CC1101工作原理基于与STM32的CC1101接口移植

杨桂花 2018-09-06 20565

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描述

　　本文主要是关于CC1101的相关介绍，并着重对CC1101工作原理进行了详尽的叙述。

　　CC1101

　　CC1101 ［1］是一款低于1GHz设计旨在用于极低功耗RF应用。其主要针对工业、科研和医疗（ISM）以及短距离无线通信设备（SRD）。CC1101可提供对数据包处理、数据缓冲、突发传输、接收信号强度指示（RSSI）、空闲信道评估（CCA）、链路质量指示以及无线唤醒（WOR）的广泛硬件支持。CC1101在代码、封装和外引脚方面均与CC1100兼容，可用于全球最为常用的开放式低于1GHz频率的RF设计。● 超低功耗无线收发器● 家庭和楼宇自动化● 高级抄表架构（AMI）● 无线报警安全系统◆ 387.0MHz～464.0MHz工作频段。（433MHz，0.6kbps，1%误码率时为-116dBm）。（接收模式，433MHz，1.2kbps时仅16.0mA）。◆ 最高可设置为+10dBm的发射功率。◆ 支持0.6kbps～500kbps的数据传输速率。◆ 支持多种调制模式（OOK、ASK、GFSK、2-FSK、4-FSK和MSK）。◆ 提供对同步字检测、地址校验、灵活的数据包长度以及自动CRC处理的支持。◆ 支持RSSI（接收信号强度指示）和LQI（链路质量指示）。◆ 通过4线SPI接口与MCU连接，同时提供2个可设定功能的通用数字输出引脚。◆ 独立的64字节RXFIFO和TX FIFO。◆ 工作电压范围：1.9V～3.6V，待机模式下电流仅为200nA。◆ 工作温度范围：-40℃～+85℃

　　基于与STM32的CC1101接口移植

　　移植原来TI对于CC1101与MSP430接口库到STM32平台，参考原TI库应用笔记“ MSP430 Interface to CC1100/2500 Code Library”，做到尽量保持所有函数名不改变，以方便以前基于MSP430的程序向STM32移植。

　　【要求】

　　1．编程要求：改写原来基于MSP430的程序，使用于STM32，尽量保持所有函数名不改变，以方便以前基于MSP430的程序向STM32移植。

　　2．实现功能：STM32与CC1101通过SPI接口正常传输数据，不同节点的CC1101可以正常传输数据。

　　3．实验现象：STM32与CC1101连接后，可以与另一个节点通信，节点初始在随机时间发送一个数据，任一节点收到数据后LED闪一下，并把数据回传，如此循环，会看到LED不停闪烁。

　　【硬件电路】

　　测试时CC1101与STM32引脚连接表如表1所示。

　　原理】

　　CC1101是TI公司一款高性价比的单片UHF收发器，为低功耗无线电应用而设计。它是CC1100器件的加强升级版，灵敏度更高，功耗更小，带宽更大。CC1101可满足多个领域中的低功耗无线应用要求，如警报与安全、自动抄表、工业监控以及家庭和楼宇自动化等。CC1101理想适用于工业、科学及医药设备（ISM）以及316、433、868及916MHz短距装置（SRD）频带。但是，该器件也可方便编程，以支持其它频率，如300-348MHz、387-467MHz及779-928MHz等。出色的频带与调制格式支持使其能与目前的RF终端设备相兼容。

　　图1 CC1101 的外引脚图（俯视）

　　CC1100通过4线SPI兼容接口（SI，SO，SCLK和 CSn）配置。这个接口同时用作写和读缓存数据。SPI 接口上所有的处理都同一个包含一个读/写位，一个突发访问位和一个 6 位地址的头字节一起作用。在地址和数据转换期间， CSn 脚（芯片选择，低电平有效）必须保持为低电平。如果在过程中 CSn 变为高电平，则转换取消。当 CSn 变低，在开始转换头字节之前， MCU必须等待，直到 SO脚变低。这表明电压调制器已经稳定，晶体正在运作中。除非芯片处在 SLEEP 或 XOFF 状态，SO 脚在 CSn变低之后总会立即变低。关于CC1101对配置寄存器写和读操作如图2所示。

　　芯片状态位

　　当头字节在 SPI 接口上被写入时，芯片状态字节在 SO 脚上被 CC1100 写入。状态字节包含关键状态信号，对MCU是有用的。第一位 s7，是CHIP_RDYn 信号。在 SCLK的在第一个正边缘之前，这个信号必须变低。CHIP_RDYn 信号表明晶体正处于工作中，调节数字供给电压是稳定的。6，5 和4 位由状态值组成。这个值反映了芯片的状态。当使 XOSC 空闲并使数字中心的能量开启，所有其他模块处于低功耗状态时。只有芯片处于此状态时，频率和信道配置才能被更新。当芯片处于接收模式时， RX状态是活动的。同样地，当芯片处于发送模式时，TX状态是活动的。状态字节中的后四位（ 3 ：0）包含FIFO_BYTES_AVAILABLE。为了进行读操作，这个区域包含可从 RX FIFO 读取的字节数。为了进行写操作，这个区域包含可写入 TX FIFO 的字节数。

　　寄存器访问

　　CC1100配置寄存器位于SPI地址从0x00到0x2F之间。所有的配置寄存器均能读和写。当对寄存器写时，每当一个待写入的数据字节传输到 SI脚时，状态字节将被送至 SO脚。通过在地址头设置突发位，连续地址的寄存器能高效地被访问。这个地址在内部计数器内设置起始地址。每增加一个新的字节计数器值增加 1。突发访问，不管是读访问还是写访问，必须通过设置CSn 为高来终止。对 0x30-0x3D间的地址来说，突发位用以在状态寄存器和命令滤波之间选择。状态寄存器只读。突发读取对状态寄存器是不可取的，故它们每次只能被读一个。

　　命令滤波

　　命令滤波可被视为 CC1100 的单字节指令。通过命令滤波寄存器的选址，内部序列被启动。这些命令用来关闭晶体振荡器，开启传输模式和电磁波激活等。命令滤波寄存器的访问和一个寄存器的写操作一样，但没有数据被传输。就是说，只

　　有 R/W 位（置为 0），突发访问（置为 0）和六个地址位（0x30和0x3D之间）被写。一个命令滤波可能在任何其他 SPI 访问之后，而不需要将 CSn 拉至高电平。命令滤波立即被执行，当 CSn 高时 SPWD和 SXOFF滤波是例外。

　　FIFO访问

　　64 字节 TX FIFO 和 64 字节 RX FIFO 通过0x3F 被访问。当读/写位为 0 时，TX FIFO被访问，当读/写位为 1 时，RX FIFO 被访问。 TX FIFO是只写的，而 RX FIFO是只读的。突发位用来决定 FIFO 访问是单字节还是突发访问。单字节访问方式期望地址的突发位为 0 及1 数据字节。在数据字节之后等待一个新的地址，因此，CSn继续保持低。突发访问方式允许一地址字节，然后是连续的数据字节，直到通过设置 CSn 为高来关断访问。当对 TX FIFO写时，状态字节对每个 SO脚上的新数据字节是输出量，如图 6 所示。这个状态位能用来侦测对 TX FIFO 写数据时的下溢。注意，状态字节包含在写入字节到 TX FIFO 的过程前空闲的字节数。当最后一个适合 TX FIFO的字节被传送至 SI 脚后，被 SO脚接收的状态位会表明在 TX FIFO中只有一个字节是空闲的。

　　传输 FIFO 可能会通过发布一个 SFTX 命令滤波而被淹没。相似地，一个 SFRX命令滤波会淹没接收 FIFO。当进入休眠状态时，两个 FIFO都被清空。PATABLE 访问

　　0x3E 地址用来访问 PATABLE。PATABLE用来选择 PA 能量控制设置。在接收此地址之后，SPI 等待至少 8 个字节。通过控制PATABLE，能实现可控的 PA能量上升和下降，减少的带宽的 ASK 调制整型也如此PATABLE 是一个 8 字节表，定义了 PA控制设置，为 8 个 PA 功率值（由FRENDO.PA_POWER 的 3 个位的值所选择）的每一个所使用。这个表从最低位到最高位可读和写，一此一位。一个索引计数器用来控制对这个表的访问。每读出或写入表中的一个字节，计数器就加 1。当 CSn 为高时，计数值置为最小值。当达到最大值时，计数器由零重新开始计数。

　　PATABLE 访问

　　对 PATABLE 的访问是单字节或者突发访问，由突发位决定。当使用突发访问时，索引计数器的值增加；达到7时重新从0开始。读/写位控制访问是写访问（R/W=0）或者读访问（R/W=1）。如果一字节被写入 PATABLE，且这个值将要被读出，那么，为了设置索引计数器的值重为 0，CSn必须在读访问之前置为高。注意，当 PATABLE 进入休眠状态时，所存储的内容会丢失，特别是第一个字节。

　　图2 配置寄存器写和读操作

　　STM32的串行外设接口（SPI）

　　STM32的串行外设接口（SPI）有如下特性：

　　● 3线全双工同步传输

　　● 带或不带第三根双向数据线的双线单工同步传输

　　● 8或16位传输帧格式选择

　　● 主或从操作

　　● 支持多主模式

　　● 8个主模式波特率预分频系数（最大为fPCLK/2）

　　● 从模式频率（最大为fPCLK/2）

　　● 主模式和从模式的快速通信

　　● 主模式和从模式下均可以由软件或硬件进行NSS管理：主/从操作模式的动态改变

　　● 可编程的时钟极性和相位

　　● 可编程的数据顺序，MSB在前或LSB在前

　　● 可触发中断的专用发送和接收标志

　　● SPI总线忙状态标志

　　● 支持可靠通信的硬件CRC

　　─ 在发送模式下，CRC值可以被作为最后一个字节发送

　　─ 在全双工模式中对接收到的最后一个字节自动进行CRC校验

　　● 可触发中断的主模式故障、过载以及CRC错误标志

　　● 支持DMA功能的1字节发送和接收缓冲器：产生发送和接受请求

　　通常SPI通过4个引脚与外部器件相连： MISO：主设备输入/从设备输出引脚。该引脚在从模式下发送数据，在主模式下接收数据。 MOSI：主设备输出/从设备输入引脚。该引脚在主模式下发送数据，在从模式下接收数据。 SCK：串口时钟，作为主设备的输出，从设备的输入 NSS：从设备选择。这是一个可选的引脚，用来选择主/从设备。它的功能是用来作为“片

　　选引脚”，本实验中没有使用。SPI的方框图如图3所示。