Niveau système RF Puce d'émetteur-récepteur NRF24E1 et son application dans le clavier sans fil

L'émetteur-récepteur NRF24E1 est une puce RF au niveau du système lancée par Nordic VLSI. Processus CMOS avancé de 0,18 M, boîtier QFN 6 6mm 36 broches, basé sur la structure de la puce RF nRF2401, intègre RF, 8051mcu, 9-entrée 10 bits ADC, 125 canaux, UART, SPI, PWM, RTC et WDT en une seule puce, avec régulateur de tension interne (tension de fonctionnement 1.9 3.6V, Tension de fonctionnement recommandée 3,3 V) et surveillance de la tension VDD, et le temps de commutation du canal est inférieur à 200 s. Le débit de données est de 1Mbps, le décibel de sortie RF maximum est de 0dB et la scie externe (sonomètre) n'est pas requise. Filtre. NRF24E1 est la première puce universelle de niveau système RF à faible coût avec une bande d'émetteur-récepteur de 2,4 GHz. Il convient au clavier et à la souris sans fil, au terminal portable sans fil, à l'identification de fréquence sans fil, à la vidéo numérique, à la télécommande, à l'électronique automobile et à d'autres applications haut débit sans fil à courte portée. 1   Introduction au microprocesseur nRF24E1 1.1 le système d'instructions du microprocesseur nRF24E1 est compatible avec le système d'instructions de la norme industrielle 8051, mais leur temps d'exécution d'instruction est légèrement différent. Généralement, le temps d'exécution de chaque instruction de nRF24E1 est de 4 20 cycles d'horloge, tandis que celui de la norme industrielle 8051 est de 12 48 cycles d'horloge. NRF24E1 augmente ADC, SPI et R par rapport à la norme industrielle 8051 Cinq sources d'interruption sont le récepteur f 1, le récepteur RF 2 et la minuterie de réveil; trois minuteries sont les mêmes que 8052. NRF24E1 contient un UART qui est le même que 8051. Sous le mode de communication asynchrone traditionnel, la minuterie 1 et la minuterie 2 peuvent être utilisées comme UART (port série) Afin de faciliter le transfert de données avec la zone RAM externe, le processeur de nRF24E1 intègre également deux pointeurs de données, et l'horloge de son microcontrôleur vient directement de l'oscillateur à cristal. Le diagramme de module fonctionnel de nRF24E1 est illustré à la figure 1.

Il y a 256b RAM de données et 512b ROM dans le microprocesseur. Après la réinitialisation ou la réinitialisation du logiciel, le processeur exécute automatiquement le code dans la zone de démarrage de la ROM. Le programme utilisateur est généralement chargé à partir d'E2PROM dans une RAM de 4 Ko (le ram peut également être utilisé pour stocker des données) sous la direction de la zone de démarrage. Si le masque ROM (c.-à-d. La ROM incluse) n'est pas utilisée dans l'application, le code du programme doit être chargé à partir de la mémoire non volatile externe. Il est courant d'étendre E2PROM via l'interface SPI, et le modèle est recommandé d'être 25320. Par rapport à la norme 8051, le microcontrôleur de nRF24E1 ajoute de nouvelles fonctions, de sorte que des registres de fonctions spéciaux sont ajoutés en conséquence pour contrôler ces nouvelles fonctions. Les nouveaux registres de fonctions spéciales sont rad IO (P2), adccon, adcdatah, adcdatal, adcstatic, pwmcon, pwmduty, etc. Dans le microcontrôleur de nRF24E1, les registres des ports P0 et P1 sont également différents de ceux de la norme 8051, et d'autres registres de fonctions spéciales sont les mêmes que ceux de la norme 8051. 1.2 L'interface PWM et SPI nRF24E1 a une sortie PWM programmable.

Pendant l'utilisation, dio9 (c.-à-d. P0.7) peut être modifié par le programme. Il peut être programmé pour déterminer que PWM fonctionne en 6 bits, 7 bits ou 8 bits. Les trois ports de SPI sont réutilisés avec GPIO (din0, dio0 et dio1) et émetteur-récepteur RF. Le matériel SPI ne génère aucun signal de sélection de puce. Généralement, le bit GPIO (port P0) est utilisé comme port de sélection de puce d'un équipement SPI externe. 1.3 Minuteur de réveil RTC, oscillateur WTD et RC. Il y a un oscillateur RC de faible puissance dans nRF24E1, qui peut fonctionner en continu lorsque VDD 1.8V, indépendamment de l'application. Minuterie de réveil RTC et WTD (chien de garde) Il s'agit de deux minuteries programmables 16 bits dont l'horloge de travail est lp_osc de l'oscillateur RC.

Le temps de synchronisation de la minuterie de réveil et du chien de garde est d'environ 300 S 80ms et la valeur par défaut est de 10ms. 1.4 le convertisseur A / D nRF24E1 a 9 canaux de 10 bits ADC, et le temps de conversion linéaire est de 48 cycles d'instruction CPU pour 10 bits. Les 9 entrées du convertisseur A / D peuvent être sélectionnées par le logiciel. Les canaux 0 7 peuvent convertir les valeurs de tension sur les broches ain0 ain7 correspondantes en valeurs numériques, et le canal 8 est utilisé pour surveiller la tension de fonctionnement de nRF24E1. Le convertisseur A / D fonctionne à 10 bits par mode par défaut, qui peut fonctionner en mode 6 bits, 8 bits ou 12 bits via le logiciel. L'émetteur-récepteur sans fil 1.5 nRF24E1 communique avec d'autres modules via un port parallèle interne ou un port SPI interne, et sa fonction est la même que celle de l'émetteur-récepteur RF à puce unique nRF2401. La sortie du signal de veille de données par le récepteur duorécepteur peut être transformée en signal d'interruption à microprocesseur via le programme ou transmise au CP via le port GPIO U. NRF2401 fonctionne dans la bande de fréquences mondiale ouverte 2,4G 2,5 GHz. L'émetteur-récepteur se compose d'un synthétiseur de fréquence complet, d'un amplificateur de puissance, d'un régulateur et de deux récepteurs. La puissance de sortie, le canal et d'autres paramètres RF peuvent être contrôlés en programmant la radio de registre de fonction spéciale (0xa0). En mode de transmission, la consommation de courant RF n'est que de 10,5 ma et en mode de réception, 18ma (une économie d'énergie peut être réalisée par un programme contrôlant la marche/coupure de l'émetteur-récepteur). 2   La connaissance de base du clavier sans fil sans fil utilise le mode sans fil pour communiquer entre le clavier et le PC. Le module sans fil est généralement réalisé par la technologie RF ou la technologie Bluetooth.

En raison du protocole complexe, du coût élevé et du long cycle de développement de la technologie Bluetooth, de nombreux claviers sans fil utilisent la technologie RF pour réaliser une connexion sans fil. Dans le domaine des RF, société VLSI nordique de Norvège Les performances de nos puces RF sont très remarquables. Nos produits incluent principalement la série nRF401, la série nRF903, la série nRF2401 et la série nRF24E1. Cet article présente la méthode de conception consistant à utiliser nRF24E1 pour réaliser un clavier sans fil.

La plupart des claviers sans fil sont alimentés par des batteries, de sorte que de nombreuses technologies d'économie d'énergie sont nécessaires. À des fins d'économie d'énergie, de nombreux claviers sans fil n'utilisent pas le «verrouillage num», le «verrouillage des casquettes» et le «verrouillage des défilés» sur les claviers filaires. Ces trois indicateurs LED. De plus, le clavier sans fil devrait utiliser raisonnablement et efficacement le module RF. Le paquet de données RF du clavier vers le PC peut contenir jusqu'à 8 frappes. La matrice de numérisation du clavier est scannée environ 500 fois par seconde. Généralement, pas plus d'une frappe est détectée dans chaque cycle de balayage. Parce que les gens ne peuvent pas sentir le retard de détection de 150ms, lorsque le clavier détecte 1 frappe et envoie Après l'envoi du paquet de données RF au PC, il peut être inactif pendant plus de 150ms jusqu'à ce que la touche suivante soit enfoncée, ce qui peut minimiser le temps de travail du module RF [2] 3. Pour le clavier qui n'a besoin que d'envoyer des données, l'utilisation de nrf24e2 peut répondre aux besoins du clavier général. Si le clavier doit non seulement envoyer des informations, mais également recevoir des commentaires du PC, nRF24E1 doit être utilisé comme module sans fil dans le clavier. L'émetteur-récepteur bidirecal est plus propice au chiffrement, à la retransmission de paquets et à l'économie d'énergie lorsque le système est éteint. 3   L'application de nRF24E1 dans la matrice de balayage du clavier sans fil 3.1 le mode d'interface entre nRF24E1 et le clavier sans fil est illustré à la figure 2. Le clavier PC commun a 104 touches, tandis que la matrice de clavier représentée sur la figure 2 a 8 lignes et 20 colonnes, et jusqu'à 160 commutateurs de touches peuvent être définis. Pendant le processus de conception, certaines clés ne peuvent pas être définies. Chaque clé est disposée à l'intersection des lignes et des colonnes. Lorsque la touche est pressée Afin de scanner la matrice du clavier, nRF24E1 envoie le signal de balayage de colonne au registre à décalage en séquence. Le signal de balayage de colonne se compose de 1 "0" et 19 "1" et "0" Déplacer en arrière petit à petit dans le registre à décalage, et l'état de la ligne du clavier est analysé une fois pour chaque mouvement. Si une touche de cette colonne est enfoncée, la valeur de ligne correspondant à la clé est "0" et les autres sont "1".

Dans le processus de numérisation du clavier, la touche peut secouer, de sorte que le problème de jitter doit être pris en compte lors de l'écriture d'un logiciel. Méthodes de gigue courantes: une fois que le système détecte qu'une touche est enfoncée, il retardera 30 50ms avant de détecter la touche. Si l'état de la clé détectée est toujours enfoncé, la touche sera traitée comme enfoncée une fois. 3.2 logiciel système NRF24E1 a 4 Ko de RAM sur puce, ce qui est suffisant pour les logiciels clavier. Une fois le système mis sous tension, le programme en E2PROM sera automatiquement téléchargé sur le ram de 4 Ko, et MCU peut directement lire et écrire le code dans la RAM. Les fonctions du logiciel clavier: (1) fournissent les informations de numérisation de colonnes requises par registre à décalage. (2) lire la valeur de balayage de voyage. (3) Détectez que la touche est enfoncée et de jittered. (4) envoyer les informations numérisées de la touche enfoncée au PC. (5) Cycle d'état d'économie d'énergie. Le clavier sans fil devrait utiliser la technologie d'économie d'énergie pour prolonger la durée de vie de la batterie. La technologie ShockBurst TM de nRF2401 sur la puce nRF24E1 est conçue pour économiser de l'énergie pour les utilisateurs, de sorte que les concepteurs ne peuvent pas envisager d'économiser de l'énergie lors de l'écriture de logiciels. Cependant, les concepteurs devraient réfléchir à la manière de réduire davantage le courant lorsque le système est inactif. Lorsque l'oscillateur à cristal de nRF2401 est de 16mhz, son courant de fonctionnement du noyau 8051 sur puce est de 3mA. Parce que le clavier fonctionne périodiquement, le temps d'inactivité du clavier est très long par rapport au temps de travail. Par conséquent, lorsque le clavier ne fonctionne pas, il est nécessaire de régler la puce sur 8051 à l'état inactif, et le courant de travail de la puce sur 8051 à l'état de ralenti n'est que de 2 A. Ceci est utilisé pour réduire la consommation de la batterie. Les tâches du système en état de ralenti et en état de fonctionnement sont les suivantes. État de ralenti: (1) effectuer toutes les analyses du clavier (environ 0,5 ms). (2) entrez l'état de fonctionnement si une touche est enfoncée. (3) réglez 8051 sur l'état de veille et le temps de réveil de RTC à 20ms. (4) Cycle d'état de ralenti. État de fonctionnement: (1) scanner le clavier 500 fois par seconde. (2) envoyer toutes les informations clés au PC. (3) entrez dans l'état de ralenti si aucune touche n'est enfoncée dans les 10 secondes. (4) cycle d'état de travail. D'une manière générale, la conservation de l'énergie de la batterie selon les méthodes ci-dessus peut augmenter la durée de vie de la batterie d'environ 40 fois. Par conséquent, il est très important de considérer la conservation de l'énergie de la batterie dans la conception du logiciel système. 4   Jonction   La pratique a prouvé que nRF24E1 est très approprié pour réaliser la communication entre le clavier sans fil et le PC. Ses avantages: (1) nRF24E1 est intégré avec 8051, ce qui est plus facile à réduire le volume. (2) La technologie ShockBurst TM est adoptée pour rendre la programmation plus pratique. (3) il est plus facile de réaliser une transmission d'informations de clavier sûre. (4) la bande de fréquence de l'émetteur-récepteur 2,4 GHz est une bande de fréquence ouverte globale (5) La surveillance de la batterie est plus pratique et une faible consommation d'énergie. (6) le GPIO de nRF24E1 facilite l'expansion d'autres fonctions, telles que l'indication LED.