该系统由发送模块和接收模块组成。发送模块主要将要发送的数据经C8051F930处理后，通过SI4432发送出去；在接收模块中，Si4432则将数据正确接收后通过液晶显示出来，从而实现短距离的无线通信。
1 无线收发芯片Si4432
采用SiliconLabs EZRadioPRO系列ISM频段无线芯片SI4432,在240-960 MHZ频段下最大输出功率可以达到+20DBm。整个网络分为PC机、中继器和节点三部分，此方案为无线工程师们使用SI4432芯片开发无线网络控制系统，提供了完整的硬件和软件参考。SI4432芯片参数：
◆频率范围 240—960MHZ
◆接收灵敏度 -117dBm
◆通讯波特率 1—128kbps
◆发射功率 11—20dBm
◆供电电压 1.8—3.6v
◆在关断模式下电流为10nA
◆在休眠模式下电流为 300nA
◆集成电池低电量检测、温度传感器、电压调节器和8bitADC
◆具有自动斜率控制功率放大器/频谱整形
◆嵌入式天线多样算法
应用领域：
◆遥控器
◆家居安全与报警器
◆遥控钥匙
◆天气预报机及天气监控器
◆个人/病人数据记录
◆远程抄表
◆智能家居
◆无线网络系统
◆物品监控器
Si4432芯片是Silicon Labs公司推出的一款高集成度、低功耗、多频段的EZRadioPRO系列无线收发芯片。其工作电压为1.9～3.6 V，20引脚QFN封装（4 mm×4 mm），可工作在315／433／868／915 MHz四个频段；内部集成分集式天线、功率放大器、唤醒定时器、数字调制解调器、64字节的发送和接收数据FIFO，以及可配置的GPIO等。
Si4432的接收灵敏度达到-117 dB，可提供极佳的链路质量，在扩大传输范围的同时将功耗降至最低；最小滤波带宽达8 kHz，具有极佳的频道选择性；在240～960 MHz频段内，不加功率放大器时的最大输出功率就可达+20dBm，设计良好时收发距离最远可达2 km。
Si4432可适用于无线数据通信、无线遥控系统、小型无线网络、小型无线数据终端、无线抄表、门禁系统、无线遥感监测、水文气象监控、机器人控制、无线RS485／RS232数据通信等诸多领域。
2 无线射频收发系统设计
2.1 系统总体方案
无线射频收发系统的结构框图如图1所示，由C8051F930单片机控制Si4432实现无线数据的收发。发送模块中的C8051F930将数据传送给Si4432进行编码处理，并以特定的格式经天线发送给接收模块。接收模块对接收到的射频信号放大、解调之后，再将数据送给主控制器C8051F930进行相应的处理，如送液晶显示等。
2.2 系统硬件设计
主控芯片选用Silicon Labs公司推出的单片机C8051F930。C8051F930有4 KB的RAM和64 KB的Flash，片上集成了丰富的外围模块（包括串口、SPI、10位A／D转换器等），很好地满足了本系统对微控制器的要求；支持快速唤醒和最低0.9 V的供电；有多种电源管理模式（如正常模式、空闲模式、休眠模式等），内部集成的2个内建欠压检测器分别适用于休眠模式和正常模式，典型休眠模式下电流仅为50 nA。C8051F930包含1个高效率直流升压转换器，最多提供65 mW给内部微控制器和其他元器件，为了减少正常模式下的电池耗电，C8051F930的省电架构能将操作模式下的电流减小到170μA／MHz。
C8051F930可以通过内置增强型SPI对Si4432的内部寄存器进行读写操作，灵活配置各项参数。通过SPI接口完成对Si4432的初始化配置、读写数据、访问FIFO等操作。使用4线SPI，即MOSI、MISO、SCK和nSEL。MOSI用于从C8051F930到Si4432的串行数据传输；MISO用于从Si4432到C8051F930的串行数据传输；SCK用于同步C8051F930和Si4432之间在MOSI和MISO线上的串行数据传输；nSEL作为片选信号，只有片选信号为低电平时，对Si4432的操作才有效。硬件设计原理图如图2所示。
Si4432的13～16脚是标准的SPI接口，17脚（nIRQ）是中断状态输出引脚。当FIFO溢出、有有效的数据包发送或接收、CRC错误、检测到前导位和同步字、上电复位等情况发生，且相应的中断被使能时，17脚都会产生一个低电平以通知C8051F930有中断产生。20脚（SDN）决定了Si4432芯片的工作状态。当SDN接地（SDN=0）时，芯片处于常规工作模式；接高电平（SDN=1）时，芯片处于掉电模式。掉电模式下寄存器中的内容会丢失，且不允许SPI访问，但芯片的电流损耗只有10 nA，功耗很低，因此适合要求极低功耗的应用。在连接到电源后，在SDN的下降沿上电复位，根据指令转换到其他工作模式。
2.3 系统软件设计
软件编程采用模块化设计思想，系统中各主要功能模块均编成独立的函数由主程序调用。功能模块包括：初始化程序（包括初始化C8051F930、SPI、Si4432），无线发送程序，无线接收程序等。无线发送程序负责写入数据载荷，并根据通信协议为数据载荷加上前导码、同步字、数据载荷长度及CRC校验字节，形成数据包将其发送出去；无线接收程序负责接收并检验数据包中的CRC字节，以确保接收到的数据的正确性。
本系统定义的数据包格式如下：
（1）初始化程序
初始化程序包括C8051F930的初始化，SPI的初始化，以及Si4432的关于无线收发频率、工作模式、发射速率等内部寄存器的初始化配置。
系统上电后，C8051F930处于默认状态，根据系统功能需求重新进行初始化配置。C8051F930的数字交叉开关允许将内部数字系统资源映射到端口I／O引脚，可通过设置交叉开关控制寄存器，将片内资源配置到具体的端口I／O引脚上。这一特性允许用户根据自己的特定应用选择通用端口I／O和所需数字资源的组合，提高了应用的灵活性。本系统中，主要配置了SPI通信的4线，液晶LCD的数据线接口、控制线接口和RS232串口数据输入／输出等。
上电之初，Si4432也处于默认状态，需要进行配置才能工作。Si4432有70多个寄存器需要配置，它们决定了Si4432的工作模式，具体配置可以参考Si4432的数据手册。Si4432的初始化是一个重要的部分，配置的恰当与否对系统最终的通信效果有很大的影响。主控制器C8051F930通过SPI配置Si4432的1ch、1dh等寄存器，写入相应的初始化RF控制字（主要是频率、传输速度、传输方式等）；通过配置33h、34h等寄存器来设置包的结构、前导码长度、同步字内容等。本系统采用同步传输模式，以0x2DD4作为同步模式的标志码，传输完同步字后才开始传输数据载荷。每次发送数据必须以同步字0x2DD4作为发送数据的同步标志，接收端在检测到同步字后才开始接收数据。
（2）无线发送程序
无线发送程序流程如图3所示。完成C8051F930、SPI和Si4432的初始化后，配置寄存器写入相应的初始化RF控制字。接下来，通过配置Si4432的寄存器3eh来设置包的长度，通过SPI连续写寄存器7fh，往TX FIFO里写入需要发送的数据。然后打开“发送完中断允许”标志，将其他中断都禁止。当有数据包发送完时，引脚nIRQ会被拉低以产生一个低电平从而通知C8051F930数据包已发送完毕。完成中断使能后，使能发送功能，数据开始发送。等待nIRQ引脚因中断产生而使电平拉低，当nIRQ引脚变为低时读取中断状态并拉高nIRQ，否则继续等待。如果数据发送成功，指示灯会变亮。一次数据发送成功后，进入下一次数据循环发送状态。
（3）无线接收程序
3 PCB设计的注意事项
PCB设计对整个系统的性能影响很大。以下是设计Si4432的PCB时需要注意的地方：
①为了消除走线问的感性效应，应在PCB上空余的地方尽量多布置一些过孔。为了达到较好的射频通信效果，应对整个PCB都覆地铜。当提供了一个较好的RF地之后，TX／RX区域的对地敷铜区有助于减少甚至避免辐射干扰。
②电源接入端要添加去耦电容，且尽量靠近Si4432芯片。滤波电容也应该尽量靠近相应引脚，这样可以得到更好的滤波性能。
③Si4432的外围元件很少，应尽量使用体积小的0402封装贴片器件。其中，电感属于关键器件，需选用高精度电感。
④Si4432的扼流电感L1应尽量靠近Tx引脚；并联在RXn和RXp上的电感L2在PCB平面上应与L1垂直布局，Tx通道上的电感L1、L3、L4、L5的方向需保证互相垂直以减少耦合；Tx通道和RXn／p通道之间未布线的区域应以接地的覆铜隔离开来，Tx通道匹配电路的布线区应尽可能不要占用太大的板上区域。
⑤晶振的选择参照以下参数：等效串联电阻是60 Ω，负载电容是12 pF，频率准确度是±20×10-6。让晶振与芯片的晶振接入引脚尽量靠近，并用地线把时钟区隔离起来。
⑥设计PCB时，QFN封装的Si4432芯片底部接地。在Si4432芯片底部打9个12 mil（1000 mil=25.4 mm）大小的接地过孔，以确保良好的接地和散热能力，增强通信可靠性。
⑦板上的走线尽可能不要经过Tx／RXn／p区域，以防止匹配网络的耦合效应。
4系统测试与分析
为验证本无线射频收发系统设计的可靠性，进行了7组“发射模块—接收模块”通信实验。在空旷地通信距离约为1 500 m时7组“发射模块—接收模块”分别工作在430.50 MHz、431.50 MHz、432.50 MHz等7个中心频率上，带宽均取112.8 kHz，频率偏移取±25 kHz，发送4 000个数据包，实验结果如表1所列。
从表1中可以看出，在传输速率较低时，误码率为0；在传输速率为100 kbps（或以上）时，有一定的误码，但误码率低于0.075％。因此，该无线射频收发系统具有传输距离远、穿墙能力强、通信误码率低的特点。
结 语
本系统完全可以扩充为一个网络系统，形成一个无线网络，以应用到现场控制或测控系统中。本文所设计的无线射频收发系统工作可靠、稳定，具有很好的通用性，稍作改动就可以应用到小区传呼、工业数据采集、生物信号采集、无线遥控等其他一些短距离无线通信领域，具有较高的市场应用价值，为无线数据传输提供了一个很好的解决方案。