【摘 要】本文阐述了利用AVR 单片机Atemga16和ADF7020-1芯片实现无线通信平台的设计原理和实现方案，并最终做出了实用的无线通信电台。在本设计中笔者利用Altium designer 9.0进行了电路设计，详细讲述了具体电路的设计；利用C语言编写了单片机控制程序，完成了对ADF7020-1芯片的配置及通信功能。同时，利用射频仿真软件进行了PLL环路的仿真及实际调试，最终利用频谱分析仪对通信频谱进行了测试，并完成了实际的测试，达到了预期的效果。
一、前 言
随着科技的进步，人们对于无线通信的需求无处不在，尤其是对于近距离无线通信需求的不断增多，例如无线抄表，无线监控，无线语音，无线数据采集等需求数量逐年递增，为了满足这种要求本文进行一种通用的无线通信平台的设计。
二、硬件方案设计
本设计旨在设计一款通用的无线通信平台，通过半双工的方式实现短距离无线通信，该平台可以通过UART接口、RS-232和RS-422接口实现与外部数据的对接。我们采用了ADI公司的ADF7020-1作为核心芯片，由于ADF7020只是一个调制芯片，需要外部控制才能正常工作，因此我们选择了Atmel公司的ATmega16单片机完成对ADF7020的控制功能。同时该单片机还带有UART接口，可以完成与其他设备的数据通信功能。为了满足通用的要求，我们将UART接口进行了扩展，使该平台能过与其他标准的接口进行无缝对接。
（一） ADF7020-1功能介绍
ADF7020-1是一款低功耗、高性能的无线收发芯片（Transceiver），其本身集成了发射通道、接收通道、本振锁相环、调制器、解调器等功能电路。ADF7020-1工作频率覆盖80MHz～650MHz的ISM频段，使用时只需要设定好相应的频率控制字，同时调整相应的VCO的电感值，就能灵活的实现频率的更换。ADF7020-1 支持ASK和FSK两种调制方式，在FSK调制模式下支持0.15kbps～200kbps的通信速率，在ASK调制模式下支持0.15kbps～64kbps的传输速度接收灵敏度方面ADF7020-1性能比其他同类型芯片更加优越。在FSK模式速率为1kbps时接收灵敏度可以达到-119dBm，在速率为9.6kbps时，接收灵敏度可以达到-114dBm。
（二）ATMega16功能介绍
ATmega16是基于增强的AVR RISC结构的低功耗8 位CMOS微控制器。其内部集成了UART、SPI、I2C等接口，可以很好的实现与外部设备的连接。在本设计中我们使用该单片机的UART口实现与外部设备的通信功能，使用SPI接口完成对ADF7020-1的控制与通信功能。另外由于其先进的指令集以及单时钟周期指令执行时间，ATmega16的数据吞吐率高达1 MIPS/MHz，可以很好的满足我们实时通信的需要。
（三）电路设计
平台的硬件实现如下图所示；
该无线通信平台包括 接口电路、MCU、ADF7020-1、放大器、低噪声放大器、收发开关，LC带通滤波器和天线几部分组成。单片机是整个平台的控制中枢，负责ADF7020芯片的控制和对外接口通信。ADF7020完成基带信号到射频信号的发射功能，以及射频信号到基带信号的接收功能。放大器完成对发射信号的放大功能，低噪放完成接接收信号的放大功能。收发开关主要用于收发双工复用，当发射信号时收发开关与发射端连通，发射信号经过带通滤波器和天线发射出去，此时接收通路与带通滤波器和天线是断开的，这样就可以防止在发射信号反馈回接收通道，导致由于信号强度太大烧毁低噪声放大器的现象发生。LC带通滤波器主要用来对信号进行滤波。由于ATmega16只有一个UART接口，而无线通用平台对外需要有三种接口UART、RS-232和RS-422接口，因此需要采用复用电路将ATmega16的UART接口复用给三个外部接口。在实际设计中选用了一个6位的拨码开关来实现ATmega16的UART口与3个外部接口的复用功能，当外部链接某一种接口时，只需要将拨码开关拨到相应的位置即可，如下图所示：
（四）指标仿真及调试测试结果
在设计中我们需要对ADF7020-1芯片的载波指标进行仿真和调试。ADI公司针对ADF系列的芯片提供了良好的仿真软件支持-ADIsimPLL，在设计时只需进行简单的设置就能实现仿真，同时根据仿真结果，我们需要调试载波PLL的环路滤波器值（下图中的C1，R1和C2的值），以达到较好的相位噪声和杂散指标。
三、软件设计
该平台的软件主要完成三个功能：对ADF7020初始化、接收来自外部接口的通信数据并转换成基带信号用来调制ADF7020、接收ADF7020的解调信号，并发送到外部接口。
四、平台测试实际测试中我们用了两套平台和两台笔记本进行互相通信
在调试中我们使用了串口调试助手作为终端软件进行相互通信如下图所示：经过实地测试采用FSK模式，载波频率为400MHz，通信速率为9.6kbps时，在开阔的平台传输距离可达到800m。
五、结束语
本文使用集成射频芯片ADF7020-1和AVR单片机Atmega16 完成了一款短距离通用无线通信平台的设计、调试和实验。该平台集成了通用的UART端口、RS-232端口、RS-422端口，可以方便的与其他设备直接对接，应用非常方便。搭接该平台可以很好的实现距离800米以内的无线通信需求，可以用于住宅小区、停车场和商场等。
参考文献：
[1]（美国）拉帕波特. 无线通信原理与应用 2009.07
[2]沈文， Eagle lee ，詹卫前 . AVR 单片机C语言开发入门指导 2003.06
[3]ADF7020-1 芯片资料
[4]ATmega16芯片资料