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基于ZigBee技术的射频芯片CC2430

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作者:河北工程学院 马永强 河北工业大学 李静强 天津工程师范学院 冯立营 时间:2007-01-26来源:《单片机与嵌入式系统应用》

引 言

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/20766.htm

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): 为模拟电路连接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。


 图1cc2430芯片的典型应用电路

  图2dma向flash写程序流程

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。



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