后是連續(xù)的數(shù)據(jù)字節(jié)，直到通過設(shè)置 CSn 為高來(lái)關(guān)斷訪問。 當(dāng)對(duì) TX FIFO寫時(shí)，狀態(tài)字節(jié)對(duì)每個(gè) SO腳上的新數(shù)據(jù)字節(jié)是輸出量，如圖 6 所示。這個(gè)狀態(tài)位能用來(lái)偵測(cè)對(duì) TX FIFO 寫數(shù)據(jù)時(shí)的下溢。注意，狀態(tài)字節(jié)包含在寫入字節(jié)到 TX FIFO 的過程前空閑的字節(jié)數(shù)。當(dāng)最后一個(gè)適合 TX FIFO的字節(jié)被傳送至 SI 腳后， 被 SO腳接收的狀態(tài)位會(huì)表明在 TX FIFO中只有一個(gè)字節(jié)是空閑的。

傳輸 FIFO 可能會(huì)通過發(fā)布一個(gè) SFTX 命令濾波而被淹沒。相似地，一個(gè) SFRX命令濾波會(huì)淹沒接收 FIFO。當(dāng)進(jìn)入休眠狀態(tài)時(shí)， 兩個(gè) FIFO都被清空。PATABLE 訪問

0x3E 地址用來(lái)訪問 PATABLE。PATABLE用來(lái)選擇 PA 能量控制設(shè)置。在接收此地址之后，SPI 等待至少 8 個(gè)字節(jié)。通過控制PATABLE，能實(shí)現(xiàn)可控的 PA能量上升和下降，減少的帶寬的 ASK 調(diào)制整型也如此PATABLE 是一個(gè) 8 字節(jié)表， 定義了 PA控制 設(shè)置， 為 8 個(gè) PA 功率值（由FRENDO.PA_POWER 的 3 個(gè)位的值所選擇）的每一個(gè)所使用。這個(gè)表從最低位到最高位可讀和寫，一此一位。一個(gè)索引計(jì)數(shù)器用來(lái)控制對(duì)這個(gè)表的訪問。每讀出或?qū)懭氡碇械囊粋€(gè)字節(jié)，計(jì)數(shù)器就加 1。當(dāng) CSn 為高時(shí)，計(jì)數(shù)值置為最小值。當(dāng)達(dá)到最大值時(shí)，計(jì)數(shù)器由零重新開始計(jì)數(shù)。

PATABLE 訪問

對(duì) PATABLE 的訪問是單字節(jié)或者突發(fā)訪問，由突發(fā)位決定。當(dāng)使用突發(fā)訪問時(shí)，索引計(jì)數(shù)器的值增加；達(dá)到7時(shí)重新從0開始。讀/寫位控制訪問是寫訪問（R/W=0）或者讀訪問（R/W=1）。 如果一字節(jié)被寫入 PATABLE，且這個(gè)值將要被讀出，那么，為了設(shè)置索引計(jì)數(shù)器的值重為 0，CSn必須在讀訪問之前置為高。 注意，當(dāng) PATABLE 進(jìn)入休眠狀態(tài)時(shí)，所存儲(chǔ)的內(nèi)容會(huì)丟失，特別是第一個(gè)字節(jié)。

圖2 配置寄存器寫和讀操作

STM32的串行外設(shè)接口（SPI）

STM32的串行外設(shè)接口（SPI）有如下特性：

● 3線全雙工同步傳輸

● 帶或不帶第三根雙向數(shù)據(jù)線的雙線單工同步傳輸

● 8或16位傳輸幀格式選擇

● 主或從操作

● 支持多主模式

● 8個(gè)主模式波特率預(yù)分頻系數(shù)（最大為fPCLK/2）

● 從模式頻率 （最大為fPCLK/2）

● 主模式和從模式的快速通信

● 主模式和從模式下均可以由軟件或硬件進(jìn)行NSS管理：主/從操作模式的動(dòng)態(tài)改變

● 可編程的時(shí)鐘極性和相位

● 可編程的數(shù)據(jù)順序，MSB在前或LSB在前

● 可觸發(fā)中斷的專用發(fā)送和接收標(biāo)志

● SPI總線忙狀態(tài)標(biāo)志

● 支持可靠通信的硬件CRC

─ 在發(fā)送模式下，CRC值可以被作為最后一個(gè)字節(jié)發(fā)送

─ 在全雙工模式中對(duì)接收到的最后一個(gè)字節(jié)自動(dòng)進(jìn)行CRC校驗(yàn)

● 可觸發(fā)中斷的主模式故障、過載以及CRC錯(cuò)誤標(biāo)志

● 支持DMA功能的1字節(jié)發(fā)送和接收緩沖器：產(chǎn)生發(fā)送和接受請(qǐng)求

通常SPI通過4個(gè)引腳與外部器件相連： MISO：主設(shè)備輸入/從設(shè)備輸出引腳。該引腳在從模式下發(fā)送數(shù)據(jù)，在主模式下接收數(shù)據(jù)。 MOSI：主設(shè)備輸出/從設(shè)備輸入引腳。該引腳在主模式下發(fā)送數(shù)據(jù)，在從模式下接收數(shù)據(jù)。 SCK：串口時(shí)鐘，作為主設(shè)備的輸出，從設(shè)備的輸入 NSS：從設(shè)備選擇。這是一個(gè)可選的引腳，用來(lái)選擇主/從設(shè)備。它的功能是用來(lái)作為“片

選引腳”，本實(shí)驗(yàn)中沒有使用。SPI的方框圖如圖3所示。

圖3 SPI內(nèi)部框圖

圖4 數(shù)據(jù)幀格式圖

表2 源文件用途分類說(shuō)明

結(jié)語(yǔ)

關(guān)于CC1101的相關(guān)介紹就到這了，如有不足之處歡迎指正。

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