内嵌UHFASK/FSK发射器的8位微控制器

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摘要：8位CMOS微控制器rfPIC12C509AF具有TISC中央处理器、1024×12bit可编程EPROM、41字节数据RAM、8位可编程定时/计数器、看门狗定时器、5个通用I/O等电路，内嵌UHF ASK/FSK发射器的射频频率范围为310～480MHz，输出功率+2～-12dBm，ASK数据发射速率0～40Kbps，FSK数据发射速率0～20Kbps，PLL锁相。本文简要介绍rfPIC12C509AF的特性及应用电路。

    关键词：微控制器 无线发射器 无线数据传输

1 概述

tfPIC12C509AF是Microchip公司推出的单片集成内嵌射频无线数据发射器的8位CMOS微控制器。芯片具有高性能的RISC中央处理器，33条12位字长的指令，8位字长的数据；内置4MHz RC振荡器，运行速度1μs指令周期；7个特殊功能的硬件寄存器，2级硬件堆栈，直接、间接和相对寻址方式；1024×12bit可编程EPROM，41字节数据RAM；在线串行编程（In-Circuit Serial ProgrammingTM,ICSP TM），内部RC振荡器的频率可编程校准（独立于发射器的石英晶体振荡器基准），8位可编程定时器/计数器；上电复位，看门狗定时器，低功耗睡眠模式，可编程编码保护，5个通用I/O等功能；工作电压2.5～5.5V，低拉耗睡眠模式电流0.2～4μA。内嵌的UHF ASK/FSK发射器，射频频率范围为310～480MHz，可调节的输出功率+2～12dbm，ASK数据发射速率0～40Kbps，FSK数据发射速率0～20Kbps，PLL锁相，集成的晶体振荡器和VCO电路仅需少量的外部元件。

可用于遥控无键入口（RKE）发射器、车库门开门器、遥测（轮胎压力，水、电、气表、贵重物品跟踪）、无线安防系统、无线电遥控等领域。
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2 引脚排列及功能

rfPIC2C509AF采用20脚SSOP封装，各引脚功能如下。

1（VDD）：逻辑电路和I/O端品/石英振荡器输入/外部时钟输入（GPIO仅在内部RC模式，在其它振荡器模式下为OSC1）。当GPIO时TTL输入，在外部RC振荡器模式时ST输入。

3（GP4/OSC2）：双向I/O端品、石英晶体振荡器输出。在石英晶体振荡器模式连接晶振或谐振器。

4（GP3/MCLR/VPP）：输入端口/用户清除（复位）输入/编程电压输入。当构成MCLR时，此脚是低电平有效，实现器件复位。在设备进入正常的运行和编程模式时，MCLR、VPP上的电压不能超过VDD，并且能够通过软件编程改变引脚状态来唤醒睡眠状态。

5（XTAL）：发射器晶振，连接到考比慈（COPITTS）型晶体振荡器上。

6（RFENIN）：发射器和时钟输出使能，内部下拉。

7（CLKOUT）：时钟输出。

8（PS/DATAASK）：功率选择和ASK数据输入。javascript:window.open(this.src);" style="cursor:pointer;"/>

9（VDDRF）：发射器正电压端。

10（ANT1）：差分功率放大器的输出端连接到天线，集电极开路输出。

11（ANT2）：差分功率放大器的输出端连接到天线，集电极开路输出。

12（VSSRF）：发射器接地参考端。

13（NC）：空脚。

14（LF）：连接外部回路滤波器。VCO转换输入和充电泵输出的共用点。

15（DATAFSK）：FSK的数据输入。

16（FSKOUT）：FSK晶振的输出。

17（GP2/T0CKI）：双向I/O端口，能构成T0CKI。

18（GP1）：双向I/O端口/串口编程时钟，能通过软件编程改变引脚状态来唤醒睡眠状态。这个缓冲器在串口编程模式下为施密特触发器输入。

19（GP0）：双向I/O端口/串口编程数据，能通过软件编程改变引脚状态来唤醒睡眠状态。这个缓冲器在串口编程模式下为施密特触发器输入。

20（VSS）：逻辑电路和I/O脚的参考地。

3 基本结构和特性

rfPIC12C509AF内部结构包括一个完整的8位CMOS微控制器电路和发射器电路，以下介绍发射器电路。发射器电路方框图如图1所示。javascript:window.open(this.src);" style="cursor:pointer;"/>

发射器是一个完整的集成UHF ASK/FSK发射电路，由石英晶体振荡器、锁相环电路（PLL）、集电极开路的输出功率可变放大器PA（Power Amplifier）和模式控制逻辑（mode control logic）所组成。外接元件有旁路电容、晶振和PLL回路滤波器，能实现ASK和FSK的操作。

引脚VDDRF和VSSRF分别是发射器电路的电源供给端和接地端。这些电源脚与微控制器的电源供给脚VDD和VSS是相互独立的。

发射器的石英晶体振荡器是一个考比慈振荡器，提供PLL的基准频率，并且与PIC微控制器的振荡器是相互独立的。XTAL脚上接外部振荡器或AC模拟基准信号。发射频率是由晶振频率确定的，公式如下：

ftransmit=fXTAL×32

考虑到发射频率的灵活选择，最终晶振频率可能不是标准值。晶振频率最小值为9.65～15MHz，负载电容10～15pF，并联电容7pF，等价串联阻抗60Ω。

rfPIC12C509AF晶体振荡器实现ASK操作电路如图2所示。电容器C1取值22～1000pF。

rfPIC12C509AF晶体振荡器实现FSK操作电路如图3所示。电容C1和C2通过拖动晶振来实现FSK调制。当DATAFSK=1时，FSKOUT为高阻抗，只有C1对晶振起使用，发射频率为fMAX；当DATAFSK=0时，FSKOUT与VSSRF接地，电容C1和C2并联，发射频率为fMIN。选择一组理想的C1和C2值为确定中心频率和频率偏差。电容C1确定fMAX而电容C1和C2的并联值确定fMIN。

C1取值22～1000pF，C2取值47～1000pF。

发射器中心频率（fc）：fc=(fMAX+fMIN)/2

发射器频率偏差：Δf=(fMAX-fMIN)/2

石英晶体振荡器有1个四分频（Divide by 4）电路，此电路通过时钟输出（CLKOUT）引脚输出时钟。CLKOUT时钟输出信号

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