Nordic中短距離無線應(yīng)用入門與實(shí)踐

前言

　　無線中短距離通信是當(dāng)前的一個(gè)“熱點(diǎn)”，越來越多的人開始關(guān)注這一領(lǐng)域，并希望將其納入自己的行業(yè)或領(lǐng)域中，但在初次接觸和使用時(shí)往往會(huì)遇到一些困難，而無從下手。本書是介紹nRF系列中短距離無線收發(fā)芯片及應(yīng)用的書籍。作為較早進(jìn)入國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的中短距離無線收發(fā)芯片之一，來自北歐挪威的nRF無線芯片已經(jīng)得到市場(chǎng)的認(rèn)可及廣泛的應(yīng)用，如已被大家所熟悉的低頻段的nRF9xx系列，以及2.4 GHz頻段的nRF24xx系列。從無線抄表、汽車防盜、計(jì)算機(jī)外設(shè)、射頻識(shí)別卡乃至醫(yī)學(xué)診斷無線膠囊等，涵蓋了多行業(yè)的應(yīng)用。作為無線中短距離業(yè)界的一朵奇葩，維京人的創(chuàng)新和奇思妙想體現(xiàn)在射頻芯片的設(shè)計(jì)上，nRF系列射頻芯片以超低功耗、高標(biāo)準(zhǔn)RF性能、易使用而著稱，具有很高的市場(chǎng)占有率。Nordic產(chǎn)品的很多功能設(shè)計(jì)和使用，從使用者的便利角度出發(fā)，不需要做復(fù)雜的配置和操作，初次使用時(shí)很容易理解及操作；Nordic產(chǎn)品的超低功耗性能奠定了業(yè)界的標(biāo)桿，這也是Nordic產(chǎn)品非常重要的特點(diǎn)，這意味著便攜產(chǎn)品的電池使用壽命可以更長(zhǎng)，更環(huán)保節(jié)能；Nordic射頻芯片的RF性能也是非常優(yōu)異的，用射頻芯片設(shè)計(jì)無線產(chǎn)品，除了實(shí)現(xiàn)無線的功能外，更重要的是要滿足對(duì)諧波等RF指標(biāo)的要求。各國(guó)對(duì)射頻產(chǎn)品有嚴(yán)格的安規(guī)要求，如美國(guó)FCC、歐盟CE等，采用射頻芯片設(shè)計(jì)的產(chǎn)品必須進(jìn)行相關(guān)的測(cè)試認(rèn)證方可進(jìn)入市場(chǎng)，采用nRF可以很容易完成這些認(rèn)證過程。另外，除了RF器件本身的性能外，良好的通信協(xié)議設(shè)計(jì)對(duì)于實(shí)現(xiàn)好的通信效果也是不可缺少的。Nordic最新推出的無線SOC系列，以及專門為其所開發(fā)的Gazell協(xié)議及源碼有更好的復(fù)雜環(huán)境下的抗干擾性能，用戶只須關(guān)注應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)，而抗干擾等相關(guān)處理可交由Gazell協(xié)議來實(shí)現(xiàn)，是新一代的射頻應(yīng)用平臺(tái)，可以在新的設(shè)計(jì)中考慮選用。無線射頻應(yīng)用是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的技術(shù)，對(duì)大多數(shù)沒有使用過射頻芯片的開發(fā)人員來說，無線是一門神秘的“黑箱技術(shù)”，往往不得其門而入。本書對(duì)常用的nRF無線芯片進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，從基本原理著手，提供應(yīng)用設(shè)計(jì)指導(dǎo)，并為不同的應(yīng)用編寫了可測(cè)試及演示的源代碼。第1章介紹射頻設(shè)計(jì)中的基本概念、電波傳播基本理論以及射頻設(shè)計(jì)中常用的一些基本概念；第2章介紹天線基本原理、天線基本概念以及中短距離無線應(yīng)用中常用的天線類型及特性；第3章介紹433/868/915 MHz單片無線收發(fā)芯片nRF905的原理及應(yīng)用；第4章介紹內(nèi)置51微處理器430/868/915 MHz系統(tǒng)級(jí)無線SOC芯片nRF9E5的原理及應(yīng)用；第5章介紹2?4 GHz單片無線收發(fā)芯片nRF24L01的原理及應(yīng)用；第6章介紹nRF無線教學(xué)開發(fā)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)；第7章介紹2.4 GHz單片CD音質(zhì)無線SOC數(shù)字音頻芯片nRF24Z1的原理及應(yīng)用。希望通過本書的相關(guān)內(nèi)容，能夠?yàn)橹卸叹嚯x無線應(yīng)用的入門及實(shí)踐開啟一扇窗戶，通過這扇窗戶，無線應(yīng)用不再神秘與遙遠(yuǎn)。只要有一定的理論基礎(chǔ)，并加以充分的實(shí)踐，掌握無線并不是一件難事。有一句話“無線的應(yīng)用是無限的”，這在一定程度上說明了無線應(yīng)用的前景。在設(shè)計(jì)及應(yīng)用中，只要充分發(fā)揮想象，有許多部分可以應(yīng)用到無線的領(lǐng)域，為產(chǎn)品開發(fā)增加創(chuàng)新并提升產(chǎn)品的附加值。為了方便廣大讀者學(xué)習(xí)和交流，可以訪問網(wǎng)站http：//www.freqchina.com。同時(shí)，如果讀者對(duì)本書學(xué)習(xí)中所用到的器件、開發(fā)工具等設(shè)備有興趣，也可以訪問此網(wǎng)站查看購(gòu)買方式。在此，感謝Nordic公司對(duì)本書出版的支持，Nordic是一家極具特點(diǎn)的公司，其做事的嚴(yán)謹(jǐn)，對(duì)產(chǎn)品的前瞻性以及對(duì)技術(shù)發(fā)展的把握令人欽佩；感謝Nordic公司亞太區(qū)市場(chǎng)及銷售總監(jiān)Steel、亞太區(qū)域銷售經(jīng)理Chan Chim長(zhǎng)期以來的大力支持和熱心幫助；同時(shí)感謝Nordic公司亞太區(qū)技術(shù)團(tuán)隊(duì)Kjartan、John和Salas等的支持與協(xié)助，并提供了建設(shè)性的意見和參考資料。由于編者水平有限，書中的錯(cuò)誤及不足之處請(qǐng)讀者及專家指正。

內(nèi)容概要

中短距離無線技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛，本書作為中短距離無線技術(shù)應(yīng)用的入門及提高的書籍，著重介紹Nordic系列中短距離無線芯片的原理和應(yīng)用，并提供了應(yīng)用演示源程序，便于快速實(shí)驗(yàn)及測(cè)試；此外，還介紹了nRF無線教學(xué)開發(fā)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)；最后，以應(yīng)用為背景介紹了實(shí)際的無線設(shè)計(jì)。目前廣大技術(shù)人員對(duì)中短距離無線技術(shù)非常感興趣，本書以應(yīng)用為背景，以實(shí)戰(zhàn)為基礎(chǔ)，從基本理論到實(shí)踐應(yīng)用環(huán)環(huán)相扣，可以迅速了解和掌握Nordic系列中短距離無線技術(shù)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用，可作為個(gè)人、學(xué)生、無線愛好者和工程師學(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)化和無線通信等專業(yè)相關(guān)課程的教材，適用面廣，實(shí)用性強(qiáng)。

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(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)，國(guó)家教委科技進(jìn)步獎(jiǎng)，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(guó)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 射頻設(shè)計(jì)中的基本概念　1.1　電磁波傳播　　1.1.1　自由空間無線傳播　　1.1.2　工作頻率與通信距離的關(guān)系　1.2　關(guān)于阻抗及阻抗匹配　1.3　調(diào)制方式ASK，F(xiàn)SK，GFSK　1.4　關(guān)于dB和dBm第2章　天線基本原理　2.1　概述　2.2　天線類型　2.3　外界因素對(duì)天線的影響　2.4　天線的調(diào)諧　2.5　天線與頻率、增益及效率的關(guān)系　2.6　天線在無線通信系統(tǒng)中的作用第3章　433/868/915 MHz單片無線收發(fā)芯片nRF905　3.1　nRF905功能概述　3.2　nRF905內(nèi)部框圖　3.3　引腳功能　3.4　工作模式　3.5　配置及時(shí)序　3.6　外設(shè)及RF設(shè)置　　3.6.1　晶體規(guī)格　　3.6.2　外部時(shí)鐘基準(zhǔn)　　3.6.3　微處理器輸出時(shí)鐘　　3.6.4　天線輸出　　3.6.5　RF輸出功率調(diào)節(jié)　　3.6.6　調(diào)制　　3.6.7　RF輸出頻率　　3.6.8　PCB布局設(shè)計(jì)及退耦指南　3.7　nRF905的功能　　3.7.1　載波檢測(cè)　　3.7.2　地址匹配　　3.7.3　數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒　　3.7.4　自動(dòng)重發(fā)　　3.7.5　低功耗接收模式　3.8　nRF905環(huán)形天線差分連接的應(yīng)用實(shí)例　3.9　nRF905單端50 Ω阻抗天線連接的應(yīng)用實(shí)例　3.10　nRF905無線收發(fā)模塊第4章　內(nèi)置51微處理器433/868/915 MHz系統(tǒng)級(jí)無線SOC芯片nRF9E5　4.1　概述　　4.1.1　微處理器　　4.1.2　存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)　　4.1.3　導(dǎo)入EEPROM/Flash　　4.1.4　存儲(chǔ)器映射　　4.1.5　PWM　　4.1.6　SPI　　4.1.7　端口邏輯　　4.1.8　電源管理　　4.1.9　低頻時(shí)鐘、 RTC喚醒定時(shí)器、GPIO喚醒功能和看門狗　　4.1.10　XTAL振蕩器　　4.1.11　A/D轉(zhuǎn)換器　　4.1.12　無線電收發(fā)器　4.2　主要電氣特性　4.3　引腳分配　4.4　引腳功能　4.5　系統(tǒng)時(shí)鐘　4.6　數(shù)字輸入/輸出口　　4.6.1　復(fù)位期間I/O口狀態(tài)　　4.6.2　P0口　　4.6.3　P1口（P1或者SPI口）　4.7　模擬部分　　4.7.1　晶體規(guī)格 　　4.7.2　天線輸出　　4.7.3　ADC輸入　　4.7.4　參考電流　　4.7.5　數(shù)字電源去耦　4.8　A/D轉(zhuǎn)換器和收發(fā)器的內(nèi)部接口　　4.8.1　P2口——無線發(fā)射通用I/O口　　4.8.2　通過SPI接口來控制收發(fā)器　　4.8.3　復(fù)位過程中P2口狀態(tài)　4.9　無線收發(fā)器子系統(tǒng)（nRF905）　　4.9.1　RF工作模式　　4.9.2　nRF ShockBurst模式……第5章　2.4 GHz單片無線收發(fā)芯片nRF24L01第6章　nRF無線教學(xué)開發(fā)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)第7章　2.4 GHz單片CD音質(zhì)無線SOC數(shù)字音頻芯片nRF24Z1參考文獻(xiàn)

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