摘要：介绍最新51兼容的射频soc(片上系统)nrf9e5的系统框架、各个组成部分、工作方式和配置方法；分析无线数据传输系统的结构和运用nrf9e5进行无线数据系统设计的通信协议；给出系统的硬件原理图和程序流程图；归纳nrf9e5在无线数据传输系统设计中的优势。

关键词：nrf9e5 射频soc 数据传输 无线通信 51系列

引言

nrf9e5是nordic vlsi公司于2004年2月5日推出的系统级rf芯片，其内置nrf905 433/868/915mhz收发器、8051兼容微控制器和4输入10位80ksps a/d转换器，是真正的系统级芯片，如图1所示。内置nrf905收发器与nrf905芯片的收发器一样，可以工作于shockburst(自动处理前缀、地址和crc)方式。内置电压调整模块，最大限度地抑制噪音，为系统提供1.9～3.6v的工作电压，qfn5×5mm封装，载波检测。nrf9e5符合美国通信委员会和欧洲电信标准学会的相关标准。由于nrf905功耗低，工作可靠，因此很适用于无线数据传输系统的设计。

图1

1 nrf9e5功能介绍

1.1 nrf9e5硬件

（1）微控制器

nrf9e5的片内微控制器与标准8051兼容，指令时序与标准8051稍有区别。典型的区别是：nrf9e5的片内微控制器的指令周期为4到20个指令周期。中断控制器支持5个扩展中断源：adc中断、spi中断、radio1中断、radio2中断和唤醒定时器中断。片内控制器还有3个与8052相同的定时器。1个和8051相同的串口，可以用定时器1和定时器2来作为异步通信的波特率产生器。此外，还扩展了2个数据指针，以方便于从xram区读取数据。微处理器中有256b的数据ram和512b的rom。上电复位或软件复位后，处理器自动执行rom引导区中的代码。用户程序通常是在引导区的引导下，从eerom加载到1个4kb的ram中，这个4kb的ram也可作存储数据用。nrf9e5的大部分寄存器和标准8051相同，只是增加了一些特殊功能寄存器，如radio（p2）、adccon、adcdatah、adcdatal、adcstatic、pwmcon、pwmduty、rcap2l、rcap2h、cklfcon等。nrf9e5中的p0、p1和p2口寄存器地址和标准8051中的相同，都是0x80、0x90、0xa0,但功能和标准8051中的有所不同。

（2）cklf时钟、rtc唤醒定时器、gpio唤醒和wtd

nrf9e5内有一个低频的时钟cklf，该时钟常开。当晶振开始工作后，cklf频率为4hz；晶振不工作时，cklf是一个低功耗rc晶振器，只要vdd≥1.8v，其连续工作。rtc唤醒定时器、wtd（看门狗）和gpio唤醒全都工作在cklf频率，以保证芯片功耗工作时能够完成这三个功能。rtc唤醒定时器是一个24位可编程控制的递减计数器，wtd则是一个16位可编程控制递减计数器。rtc唤醒定时器和wtd的循环周期一般在300μs～80ms，默认为1ms。rtc唤醒定时器也能作gpio的输出源，也就是说，当rtc唤醒定时器初始化时间发生溢出时，能够产生一个用作gpio输出的程序脉冲。

（3）spi接口和a/d转换器

spi（串行外设接口）的接口引脚有miso（接收eeprom的sdo送来的数据）、sck（给eeprom的sck提供时钟信号）、mosi（送数据到eeprom的sdi）、eecsn（给eeprom的csn送使能信号）。spi口的miso、sck和mosi与p1口的低3位重用，通过寄存器spi_ctrl控制来控制功能间的撤换。spi硬件不产生任何片选信号，可以用gpio口来进行片选。通常，系统上电时，spi自动和片外25320相连。当程序加载完成后，miso（p1.2）、mosi（p1.0）可能会用作其它用途，比如其它的spi器件或gpio。

nrf9e5片内有10位adc，a/d转换参考电压可以通过软件设置在aref和1.22v之间（内部参考电压）。a/d转换器的4个输入可通过软件进行选择，通道0～3可以把对应引脚ain0～ain3上的电压值分别转换为数字值，通道4用于对nrf9e5工作电压的监控。a/d转换器默认工作于10位方式，可通过软件使其工作于6位、8位或12位方式。

图3

（4）射频收发器

nrf9e5收发器通过内部并行口或内部spi口与其它模块进