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基于ZigBee技术的射频芯片CC2430

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128KB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)、AES一128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-0n-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O.18μm 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0.9μA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.O~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l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、Pl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/0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(PO_0~PO_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.O~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_IFl):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。端口。

  44脚(P2_4/XOSC_Q1):32.768 kHz XOSC的2.4端口。

  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_RFl):为LNA、前置偏置电路和PA提供1.8 V的电压。

  33脚(TXRX_SWlTCH):为PA提供调整电压。

  35脚(AVDD_SW):为LNA/PA交换电路提供1.8V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.O~3.6V电压。

  42脚(DCOUPL):提供1.8 V的去耦电压,此电压不为外申路所使用。

  47脚(DVDD):为I/O端口提供2.O~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(RBIASl):为参考电流提供精确的偏置电阻。

26脚(RBIAS2):提供精确电阻,43 knΩ±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

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之问的交换。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i个32.768 kHz的石英谐振器(XTAL2)和2个电容(CA41和CA31)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。

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

MOVX @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

M0VX @DPTR,A

INC DPTR

MOV A,#042h;屏蔽中断,DMA高通道优先

MOVX @DPTR,A

MOV DMAOCFGL,#DMACFG_LO;为当前的DMA结构设置开始地址

MOV DMAOCFGH,#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芯片是性能较好、功能更强的一个。它结合了市场领先的Z-StackTMZigBeeTM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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