nRF無線SOC單片機(jī)原理與高級(jí)應(yīng)用

前言

　　技術(shù)的發(fā)展使得無線設(shè)計(jì)更為簡(jiǎn)單，但在設(shè)計(jì)超低功耗無線產(chǎn)品或應(yīng)用時(shí)，要達(dá)到良好的效果，仍然需要具備一定的基礎(chǔ)和技術(shù)方面的知識(shí)，這就是本書希望達(dá)到的目的?！　〕凸臒o線產(chǎn)品（簡(jiǎn)稱ULP）是指一個(gè)無線產(chǎn)品采用電池供電時(shí)（電池類型包括AA電池到紐扣電池）可以長(zhǎng)時(shí)間工作（從數(shù)月到數(shù)年，取決于工作的類型及占空比）?！　”緯榻B了Nordic公司最新的超低功耗2.4 GHz無線收發(fā)SOc及其應(yīng)用，將帶領(lǐng)你由基本開始，到高級(jí)的應(yīng)用設(shè)計(jì)?！　ordic SOC采用的是專有通信方式，可與Nordic的無線產(chǎn)品相互間通信。如果需要考慮不同廠家間產(chǎn)品的兼容性，則需要選擇一些標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品諸如藍(lán)牙等，但互通性（不同廠家藍(lán)牙間兼容工作的能力）可能需要以性能、功耗、或成本等換取。　　Nordic的專有SOC產(chǎn)品，在距離、帶寬、可靠性和電源功耗等方面進(jìn)行了綜合優(yōu)化，在超低功耗無線方案成本方面的表現(xiàn)也是領(lǐng)先的。今天這些Nordic無線SOC產(chǎn)品已經(jīng)在中國及其他市場(chǎng)發(fā)運(yùn)了數(shù)百萬片以上。例如，大多數(shù)非藍(lán)牙的無線PC鍵盤／鼠標(biāo)都選用了Nordic的2.4 GHz產(chǎn)品，其極高的性價(jià)比已經(jīng)成為替代27 MHz技術(shù)的有力競(jìng)爭(zhēng)者。

內(nèi)容概要

　　《nRF無線SOC單片機(jī)原理與高級(jí)應(yīng)用》介紹nRF系列射頻SOC原理與應(yīng)用，詳細(xì)介紹nRF射頻SOC各部分功能部件的原理與應(yīng)用，并為每個(gè)功能模塊編寫了應(yīng)用演示源程序，以便于快速實(shí)驗(yàn)及測(cè)試。此外還介紹開發(fā)環(huán)境的建立，以及nRF SOC教學(xué)開發(fā)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，最后以應(yīng)用為背景介紹射頻有源RFID、無線USB，以及2.4 GHz無線鼠標(biāo)、無線鍵盤和無線遙控器等的設(shè)計(jì)?！　　秐RF無線SOC單片機(jī)原理與高級(jí)應(yīng)用》以實(shí)踐出發(fā)，以應(yīng)用為目標(biāo)，可作為個(gè)人、學(xué)生、無線愛好者、工程師學(xué)習(xí)無線設(shè)計(jì)的入門及提高讀物，或作為高等院校的計(jì)算機(jī)、電子、自動(dòng)化、無線通信等專業(yè)相關(guān)課程的教學(xué)參考書。

作者簡(jiǎn)介

　　譚暉，在哈爾濱工業(yè)大學(xué)多年從事專用通信科研工作，曾獲國家科技進(jìn)步獎(jiǎng)、國家教委科技進(jìn)步獎(jiǎng)和省科技進(jìn)步獎(jiǎng)等，在創(chuàng)新領(lǐng)域做了一定的工作，擁有國內(nèi)外多項(xiàng)專利，長(zhǎng)期從事中短距離無線技術(shù)研究。

書籍目錄

第1章 2.4 GHz無線SOC芯片nRF24LE11.1 nRF24LE1介紹1.1.1 nRF24LE1特性1.1.2 nRF24LE1應(yīng)用領(lǐng)域1.2 nRF24LE1功能概述1.2.1 nRF24LE1主要功能1.2.2 nRF24LE1內(nèi)部框圖1.2.3 nRF24LE1引腳分配1.2.4 nRF24LE1引腳功能1.3 nRF24LE1射頻收/發(fā)1.3.1 射頻收/發(fā)特性1.3.2 射頻收/發(fā)內(nèi)部框圖1.3.3 射頻收/發(fā)功能說明1.3.4 增強(qiáng)型 ShockBurst1.3.5 射頻收/發(fā)的數(shù)據(jù)和控制接口1.3.6 寄存器圖1.4 MCU1.4.1 MCU內(nèi)部框圖1.4.2 MCU特性1.4.3 MCU功能說明1.5 存儲(chǔ)器和I/O結(jié)構(gòu)1.5.1 PDATA頁式存儲(chǔ)器存儲(chǔ)地址1.5.2 MCU 特殊功能寄存器1.6 Flash存儲(chǔ)器1.6.1 Flash存儲(chǔ)器特性1.6.2 Flash存儲(chǔ)器內(nèi)部框圖1.6.3 Flash存儲(chǔ)器功能說明1.7 隨機(jī)存儲(chǔ)器(RAM)1.8 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1.8.1 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器特性1.8.2 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器內(nèi)部框圖1.8.3 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器功能說明1.8.4 SFR寄存器1.8.5 實(shí)時(shí)鐘RTC1.9 中斷1.9.1 中斷特性1.9.2 中斷控制器框圖1.9.3 中斷功能說明1.9.4 特殊寄存器1.10 看門狗1.10.1 看門狗功能1.10.2 看門狗內(nèi)部框圖1.10.3 看門狗寄存器功能說明1.11 功耗和時(shí)鐘管理1.11.1 功耗和時(shí)鐘管理內(nèi)部框圖1.11.2 功耗和時(shí)鐘管理工作模式1.11.3 功耗和時(shí)鐘管理功能說明1.12 電源管理1.12.1 電源管理特性1.12.2 電源管理框圖1.12.3 電源管理功能說明1.12.4 電源管理特殊功能寄存器POFCON1.13 片上振蕩器1.13.1 片上振蕩器特性1.13.2 片上振蕩器框圖1.13.3 片上振蕩器功能說明1.14 乘除法器單元MDU1.14.1 乘除法單元特性1.14.2 乘除法單元框圖1.14.3 乘除法單元功能說明1.14.4 乘除法單元特殊功能寄存器1.15 加密/解密加速單元1.15.1 加密/解密加速器特性1.15.2 加密/解密加速器框圖1.15.3 加密/解密加速器功能說明1.16 隨機(jī)數(shù)發(fā)生器1.16.1 隨機(jī)數(shù)發(fā)生器特性1.16.2 隨機(jī)數(shù)發(fā)生器框圖1.16.3 隨機(jī)數(shù)發(fā)生器功能說明1.16.4 隨機(jī)數(shù)發(fā)生器特殊功能寄存器1.17 通用I/O口以及引腳分配1.17.1 通用I/O端口框圖1.17.2 通用I/O端口功能說明1.17.3 I/O引腳映射圖1.18 SPI同步串行外設(shè)接口1.18.1 SPI接口特性1.18.2 SPI接口框圖1.18.3 SPI接口功能說明1.19 異步串行通信接口UART1.19.1 UART接口特性1.19.2 UART接口框圖1.19.3 UART接口功能說明1.20 2線接口1.20.1 2線接口特性1.20.2 2線接口功能說明1.20.3 2線接口特殊功能寄存器1.21 ADC轉(zhuǎn)換器1.21.1 ADC轉(zhuǎn)換器特性1.21.2 ADC轉(zhuǎn)換器內(nèi)部框圖1.21.3 ADC轉(zhuǎn)換器功能說明1.22 模擬比較器1.22.1 模擬比較器特性1.22.2 模擬比較器框圖1.22.3 模擬比較器功能說明1.23 PWM脈寬調(diào)制1.23.1 PWM脈寬調(diào)制特性1.23.2 PWM脈寬調(diào)制框圖1.23.3 PWM脈寬調(diào)制功能說明1.24 nRF24LE1絕對(duì)最大額定值1.25 nRF24LE1工作條件1.26 nRF24LE1電氣特性1.27 nRF24LE1硬件調(diào)試支持1.27.1 硬件調(diào)試特性1.27.2 硬件調(diào)試功能說明1.28 nRF24LE1封裝尺寸規(guī)格1.29 nRF24LE1應(yīng)用范例1.29.1 Q48應(yīng)用范例1.29.2 Q32應(yīng)用范例1.29.3 Q24應(yīng)用范例第2章 帶USB2.0接口的2.4 GHz無線SOC芯片nRF24LU1+2.1 nRF24LU1+介紹2.1.1 nRF24LU1+基本特性2.1.2 nRF24LU1+應(yīng)用領(lǐng)域2.1.3 nRF24LU1+功能2.1.4 nRF24LU1+內(nèi)部框圖2.1.5 nRF24LU1+典型系統(tǒng)應(yīng)用2.2 nRF24LU1+引腳信息2.2.1 nRF24LU1+引腳分配2.2.2 nRF24LU1+引腳功能2.3 nRF24LU1+絕對(duì)最大額定值2.4 nRF24LU1+工作條件2.5 nRF24LU1+電氣特性2.5.1 電源消耗和時(shí)序特性2.5.2 射頻收/發(fā)特性2.5.3 USB 接口2.5.4 Flash存儲(chǔ)器2.5.5 晶體規(guī)格2.5.6 直流電氣特性2.6 nRF24LU1+射頻收/發(fā)2.6.1 射頻收/發(fā)特性2.6.2 射頻收/發(fā)內(nèi)部框圖2.6.3 射頻收/發(fā)功能說明2.6.4 增強(qiáng)型ShockBurst2.6.5 射頻收/發(fā)數(shù)據(jù)及控制接口2.6.6 寄存器圖2.7 USB 2.0接口2.7.1 USB 2.0接口特性2.7.2 USB 2.0接口框圖2.7.3 USB 2.0接口功能說明2.7.4 USB 2.0接口控制端點(diǎn)2.7.5 批量/中斷端點(diǎn)2.7.6 ISO同步端點(diǎn)2.7.7 存儲(chǔ)器配置2.7.8 USB控制器中斷2.7.9 USB控制寄存器2.8 加密/解密加速單元2.8.1 加密/解密單元特性2.8.2 加密/解密單元功能說明2.9 SPI主模式2.9.1 SPI主模式框圖2.9.2 SPI主機(jī)功能說明2.9.3 SPI操作2.10 SPI從模式2.10.1 SPI從模式框圖2.10.2 SPI從模式功能說明2.10.3 SPI時(shí)序2.11 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2.11.1 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器特性2.11.2 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器框圖2.11.3 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器功能說明2.11.4 特殊功能寄存器2.12 異步串行通信接口UART2.12.1 UART特性2.12.2 UART內(nèi)部框圖2.12.3 UART功能說明2.12.4 UART的特殊功能寄存器2.13 輸入/輸出端口GPIO2.13.1 標(biāo)準(zhǔn)I/O2.13.2 擴(kuò)展I/O2.14 MCU2.14.1 MCU特性2.14.2 MCU內(nèi)部框圖2.14.3 運(yùn)算邏輯單元(ALU)2.14.4 指令集2.14.5 操作碼2.15 存儲(chǔ)器和I/O組織2.16 隨機(jī)訪問存儲(chǔ)器(RAM)2.17 Flash存儲(chǔ)器2.17.1 Flash存儲(chǔ)器特性2.17.2 Flash存儲(chǔ)器內(nèi)部框圖2.17.3 Flash存儲(chǔ)器功能說明2.17.4 掉電復(fù)位2.17.5 通過MCU編程Flash2.17.6 通過USB接口的Flash編程2.17.7 通過SPI編程Flash2.18 乘除法器單元MDU2.18.1 乘除法單元特性2.18.2 乘除法單元框圖2.18.3 乘除法單元功能說明2.18.4 乘除法單元特殊功能寄存器2.19 看門狗和喚醒功能2.19.1 看門狗特性2.19.2 看門狗框圖2.19.3 看門狗功能說明2.20 功耗管理2.20.1 功耗管理特性2.20.2 功耗管理框圖2.20.3 功耗管理工作模式2.20.4 功耗管理功能說明2.21 電源監(jiān)控管理2.21.1 電源監(jiān)控管理特性2.21.2 電源監(jiān)控管理功能說明2.22 中斷2.22.1 中斷特性2.22.2 中斷控制器框圖2.22.3 中斷控制器功能說明2.22.4 中斷控制特殊功能寄存器2.23 nRF24LU1+硬件調(diào)試支持2.23.1 硬件調(diào)試特性2.23.2 硬件調(diào)試功能說明2.24 nRF24LU1+外圍信息2.24.1 天線輸出2.24.2 晶體振蕩器2.24.3 PCB布局和去耦指南2.25 nRF24LU1+應(yīng)用范例2.25.1 原理圖2.25.2 PCB布局2.25.3 材料清單 (BOM)2.26 nRF24LU1+外形封裝尺寸2.27 nRF24LU1+ USB存儲(chǔ)器配置2.27.1 USB存儲(chǔ)器配置2.27.2 USB存儲(chǔ)器配置2.27.3 USB存儲(chǔ)器配置2.27.4 USB存儲(chǔ)器配置2.28 配置與nRF24XX相兼容第3章 nRFgo嵌入式仿真開發(fā)環(huán)境3.1 nRFgo開發(fā)環(huán)境概述3.1.1 nRFgo Starter Kit——開發(fā)母板3.1.2 nRFgo Development Kits——目標(biāo)板3.1.3 nRFgo Studio——nRFgo軟件綜合環(huán)境3.1.4 nRFgo Software Development Kit——軟件開發(fā)包SDK3.1.5 nRFprobe——在線仿真軟件調(diào)試工具3.2 如何編譯并運(yùn)行一個(gè)例程3.2.1 Keil μVision環(huán)境建立3.2.2 nRFgo Studio 的安裝及使用3.3 如何在線調(diào)試仿真3.3.1 nRFgo SDK Installation3.3.2 nRFgo Start Kit安裝3.3.3 nRFProbe仿真調(diào)試工具安裝3.3.4 Keil μVision環(huán)境設(shè)置及使用第4章 nRF無線SOC教學(xué)開發(fā)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)4.1 概述4.2 nRF24LE1無線SOC開發(fā)板4.3 nRF24LU+無線USB開發(fā)板4.4 nRF Flash 在線下載編程器4.4.1 概述4.4.2 編程器驅(qū)動(dòng)程序安裝4.4.3 編程器使用方法及步驟第5章 無線SOC實(shí)戰(zhàn)設(shè)計(jì)之基礎(chǔ)篇5.1 I/O口的使用5.2 A/D轉(zhuǎn)換5.3 RTC的使用5.4 隨機(jī)數(shù)發(fā)生器的使用5.5 Flash的讀/寫5.6 看門狗的使用5.7 掉電模式及喚醒5.8 MDU乘除法處理器的使用5.9 無線SOC的收/發(fā)實(shí)驗(yàn)第6章 無線SOC實(shí)戰(zhàn)設(shè)計(jì)之提高篇6.1 2.4 GHz有源射頻RFID射頻識(shí)別系統(tǒng)6.1.1 2.4 GHz有源RFID卡的實(shí)現(xiàn)6.1.2 2.4 GHz有源RFID閱讀器(Reader)的實(shí)現(xiàn)6.2 2.4 GHz無線USB的應(yīng)用6.2.1 USB描述符6.2.2 nRF24LU1+關(guān)于USB應(yīng)用的程序范例6.3 2.4 GHz無線數(shù)字語音雙向傳輸6.3.1 工作原理6.3.2 nRF24LE1核心電路原理圖6.3.3 MIC放大器原理圖6.3.4 PWM濾波及驅(qū)動(dòng)原理圖6.3.5 軟件實(shí)現(xiàn)方法第7章 無線通信協(xié)議及Gazell介紹7.1 為什么需要無線通信協(xié)議7.2 無線通信協(xié)議基本原理及設(shè)計(jì)7.2.1 編碼方式7.2.2 差錯(cuò)控制7.3 Gaz ell協(xié)議7.3.1 Gazell星形網(wǎng)絡(luò)任務(wù)7.3.2 Gazell協(xié)議的特點(diǎn)7.3.3 協(xié)議狀態(tài)7.3.4 Gazell中協(xié)議的時(shí)序7.3.5 Gazell中的數(shù)據(jù)通道和地址7.3.6 配置7.3.7 Gazell典型應(yīng)用——在Keil C中用Gazell協(xié)議實(shí)現(xiàn)按鍵的無線傳輸?shù)?章 2.4 GHz無線桌面套裝參考設(shè)計(jì)8.1 2.4 GHz無線桌面套裝介紹8.2 nRF6901——桌面套裝之無線USB適配器8.2.1 無線USB適配器介紹8.2.2 無線USB適配器主要硬件功能8.2.3 無線USB適配器硬件照片8.2.4 無線USB適配器框圖8.2.5 無線USB適配器原理圖8.2.6 材料清單8.2.7 PCB規(guī)格8.2.8 PCB布局圖8.2.9 無線USB適配器軟件流程圖8.3 nRF6902——桌面套裝之2.4 GHz無線鍵盤8.3.1 無線鍵盤介紹8.3.2 無線鍵盤主要硬件功能8.3.3 無線鍵盤硬件照片8.3.4 無線鍵盤功能框圖8.3.5 無線鍵盤原理圖8.3.6 PCB規(guī)格8.3.7 無線鍵盤軟件流程圖8.4 nRF6903——桌面套裝之2.4 GHz無線鼠標(biāo)8.4.1 無線鼠標(biāo)介紹8.4.2 無線鼠標(biāo)主要硬件功能8.4.3 無線鼠標(biāo)硬件照片8.4.4 無線鼠標(biāo)框圖8.4.5 無線鼠標(biāo)原理圖8.4.6 材料清單8.4.7 PCB規(guī)格8.4.8 PCB布局圖8.4.9 無線鼠標(biāo)軟件流程圖8.5 nRF6904——桌面套裝之2.4 GHz無線遙控器8.5.1 無線遙控器介紹8.5.2 無線遙控器主要硬件特性8.5.3 無線遙控器硬件照片8.5.4 無線遙控器框圖8.5.5 無線遙控器原理圖8.5.6 材料清單8.5.7 PCB規(guī)格8.5.8 PCB布局圖8.5.9 無線遙控器軟件流程圖參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　在反饋重發(fā)的方法中，要求接收方收完一個(gè)數(shù)據(jù)包后，向發(fā)送方反饋一個(gè)接收是否正確的信息，使發(fā)送方據(jù)此作出是否需要重新發(fā)送的決定。發(fā)送方僅當(dāng)收到接收方以正確接收的反饋信號(hào)后，才能認(rèn)為該數(shù)據(jù)包已經(jīng)正確發(fā)送完畢；否則需要重發(fā)直至正確為止?！　∽詣?dòng)重發(fā)的應(yīng)用場(chǎng)景，就是在物理信道的突發(fā)噪聲（或其他干擾）可能完全淹沒一數(shù)據(jù)包，使得整個(gè)數(shù)據(jù)包或反饋的應(yīng)答包丟失。這將導(dǎo)致發(fā)送方永遠(yuǎn)收不到接收方發(fā)來的信息，從而使傳輸過程停滯。為了避免出現(xiàn)這種情況，通常引人定時(shí)器（Timer）來限定接收方發(fā)回反饋消息的時(shí)間間隔，當(dāng)發(fā)送方發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)包的同時(shí)也啟動(dòng)定時(shí)器，若在限定時(shí)間間隔內(nèi)未能收到接收方的反饋信息，即定時(shí)器超時(shí)（Time out），則可認(rèn)為傳出的數(shù)據(jù)包已出錯(cuò)或丟失，需要重新發(fā)送?！　×硗?，由于同一包數(shù)據(jù)可能被重復(fù)發(fā)送多次，就可能引起接收方多次收到同一數(shù)據(jù)包，而造成重復(fù)接收。為防止這種情況發(fā)生，可以采用對(duì)發(fā)送的數(shù)據(jù)包編號(hào)的方法，即賦予每個(gè)數(shù)據(jù)包一個(gè)序號(hào)，從而使接收方能從該序號(hào)來區(qū)分是新發(fā)送來的數(shù)據(jù)包，還是已經(jīng)接收但又重發(fā)來的數(shù)據(jù)包，以此來確定要不要將接收到的數(shù)據(jù)包遞交給下一步的處理。通過使用計(jì)數(shù)器和序號(hào)來保證每個(gè)數(shù)據(jù)包最終都能被正確地遞交一次?！　≡趎RF芯片內(nèi)部，已經(jīng)集成了完全由硬件來完成的與反饋重發(fā)和自動(dòng)重發(fā)機(jī)制相對(duì)應(yīng)的功能，包括CRC生成與校驗(yàn)，以及防止重復(fù)接收等功能，即增強(qiáng)型ShockBurst功能，這些功能只需要通過對(duì)相關(guān)寄存器的設(shè)定即可實(shí)現(xiàn)，大大減輕通信協(xié)議軟件開發(fā)的工作量。

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