兼容RS-232的点对点无线接口设计

　　前言

　　随着通信、信息技术和微电子技术的飞速发展，短距离无线通信的应用步伐不断加快。在短距离无线数据通信中，目前最为成熟的三个标准是：Bluetooth, 802.11(Wi_Fi)和IrDA。RFID和UWB凭借其独有的特点成为短距离无线数据传输技术的后起之秀。

　　RS-232接口标准是一种广泛的普及标准，但此标准推出较早，在现代金融、保险、电信和电子化网络中已暴露出明显的问题：信号线易受外界干扰;RS-232采取不平衡传输方式，其共模抑制能力差，再加上双绞线上的分布电容，其传送距离最大约为15m。由于上述问题的存在，导致RS-232串口数据线对电压浪涌特别敏感。目前，非交流电源线路的浪涌所引起的损害占据全部浪涌损害的一大部分。其后果是：硬件损坏、数据丢失、通信中断以及由此引起停机。

　　为了改进RS-232通信距离短、易受外界干扰的缺点和满足PC系统需要增加无线数据传输功能的需要，设计了基于RF芯片nRF2401的兼容RS232的无线数传模块。

　　系统设计

　　nRF2401采用 5mm×5mm的24引脚QFN封装，具有突发传递和直接传递两种工作模式。突发传递

　　模式以低速率向nRF2401写入待发数据，以高速率无线传输，尽量降低功耗。直接传递模式与传统RF器件工作模式一致。

　　图1 TTL/ RS232的逻辑电平转换电路

　　nRF2401的主要特点：

　　● 全球开放的2.4GHz频段，125个频道，满足多频及跳频需要。

　　● 高速率( 1Mb/s)，优于蓝牙技术。

　　● 外围元件极少，电压范围为1.9～3.6V，电流消耗很小，功耗很低。

　　● 发射功率和工作频率等所有工作参数可全部通过软件设置。

　　● 芯片内部设有专门的稳压电路，且无须外部SAW滤波器。

　　● 独特设计：采用DuoCeiver 技术可同时接收两个nRF2401的数据。

　　● 可通过软件设置最多40位地址，且只有收到本机地址时才会输出数据。

　　● 内置CRC校验硬件电路和协议，有数据时隙和数据时钟恢复功能。

　　1 nRF2401的高频头设计

　　nRF2401芯片以及其外围元件电路组成了发送接收模块。考虑到电磁兼容性，nRF2401的应用电路单独做成一块PCB。高频模块使用双层PCB，PCB设计中大量使用过孔，使顶层和底层的地充分接触，PCB的空余部分大面积连续接地。

　　图2 MCU与nRF2401的直连方式

　　2 接口电路设计

　　RS232信号在正负电平之间摆动。发送数据时，发送端驱动器输出正电平在+5～+15V，负电平在-5～-15V。从开始传送数据到结束，线上电平从TTL电平到RS-232电平再返回TTL电平。接收器典型的工作电平在+3～+12V与-3～-12V。选用MAX3232芯片作TTL/ RS232的逻辑电平转换。图1为TTL/ RS232逻辑电平转换的原理图电路。其中C16、C20使用1uF独石电容，C17、C19使用0.1μF独石电容。