基于ZigBee技术的射频芯片CC2430

2006-06-21 16:08:07来源: 单片机及嵌入式系统应用

  引言

  ZigBee采用IEEE802.15.4标准,利用全球共用的公共频率2.4 GHz,应用于监视控制网络时,其具有非常显著的低成本、低耗电、网络节点多、传输距离远等优势,目前被视为替代有线监视和控制网络领域最有前景的技术之一。

  CC2430芯片

  以强大的集成开发环境作为支持,内部线路的交互式调试以遵从IDE的IAR工业标准为支持,得到嵌入式机构很高的认可。它结合Chipcon公司全球先进的ZigBee协议栈、工具包和参考设计,展示了领先的ZigBee解决方案。其产品广泛应用于汽车、工控系统和无线感应网络等领域,同时也适用于ZigBee之外2.4 GHz频率的其他设备。

  1 CC2430芯片的主要特点

  CC2430芯片延用了以往CC2420芯片的架构,在单个芯片上整合了ZigBee 射频(RF)前端、内存和微控制器。它使用1个8位MCU(8051),具有128 KB可编程闪存和8 KB的RAM,还包含模拟数字转换器(ADC)、几个定时器(Timer)、AES128协同处理器、看门狗定时器(Watchdogtimer)、32 kHz晶振的休眠模式定时器、上电复位电路(PowerOnReset)、掉电检测电路(Brownoutdetection),以及21个可编程I/O引脚。

  CC2430芯片采用0.18 μm CMOS工艺生产,工作时的电流损耗为27 mA;在接收和发射模式下,电流损耗分别低于27 mA或25 mA。CC2430的休眠模式和转换到主动模式的超短时间的特性,特别适合那些要求电池寿命非常长的应用。

  CC2430芯片的主要特点如下:

  ◆ 高性能和低功耗的8051微控制器核。

  ◆ 集成符合IEEE802.15.4标准的2.4 GHz的 RF无线电收发机。

  ◆ 优良的无线接收灵敏度和强大的抗干扰性。

  ◆ 在休眠模式时仅0.9 μA的流耗,外部的中断或RTC能唤醒系统;在待机模式时少于0.6 μA的流耗,外部的中断能唤醒系统。

  ◆ 硬件支持CSMA/CA功能。

  ◆ 较宽的电压范围(2.0~3.6 V)。

  ◆ 数字化的RSSI/LQI支持和强大的DMA功能。

  ◆ 具有电池监测和温度感测功能。

  ◆ 集成了14位模数转换的ADC。

  ◆ 集成AES安全协处理器。

  ◆ 带有2个强大的支持几组协议的USART,以及1个符合IEEE 802.15.4规范的MAC计时器,1个常规的16位计时器和2个8位计时器。

  ◆ 强大和灵活的开发工具。

  2 CC2430芯片的引脚功能

  CC2430芯片采用7 mm×7mm QLP封装,共有48个引脚。全部引脚可分为I/O端口线引脚、电源线引脚和控制线引脚三类。

  2.1 I/O端口线引脚功能

  CC2430有21个可编程的I/O口引脚,P0、P1口是完全的8位口,P2口只有5个可使用的位。通过软件设定一组SFR寄存器的位和字节,可使这些引脚作为通常的I/O口或作为连接ADC、计时器或USART部件的外围设备I/O口使用。

  I/O口有下面的关键特性:

  ◆ 可设置为通常的I/O口,也可设置为外围I/O口使用。

  ◆ 在输入时有上拉和下拉能力。

  ◆ 全部21个数字I/O口引脚都具有响应外部的中断能力。如果需要外部设备,可对I/O口引脚产生中断,同时外部的中断事件也能被用来唤醒休眠模式。

  1~6脚(P1_2~ P1_7):具有4 mA输出驱动能力。

  8,9脚(P1_0,P1_1):具有20 mA的驱动能力。
  
  11~18脚(P0_0 ~P0_7):具有4 mA输出驱动能力。
  
  43,44,45,46,48脚(P2_4,P2_3,P2_2,P2_1,P2_0):具有4 mA输出驱动能力。

   2.2 电源线引脚功能

  7脚(DVDD):为I/O提供2.0~3.6 V工作电压。
  
  20脚(AVDD_SOC):为模拟连接2.0~3.6 V的电压。

  23脚(AVDD_RREG):为模拟电路连接2.0~3.6 V的电压。
  
  24脚(RREG_OUT):为25,27~31,35~40引脚端口提供1.8 V的稳定电压。
  
  25脚 (AVDD_IF1 ):为接收器波段滤波器、模拟测试模块和VGA的第一部分电路提供1.8 V电压。
  
  27脚(AVDD_CHP):为环状滤波器的第一部分电路和充电泵提供1.8 V电压。
  
  28脚(VCO_GUARD):VCO屏蔽电路的报警连接端口。
  
  29脚(AVDD_VCO):为VCO和PLL环滤波器最后部分电路提供1.8 V电压。
  
  30脚(AVDD_PRE):为预定标器、Div2和LO缓冲器提供1.8 V的电压。
  
  31脚(AVDD_RF1):为LNA、前置偏置电路和PA提供1.8 V的电压。
  
  33脚(TXRX_SWITCH): 为PA提供调整电压。
  
  35脚(AVDD_SW): 为LNA/PA交换电路提供1.8 V电压。
  
  36脚(AVDD_RF2): 为接收和发射混频器提供1.8 V电压。
  
  37脚(AVDD_IF2): 为低通滤波器和VGA的最后部分电路提供1.8 V电压。
  
  38脚(AVDD_ADC): 为ADC和DAC的模拟电路部分提供1.8 V电压。
  
  39脚(DVDD_ADC): 为ADC的数字电路部分提供1.8 V电压。
  
  40脚(AVDD_DGUARD): 为隔离数字噪声电路连接电压。
  
  41脚(AVDD_DREG): 向电压调节器核心提供2.0~3.6 V电压。
  
  42脚(DCOUPL): 提供1.8 V的去耦电压,此电压不为外电路所使用。
 
  47脚(DVDD): 为I/O端口提供2.0~3.6 V的电压。

  2.3 控制线引脚功能

  10脚(RESET_N): 复位引脚,低电平有效。

  19脚(XOSC_Q2): 32 MHz的晶振引脚2。
  
  21脚(XOSC_Q1): 32 MHz的晶振引脚1,或外部时钟输入引脚。

  22脚(RBIAS1): 为参考电流提供精确的偏置电阻。
  
  26脚(RBIAS2): 提供精确电阻,43 kΩ,±1%。
  
  32脚(RF_P): 在RX期间向LNA输入正向射频信号;在TX期间接收来自PA的输入正向射频信号。
  
  34脚(RF_N): 在RX期间向LNA输入负向射频信号;在TX期间接收来自PA的输入负向射频信号。
  
  43脚 (P2_4/XOSC_Q2): 32.768 kHz XOSC的2.3端口。
  
  44脚 (P2_4/XOSC_Q1): 32.768 kHz XOSC的2.4端口。

  3 电路典型应用

  3.1 硬件应用电路

  CC2430芯片需要很少的外围部件配合就能实现信号的收发功能。图1为CC2430芯片的一种典型硬件应用电路。

   电路使用一个非平衡天线,连接非平衡变压器可使天线性能更好。电路中的非平衡变压器由电容C341和电感L341、L321、L331以及一个PCB微波传输线组成,整个结构满足RF输入/输出匹配电阻(50 Ω)的要求。内部T/R交换电路完成LNA和PA之间的交换。R221和R261为偏置电阻,电阻R221主要用来为32 MHz的晶振提供一个合适的工作电流。用1个32 MHz的石英谐振器(XTAL1)和2个电容(C191和C211)构成一个32 MHz的晶振电路。用1个32.768 kHz的石英谐振器(XTAL2)和2个电容(C441和C431)构成一个32.768 kHz的晶振电路。电压调节器为所有要求1.8 V电压的引脚和内部电源供电,C241和C421电容是去耦合电容,用来电源滤波,以提高芯片工作的稳定性。




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  3.2 软件编程

  由于篇幅限制,下面仅给出在32 MHz系统时钟下,用DMA向闪存内部写入程序的流程图和部分源代码。DMA向Flash写程序流程如图2所示。

  MOV  DPTR,#DMACFG ;为DMA通道结构设定一
           ;个带有地址的数据指针,
           ;开始写入DMA结构
  MOV  A,#SRC_HI  ;源数据的高位地址
  MOVX  @DPTR ,A
  INC  DPTR
  MOV  A,#SRC_LO  ;源数据的低位地址
  MOVX  @DPTR,A
  INC  DPTR
  MOV  A,#0DFh   ;高位地址的定义
  MOV  X@DPTR,A
  INC  DPTR
  MOV  A,#0AFh   ;低位地址的定义
  MOVX  @DPTR,A
  INC  DPTR
  MOV  A,#BLK_LEN  ;数据的长度
  MOVX  @DPTR,A
  INC  DPTR
  MOV  A,#012h   ;8位,单模式,Flash触发器使用
  MOVX  @DPTR,A
  INC  DPTR
  MOV  A,#042h   ;屏蔽中断,DMA高通道优先
  MOVX  @DPTR,A
  MOV  DMA0CFGL,#DMACFG_LO ;为当前的DMA结
               ;构设置开始地址
  MOV  DMA0CFGH,#DMACFG_HI
  MOV  DMAARM,#01h ;设置DMA的0通道
  MOV  FADDRH,#00h ;设置闪存高位地址

  MOV  FADDRL,#01h ;设置闪存低位地址
  MOV  FWT,#2Ah   ;设置闪存计时
  MOV  FCTL,#02h  ;开始向闪存写程序

  结语

  目前,国内外嵌入式射频芯片中,CC2430芯片是性能最好、功能更强的一个。它结合了市场领先的ZStackTM  ZigBeeTM协议软件和其他Chipcon公司的软件工具,为开发出无接口、紧凑、高性能和可靠的无线网络产品提供了便利。相信在未来几年,它的应用将会涉及到社会的更多领域。

关键字:监视  控制  网络  嵌入

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