深圳pcb抄板C8051F系列单片机的无线收发电路设计

    使用AD8656双运放芯片组成接收放大电路。该运放适合+2.7～+5.5 V电源电压供电，是具有低噪声性能的精密双运算放大器。AD8656型CMOS放大器在满共模电压（VCM）范围内提供250 mV精密失调电压最大值，且在10 kHz处提供低电压噪声谱密度和0.008％的低真，无需外部三极管增益级或多个并行的放大器以减小系统噪声。通过干电池提供3V单电源供电，接收放大电路如图2所示。放大电路由AD8656进行两级放大，抵消线圈所感应到的信号电压幅值因距离的增加而产生的衰减，放大所接收到的微弱信号，增加无线传输距离。系统接收电路经D8656放大后的输出电压输至单片机进行A／D转换，对数据进行编解码，而未采用检波解调电路，可有效简化电路结构。

    2 电路参数确定

    2.1 发射电路设计计算

    发射电路通过单片机片内PCA进行控制，采用单片机内部12 MHz晶振，使用频率输出方式在单片机CEXn引脚产生频率可编程的方波，所产生的方波的频率由式（1）确定。

    为产生3 MHz频率，计算得PCA0CPHn=0x02，对单片机频率进行四分频，因此可通过单片机软件设置寄存器PCA0的值在PCA0口产生3 MHz载波信号。

    2.2 接收电路设计计算

    接收放大电路如图2所示，通过调节电容VC1调整接收谐振频率。发射电路频率为3MHz，所绕制的线圈电感值通过仪器测量为1.8～1.85 μH，通过式（2）计算所需的谐振电容

    计算得C=1 501～1 543 pF，选用瓷片电容152电容和100 pF可调电容并联接入电路。

    利用R1、R2对正相输入端加入一偏置电压Vr，使放大器放大电路工作。其值通过式（3）计算。

    R3、R4控制电路的放大倍数，令R3=1 kΩ，R4=10 kΩ，则第一级对交流信号的放大倍数Av=R4／R3=10。为了防止信号被滤除，第二级使用反相放大电路，偏置电压不变，而增益为Av=R8／R7=5。由上述计算可知，接收信号通过运放后，总增益达到50倍，信号最大峰峰值达到2.8 V，最小峰峰值达到0.3 V，通过单片机进行A／D转换，判断信号的有无。

    数据采集及传输系统是现代测量仪器的基础。在工业测控、医疗监护和实验研究中得到广泛应用。当数据采集点处于非固定位置或运动状态时，数据采集系统必须与主机分离。同时还需利用电池供电。因此，pcb抄板由电路或模块组成的数据采集及传输系统是有效的解决方式。比较典型的无线收发电路或模块有采用2.4 GHz通信频率的无线网络传感器节点，433／868／915 MHz通信频率的遥控模块及数传模块、900／1 800 MHz通信频率的GSM模块，但现有的无线收发电路或模块易造成系统体积过大、功耗偏高，不能完全满足采用电池供电的便携式监测系统的需要，尤其是需要大规模、密集型部署，仅需要近距离通信的场合，传统的无线通信模块容易造成网络通信的阻塞、缩小网络的容量、增加节点的功耗、缩短节点的寿命。

    这里给出以340单片机作为监测终端控制器，C8051F330D单片机作为探测节点控制器，通过漆包线自行绕制圆形空心天线，分别构成监控终端和探测节点的无线收发电路，实现无线数据传输功能。

    1 硬件电路设计

    该系统主要由监测终端、探测节点和天线等组成，硬件结构框图如图1所示。图1中，液晶显示器是处于调试需要，连接至监测终端，用以显示探测节点的编号、所传输的数据等信息。收发电路均采用直径为0.8mm的漆包线自行绕制成圆形空心线圈天线，直径为（3.4±0.3）cm。

    1.1 发射电路

    监测终端与探测节点的硬件电路相似，监测终端通过液晶显示探测节点的编号、所传输的数据等信息并通过5 V开关电源供电。而探测节点则没有液晶显示器，通过2节普通干电池构成3 V电源供电。发射电路使用单片机PCA寄存器产生3 MHz的振荡频率，直接控制LC谐振线圈进行振荡。C8051F330D单片机具有睡眠模式，可降低节点电路的功耗，其内部的编程计数器阵列（PCA0）提供增强的定时器功能，与标准8051的计数器／定时器相比，不占用额外的CPU资源。电路板克隆使用PCA0产生3 MHz的载波频率，以推挽方式输出，增大后级谐振回路的发射功率。