基于ZigBee技术的射频芯片CC2430 (转)

偶尔善良 提交于 2019-11-28 11:00:09

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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芯片是Chipcon公司生产的首款符合ZigBee技术的2.4GHz射频系统单芯片。适用于各种ZigBee或类似ZigBee的无线网络节点,包括调谐器、路由器和终端设备。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。
   CC2430也是Chipcon公司SmartRF03家族中的一个关键部分,基于Chipcon占主导地位的CC2420ZigBee无线收发器其出货量已经超越1百万片。测量尺寸大约是1克拉钻石大小(7×7mm),CC2430表现出了相当清晰的设计结合了一颗强大的鲁棒射频,可编程的微控制器,闪存和IEEE802.15.4,ZigBee两个软体,所有都集成到一个易用并有效的一颗芯片上。CC2430 SoC家族包括3个不同产品CC2430-F32, CC2430-F64 and CC2430-F128。 它们的区别在于内置闪存的容量不同,以及针对不同IEEE802.14.5/Zigbee应用的成本优化。

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8KB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)、32kHz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0.18μmCMOS工艺生产,工作时的电流损耗为27mA;在接收和发射模式下,电流损耗分别低于27mA或25mA。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。
      ◆ 高性能和低功耗的8051微控制器核。
      ◆集成符合IEEE802.15.4标准的2.4GHz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(2.0~3.6 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7mm×7mmQLP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。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。
   11~18脚(P0_0 ~P0_7):具有4 mA输出驱动能力。

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。
   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(50Ω)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32MHz的晶振提供一个合适的工作电流。用1个32MHz的石英谐振器(XTAL1)和2个电容(C191和C211)构成一个32MHz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1.8V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32MHz系统时钟下,用DMA向闪存内部写入程序部分源代码。
  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

4、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。
   Chipcon公司的ZigBeeTMSoC解决方案对于制造商是一个巨大的飞跃,产品面向家庭和楼宇自动化,供暖、通风和空调系统,自动抄表,医疗设施,家庭娱乐,物流,和其它终端市场,都可以被相当便宜和低功耗的无线通讯替代。CC2430将让制造商开发出无接口,紧凑,高性能和可靠的无线网络产品,用该芯片作为在系统中的主动设备,并减少上市时间以及将生产和测试成本降到最低。
   “从一开始,我们就给自己定位,不能仅仅宣传ZigBeeTM解决方案,而是确实要付诸使用”。Chipcon公司的董事长GeirForre讲道,“Chipcon公司今天发布的产品,具有针对不同ZigBeeTM适合方案的完整的开发工具。当其它供应商比较他们第一代方案时,Chipcon已经拥有了2代ZigBeeTM,并逐渐会有第3或第4代。事实上Chipcon公司是ZigBeeTM协会的发起者并已经达到了全球第一个符合IEEE802.15.4协议的射频芯片,也是全球第一个一站式解决方案,世界领先的ZigBeeTM软件绝不是一个简单的偶合,它寄予我们实现真正市场领先方案的厚望。

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