Программирование радиомодуля PAN 2355

В последнее время многие российские разработчики беспроводных сенсорных систем останавливают свой выбор на радиомодулях, использующих приемопередатчики Texas Instruments из линейки Chipcon, в частности, радиомодулях ISM диапазона PAN 23хх. Это связано с тем, что модули PAN 23хх надежны, просты в использовании, не требуют усилий в изготовлении радиочастотных цепей, характеризуются очень малыми размерами(PAN 2355 - 8х8,2х2 мм) и невысокой стоимостью.

Внутренняя архитектура и основные технические характеристики PAN 2355 подробно описаны в работе [1]. Однако в вопросах практического применения и особенно программирования радиомодулей существует определенный пробел, несмотря на появление на сайте http://www.ti.com/ библиотеки функций для работы с ССххх0. В статье излагается практическое применение этих функций, адаптированных для микроконтроллера MSP430F1232A.

Рассмотрим автономную беспроводную радиосистему сбора данных с двух температурных датчиков с линейным выходом по напряжению 0...3 В. Основные характеристики системы следующие:

• дальность 30 м на открытом пространстве;
• мощность передатчика 10 мВт;
• скорость передачи 115 кБит/с;
• метод модуляции - MSK;
• CRC - контроль.

На рис. 1 и рис. 2 приведены схемы передатчика и приемника соответственно.

Рис. 1. Схема передатчика системы сбора данных

Алгоритм работы системы заключается в следующем.

Датчики подключены к каналам АЦП А6 и А7 микроконтроллера MSP430F1232A передатчика, который попеременно их включает на 2 мс со скважностью 1:1000. Считанные из буферов АЦП А6 и А7 данные усредняются за время 30 с и результат (1 байт/канал) передается в модуль PAN 2355, сконфигурированный в режим ТХ. На приемном конце аналогичный радиомодуль, сконфигурированный в режим RХ, транслирует полученные данные в микроконтроллер, который через UART-порт по интерфейсу RS-232 передает информацию с датчиков в COM порт ПК. Радиомодули PAN 2355 подключены к микроконтроллерам через 3-проводной интерфейс SPI.

Для комфортной работы с модулем желательно использовать еще две линии - GDO0 и GDO2.

Всего в трансивере используется 47 конфигурационных регистров. Значения некоторых из них (примерно 12) можно оставить по умолчанию. Для расчета параметров конфигурации можно воспользоваться Data Sheet на микросхему СС1100, но лучше это сделать с помощью программы SmartRF_Studio, которую можно бесплатно скачать с сайта http://www.chipcon.com/. При передаче сигнала по интерфейсу SPI используется аппаратный модуль микроконтроллера MSP430F1232A.

Собственно программа передачи/приема данных с использованием PAN 2355 состоит из вызывов следующих основных функций: конфигурации SPI-интерфейса MSP430F1232A, первоначального сброса модуля, функции записи конфигурационных параметров, функции записи стробов, функции передачи байта и функции приема байта. Функция установки конфигурационных параметров радиомодуля должна вызываться после функции сброса модуля. Шестнадцатеричные адреса регистров конфигурации приводятся в документации на СС1100, также можно воспользоваться заголовочным файлом TI_CC_CC1100 - CC2500.h, приведенным в библиотеке функций для работы с Chipcon.

Рассмотрим эти функции:

Функция конфигурации SPY модуля MSP430F1232A

Модуль должен быть сконфигурирован в режим Master.

void TI_CC_SPISetup(void)

{

TI_CC_CSn_PxDIR |= TI_CC_CSn_PIN; // P3.0 -> OUT

TI_CC_CSn_PxOUT |= TI_CC_CSn_PIN; // CSn = 1

ME2 |= USPIE0;

UCTL0 |= CHAR + SYNC + MM;

UTCTL0 |= CKPL + SSEL1 + SSEL0 + STC;//SPI 3-pin mode

UBR00 = 0x02; // UCLK/2 -> 115kHz

UBR10 = 0x00;

UMCTL0 = 0x00;

UCTL0 &= ~SWRST;

}

Функция сброса модуля void TI_CC_PowerupResetCCxxxx(void)

{

//********** 1->0->1***********************

TI_CC_CSn_PxOUT |= TI_CC_CSn_PIN; // CSn = 1

Delay1(1);

TI_CC_CSn_PxOUT &= ~TI_CC_CSn_PIN; // CSn = 0

Delay1(1);

TI_CC_CSn_PxOUT |= TI_CC_CSn_PIN; // CSn = 1

Delay1(1);

TI_CC_CSn_PxOUT &= ~TI_CC_CSn_PIN; // CSn = 0

// ожидание события SOMI = 0

while(TI_CC_SPI_USART0_PxIN&TI_CC_SPI_USART0_SOMI);

U0TXBUF = TI_CCxxx0_SRES; // Строб сброса

IFG2 &= ~URXIFG0; // Сброс флага

// ожидание окончания пересылки строба

while (!(IFG2&URXIFG0));

while (TI_CC_SPI_USART0_PxIN&TI_CC_SPI_USART0_SOMI); TI_CC_CSn_PxOUT |= TI_CC_CSn_PIN; // CSn = 1

}

Функция конфигурации PAN 2355 void writeRFSettings(void)

{

// Запись установочных значений

// GDO0 , GDO2 - вывод

TI_CC_SPIWriteReg(TI_CCxxx0_IOCFG0, 0x06);

TI_CC_SPIWriteReg(TI_CCxxx0_IOCFG0, 0x06);

// Длина пакета данных - 1 байт

TI_CC_SPIWriteReg(TI_CCxxx0_PKTLEN, 0x01);

// Автоматический контроль пакета без проверки адреса

TI_CC_SPIWriteReg(TI_CCxxx0_PKTCTRL1, 0x04);

// CRC - контроль включен

TI_CC_SPIWriteReg(TI_CCxxx0_PKTCTRL0, 0x05);

// Адрес устройства -0

TI_CC_SPIWriteReg(TI_CCxxx0_ADDR, 0x00);

// Номер канала -0

TI_CC_SPIWriteReg(TI_CCxxx0_CHANNR, 0x00);

// Настройка синтезатора частоты

TI_CC_SPIWriteReg(TI_CCxxx0_FSCTRL1, 0x0B);

TI_CC_SPIWriteReg(TI_CCxxx0_FSCTRL0, 0x00);

// Задание базовой несущей частоты

TI_CC_SPIWriteReg(TI_CCxxx0_FREQ2, 0x21);

TI_CC_SPIWriteReg(TI_CCxxx0_FREQ1, 0x62);

TI_CC_SPIWriteReg(TI_CCxxx0_FREQ0, 0x76);

// Настройка модема

// ФНЧ демодулятора - 203 кГц

TI_CC_SPIWriteReg(TI_CCxxx0_MDMCFG4, 0x2С);

// Скорость передачи 115 кбит/с

TI_CC_SPIWriteReg(TI_CCxxx0_MDMCFG3, 0x22);

// Длина слова синхронизации - 32 бита, MSK модуляция

TI_CC_SPIWriteReg(TI_CCxxx0_MDMCFG2, 0x73);

// Длина преамбулы 4 байта, FEC отключен

TI_CC_SPIWriteReg(TI_CCxxx0_MDMCFG1, 0x22);

// Полоса канала - 199.95 кГц

TI_CC_SPIWriteReg(TI_CCxxx0_MDMCFG0, 0xF8);

// Установка мощности передатчика - для paTable[ ]={0xC3} составляет 10 мВт (см. Data Sheet на микросхему СС1100)

TI_CC_SPIWriteBurstReg(TI_CCxxx0_PATABLE,paTable, 1);

// Завершение конфигурации RX

TI_CC_SPIWriteReg(TI_CCxxx0_FREND1, 0xB6);

// Завершение конфигурации TX

TI_CC_SPIWriteReg(TI_CCxxx0_FREND0, 0x10);

//Функции конфигурации автомата контроля радио (по умолчанию)

TI_CC_SPIWriteReg(TI_CCxxx0_MCSM2, 0x07);

TI_CC_SPIWriteReg(TI_CCxxx0_MCSM1, 0x3F);

TI_CC_SPIWriteReg(TI_CCxxx0_MCSM0, 0x18);

// Компенсация сдвига частоты

TI_CC_SPIWriteReg(TI_CCxxx0_FOCCFG, 0x1D);

// Конфигурация битовой синхронизации

TI_CC_SPIWriteReg(TI_CCxxx0_BSCFG, 0x1C);

// Параметры малошумящих усилителей и порог компаратора

TI_CC_SPIWriteReg(TI_CCxxx0_AGCCTRL2, 0xC7);

TI_CC_SPIWriteReg(TI_CCxxx0_AGCCTRL1, 0x00);

TI_CC_SPIWriteReg(TI_CCxxx0_AGCCTRL0, 0xB2);

// Параметры калибровки синтезатора

TI_CC_SPIWriteReg(TI_CCxxx0_FSCAL3, 0xEA);

TI_CC_SPIWriteReg(TI_CCxxx0_FSCAL2, 0x0A);

TI_CC_SPIWriteReg(TI_CCxxx0_FSCAL1, 0x00);

TI_CC_SPIWriteReg(TI_CCxxx0_FSCAL0, 0x11);

// Приведенные ниже настройки изменять не рекомендуется

TI_CC_SPIWriteReg(TI_CCxxx0_FSTEST, 0x59);

TI_CC_SPIWriteReg(TI_CCxxx0_TEST2, 0x88);

TI_CC_SPIWriteReg(TI_CCxxx0_TEST1, 0x31);

TI_CC_SPIWriteReg(TI_CCxxx0_TEST0, 0x0B);

// Остальные настройки по умолчанию

}

Функция записи строба void TI_CC_SPIStrobe(char strobe)

{

TI_CC_CSn_PxOUT &= ~TI_CC_CSn_PIN; // CSn = 0

while (TI_CC_SPI_USART0_PxIN&TI_CC_SPI_USART0_SOMI);

U0TXBUF = strobe;

IFG2 &= ~URXIFG0; // Сброс флага

while (!(IFG2&URXIFG0));

TI_CC_CSn_PxOUT |= TI_CC_CSn_PIN; // CSn = 1

}

Функция передачи байта

Данные передаются по адресу TI_CCxxx0_TXFIFO(0x3F). После записи стробов целесообразно вводить небольшие временные задержки примерно 35 мкс.

void RFTransmitter(char txBuffer)

{

// Сброс TX_FIFO

TI_CC_SPIStrobe(TI_CCxxx0_SFTX);

Delay1(1); // задержка после записи строба

TI_CC_SPIWriteReg(TI_CCxxx0_TXFIFO,txBuffer);

Delay1(1);

// Строб включения режима TX

TI_CC_SPIStrobe(TI_CCxxx0_STX);

Delay1(1);

// Ожидание окончания передачи байта

while(TI_CC_GD02_PxIN&TI_CC_GD02_PIN);

// Сброс TX_FIFO - обязательно.

TI_CC_SPIStrobe(TI_CCxxx0_SFTX);

Delay1(1);

// Выход из режима TX_FIFO

TI_CC_SPIStrobe( TI_CCxxx0_SIDLE);

}

Функция записи пакета данных

Все пересылки между контроллером и модулем PAN 2355 начинаются с адресного байта, содержащего 6-битный адрес требуемого регистра, бит burst - доступа и бит чтения/записи. Байты данных следуют после адресного байта. Если burst-бит установлен, то байтов данных может быть несколько. Передача ведется старшим битом вперед.

Addr - адрес регистра, *buffer - указатель массива байтов, count - размер массива

void TI_CC_SPIWriteBurstReg(char addr, char *buffer, char count)

{

char i;

TI_CC_CSn_PxOUT &= ~TI_CC_CSn_PIN; // CSn = 0

while (TI_CC_SPI_USART0_PxIN&TI_CC_SPI_USART0_SOMI);

// Выставляем адрес нужного регистра

U0TXBUF = addr | TI_CCxxx0_WRITE_BURST;

while (!(IFG2&UTXIFG0));

for (i = 0; i < count; i++)

{

U0TXBUF = buffer[ i ]; //Пересылка данных

while (!(IFG2&UTXIFG0));

}

IFG2 &= ~URXIFG0; // Сброс флага

while(!(IFG2&URXIFG0));

TI_CC_CSn_PxOUT |= TI_CC_CSn_PIN; // CSn = 1

}

Функция записи байта по адресу addr void TI_CC_SPIWriteReg(char addr, char value)

{

TI_CC_CSn_PxOUT &= ~TI_CC_CSn_PIN; // CSn = 0

while (TI_CC_SPI_USART0_PxIN&TI_CC_SPI_USART0_SOMI);

IFG2 &= ~URXIFG0;

// Выставляем адрес нужного регистра

U0TXBUF = addr;

while (!(IFG2&URXIFG0));

IFG2 &= ~URXIFG0; // Сброс флага

U0TXBUF = value;

while (!(IFG2&URXIFG0));

TI_CC_CSn_PxOUT |= TI_CC_CSn_PIN; // CSn = 1

}

Функция приема байта

Байт данных считывается из RX_FIFO по адресу addr = TI_CCxxx0_RXFIFO (0xBF).

char RFResiver(char addr)

{

char z;

// Сброс RX_FIFO

TI_CC_SPIStrobe(TI_CCxxx0_SFRX);

Delay1(1); // задержка после записи строба

// Строб включения режима RX

TI_CC_SPIStrobe(TI_CCxxx0_SRX);

Delay1(1);

// Ожидание приема байта(GD02 -> 1)

while(!(TI_CC_GD02_PxIN&TI_CC_GD02_PIN));

// Считывание байта данных

z =TI_CC_SPIReadReg(addr);

// Сброс RX_FIFO - обязательно.

TI_CC_SPIStrobe(TI_CCxxx0_SFRX);

Delay1(1);

// Выход из режима RX_FIFO

TI_CC_SPIStrobe( TI_CCxxx0_SIDLE);

return z;

}

Функция считывания байта

Сначала передается адрес регистра, из которого нужно прочитать данные, затем посылается нулевой байт, чтобы считать данные.

char TI_CC_SPIReadReg(char addr1)

{

char x;

TI_CC_CSn_PxOUT &= ~TI_CC_CSn_PIN; // CSn = 0

while (TI_CC_SPI_USART0_PxIN&TI_CC_SPI_USART0_SOMI);

// Установка адреса

U0TXBUF = (addr1 | TI_CCxxx0_READ_SINGLE);

while (!(IFG2&URXIFG0));

IFG2 &= ~URXIFG0; // Сброс флага

// Передача нулевого байта

U0TXBUF = 0;

while (!(IFG2&URXIFG0));

// Считывание байта из буфера

x = U0RXBUF;

TI_CC_CSn_PxOUT |= TI_CC_CSn_PIN; // CSn = 1

return x;

}

Определение переменных, используемых в приведенных функциях (применительно к микроконтроллеру MSP430F1232A):

#define TI_CC_CSn_PxOUT P3OUT

#define TI_CC_CSn_PxDIR P3DIR

#define TI_CC_CSn_PIN 0x01 //P3.0

#define TI_CC_SPI_USART0_PxIN P3IN

#define TI_CC_SPI_USART0_SIMO 0x02 //P3.1

#define TI_CC_SPI_USART0_SOMI 0x04 //P3.2

#define TI_CC_SPI_USART0_UCLK 0x08 //P3.3

#define TI_CCxxx0_PATABLE 0x3E

#define TI_CC_GD02_PIN 0x01 //P2.0

#define TI_CC_GD02_PxIN P2IN

#define TI_CCxxx0_PATABLE 0x3E

Программа для дистанционной системы сбора данных, созданная с использованием приведенных выше функций, показала устойчивую работу в реальных устройствах и может быть использована для работы с трансиверами СС11хх - СС2500. При разработке программы были также использованы материалы[2].

Литература

1. Приемопередатчики PAN 2355./ Беспроводные технологии №4, 2007 г.
2. Семейство микроконтроллеров MSP430x1xx. Руководство пользователя./ «Библиотека Компэла».