分析内嵌微控制器的无线数据发射器的特性及应用

　　微控制器是将微型计算机的主要部分集成在一个芯片上的单芯片微型计算机。微控制器诞生于20世纪70年代中期，经过20多年的发展，其成本越来越低，而性能越来越强大，这使其应用已经无处不在，遍及各个领域。例如电机控制、条码阅读器／扫描器、消费类电子、游戏设备、电话、HVAC、楼宇安全与门禁控制、工业控制与自动化和白色家电（洗衣机、微波炉）等。

　　AT86RF401是单片机集成内嵌AVR RISC微控制器的RF无线数据发射器，输出频率范围为250～450MHz，输出功率+6dBm，发射率10Kband。可用于遥控无键入口发射器、无线电遥控等应用领域。

　　一、引脚排列及功能

　　AT86RF401采用20脚TSSOP封装，各引脚功能如表1所列。

　　表1 AT86RF401引脚功能

引  脚	符  号	功       能
1	ANTB	天线输出
2	LOOPFIL	外接VCO
3	L1	外接VCO电感
4	L2	外接VCO电感
5	RESETB	SPI复位输入
6	NC	空脚
7	SDI/IO0	SPI数据输入
8	SDO/IO1	SPI数据输入、输入/输出1
9	SCK/IO2	SPI时钟输出、输入/输出2
10	XTAL	晶振输入
11	XTALB/CLK	晶振/时钟
12	IO3	输入/输出3
13	IO4	输入/输出4
14	IO5	输入/输出5
15	DGND	数字地
16	AGND	模拟地
17	DVDD	数字电源
18	AVDD	模拟电源
19	CFIL	外接数据滤波器
20	ANT	天线输出

　　二、基本结构和特性

　　AT86RF401内部结构框图如图1所示，包括一个完整的发射器电路和微控制器电路。

　　1.发射器

　　晶体振荡器振荡频率范围是6～20MHz，为整个芯片提供主时钟，并使用一个可编程的分频器为AVR系统提供时钟。PLL输出信号在发射前被选通或被调幅，使用RF载波发射数据流。RF功率放大器输出功率能够使用软件调节。

　　2.AVR微控制器结构

　　I/O和控制寄存器：I/O空间地址和功能如表2所列。

　　表2 AT86RF401 I/O空间地址和功能

地  址	名  称	功    能
$3F	SREG	状态寄存器
$3E	SP	堆栈指针高位寄存器
$3D	SPL	堆栈指针低位寄存器
$35	B_CONFIG	低电池组低寄存器
$34	B_DET	按键检测寄存器
$33	PWR_CTL	功能控制寄存器
$32	IO_DATIN	I/O DATA输入寄存器
$31	I_DATOUT	I/O DATA输出寄存器
$30	IO_ENAB	I/O使能寄存器
$22	WDTCR	看门狗定时控制寄存器
$21	BTCR	位定时控制寄存器
$20	BTCNT	位定时控制寄存器
$1E	DEEAR	数据EEPROM地址
$1D	DEEDR	数据EEPROM数据
$1C	DEE	数据EEPROM控制
$17	TXCR7	发射组态寄存器7
$16	TXCR6	发射组态寄存器6
$15	TXCR5	发射组态寄存器5
$14	TXCR4	发射组态寄存器4
$13	TXCR3	发射组态寄存器3
$12	CTL0
$11	TXCR2	发射组态寄存器2
$10	TXCR1	发射组态寄存器1

　　AVR状态寄存器SREG为：总中断使能、半进位标志、符号位、零标志和进位标志。可读可写，初始值为00H。复位和中断处理，必须设置SREG中的中断控制使能位。

　　对于位定时器，AT86RF401使用2个中断。这些中断和复位在程序存储器空间有各自的编程向量。复位和中断向量如表3所列。

表3 复位和中断向量

向量编号	编程地址	源	中断定义
1	$000	复位、看门狗、按键	硬件端、看门狗或按键复位
2	$002	位定时器	位定时器标志2中断
4	$004	IO3	位定时器标志0中断
5	$006	TBD	未使用

　　对于复位中断处理，典型和通用的程序设置是：

　　地址表 编码 注释

　　$000 jmp RESET ;复位处理

　　$002 jmp BT_F2_ISR ;位定时器2中断服务程序

　　$004 jmp BT_F0_ISR ;位定时器0中断服务程序

　　$006 MAIN：<instr>XXXX;主程序开始

　　AT86RF401复位源有：①上电复位。当电源电压加到VDD和GND端时，AT86RF401复位。②外复位。当逻辑低电平加在RESETB端时，AT86RF401复位。③看门狗复位。类似上电复位，由看门狗定时器引起。④按键复位。是由软件设置的专门复位，在按键复位时大多数的I/O寄存器不被复位。⑤电压下降复位。设置在$000单元的指令必须是RJMP或JMP转向复位处理程序。

　　存储器编程：AT86RF401 MCU提供2个程序存储器允许编程/不允许编程锁定位。锁定位保护模式如表4所列。

表4 AT86RF401锁定位保护模式

编程锁定位			保护类型
模式	LB1	LB2
1	1	1	无编程锁定<可编程>
2	0	1	EEPROM不可编程
3	0	0	EEPROM不可编程也不可校验

    AT86RF401提供2KB（字节）的可反复编程的Flash程序存储器和1Kb（位）的EEPROM数据存储器。存储器可由串行SPI接口编程。当RESETB端接地时，程序存储器和数据存储器可使用串行SPI总线编程。在RESETB被设置为低后，在编程/擦除操作执行前，必须首先执行编程命名能指令。

　　串行编程和校验电路如图2所示。

    串行编程时序波形如图3所示。当写数据到AT86RF401时，数据在CLK的上沿被选通；当从AT86RF401读数据时，数据在CLK的下沿被选通。

　　三、应用电路

　　典型的应用电路如图4所示。

    图4中芯片工作频率为315MHz，如需工作在433.92MHz，则电路中元件参数R1为9.0kΩ，C3为6.5pF，C8为120pF，Y1为18.08MHz。