基于ZigBee技術(shù)的射頻芯片CC2430

引言

zigbee采用ieee802.15.4標(biāo)準(zhǔn)，利用全球共用的公共頻率2.4 ghz，應(yīng)用于監(jiān)視、控制網(wǎng)絡(luò)時(shí)，其具有非常顯著的低成本、低耗電、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)多、傳輸距離遠(yuǎn)等優(yōu)勢(shì)，目前被視為替代有線監(jiān)視和控制網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域最有前景的技術(shù)之一。

cc2430芯片以強(qiáng)大的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境作為支持，內(nèi)部線路的交互式調(diào)試以遵從ide的iar工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)為支持，得到嵌入式機(jī)構(gòu)很高的認(rèn)可。它結(jié)合chipcon公司全球先進(jìn)的zigbee協(xié)議棧、工具包和參考設(shè)計(jì)，展示了領(lǐng)先的zigbee解決方案。其產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于汽車(chē)、工控系統(tǒng)和無(wú)線感應(yīng)網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域，同時(shí)也適用于zigbee之外2.4 ghz頻率的其他設(shè)備。

1 cc2430芯片的主要特點(diǎn)

cc2430芯片延用了以往cc2420芯片的架構(gòu)，在單個(gè)芯片上整合了zigbee 射頻(rf)前端、內(nèi)存和微控制器。它使用1個(gè)8位mcu（8051），具有128 kb可編程閃存和8 kb的ram，還包含模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(adc)、幾個(gè)定時(shí)器（timer）、aes128協(xié)同處理器、看門(mén)狗定時(shí)器（watchdogtimer）、32 khz晶振的休眠模式定時(shí)器、上電復(fù)位電路(poweronreset)、掉電檢測(cè)電路(brownoutdetection)，以及21個(gè)可編程i/o引腳。

cc2430芯片采用0.18 μm cmos工藝生產(chǎn)，工作時(shí)的電流損耗為27 ma；在接收和發(fā)射模式下，電流損耗分別低于27 ma或25 ma。cc2430的休眠模式和轉(zhuǎn)換到主動(dòng)模式的超短時(shí)間的特性，特別適合那些要求電池壽命非常長(zhǎng)的應(yīng)用。

cc2430芯片的主要特點(diǎn)如下：

◆ 高性能和低功耗的8051微控制器核。

◆ 集成符合ieee802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的2.4 ghz的 rf無(wú)線電收發(fā)機(jī)。

◆ 優(yōu)良的無(wú)線接收靈敏度和強(qiáng)大的抗干擾性。

◆ 在休眠模式時(shí)僅0.9 μa的流耗，外部的中斷或rtc能喚醒系統(tǒng);在待機(jī)模式時(shí)少于0.6 μa的流耗，外部的中斷能喚醒系統(tǒng)。

◆ 硬件支持csma/ca功能。

◆ 較寬的電壓范圍（2.0～3.6 v）。

◆ 數(shù)字化的rssi/lqi支持和強(qiáng)大的dma功能。

◆ 具有電池監(jiān)測(cè)和溫度感測(cè)功能。

◆ 集成了14位模數(shù)轉(zhuǎn)換的adc。

◆ 集成aes安全協(xié)處理器。

◆ 帶有2個(gè)強(qiáng)大的支持幾組協(xié)議的usart，以及1個(gè)符合ieee 802.15.4規(guī)范的mac計(jì)時(shí)器，1個(gè)常規(guī)的16位計(jì)時(shí)器和2個(gè)8位計(jì)時(shí)器。

◆ 強(qiáng)大和靈活的開(kāi)發(fā)工具。

2 cc2430芯片的引腳功能

cc2430芯片采用7 mm×7mm qlp封裝,共有48個(gè)引腳。全部引腳可分為i/o端口線引腳、電源線引腳和控制線引腳三類(lèi)。

2.1 i/o端口線引腳功能

cc2430有21個(gè)可編程的i/o口引腳，p0、p1口是完全的8位口，p2口只有5個(gè)可使用的位。通過(guò)軟件設(shè)定一組sfr寄存器的位和字節(jié)，可使這些引腳作為通常的i/o口或作為連接adc、計(jì)時(shí)器或usart部件的外圍設(shè)備i/o口使用。

i/o口有下面的關(guān)鍵特性：

◆ 可設(shè)置為通常的i/o口，也可設(shè)置為外圍i/o口使用。

◆ 在輸入時(shí)有上拉和下拉能力。

◆ 全部21個(gè)數(shù)字i/o口引腳都具有響應(yīng)外部的中斷能力。如果需要外部設(shè)備，可對(duì)i/o口引腳產(chǎn)生中斷，同時(shí)外部的中斷事件也能被用來(lái)喚醒休眠模式。

1～6腳（p1_2～ p1_7）:具有4 ma輸出驅(qū)動(dòng)能力。

8，9腳（p1_0，p1_1）:具有20 ma的驅(qū)動(dòng)能力。
　　
11～18腳（p0_0 ～p0_7）:具有4 ma輸出驅(qū)動(dòng)能力。
　　
43，44，45，46，48腳（p2_4，p2_3，p2_2，p2_1，p2_0）:具有4 ma輸出驅(qū)動(dòng)能力。

2.2 電源線引腳功能

7腳（dvdd）：為i/o提供2.0～3.6 v工作電壓。
　　
20腳（avdd_soc）：為模擬電路連接2.0～3.6 v的電壓。
　　
23腳（avdd_rreg）：為模擬電路連接2.0～3.6 v的電壓。
　　
24腳（rreg_out）：為25，27～31，35～40引腳端口提供1.8 v的穩(wěn)定電壓。
　　
25腳 (avdd_if1 )：為接收器波段濾波器、模擬測(cè)試模塊和vga的第一部分電路提供1.8 v電壓。
　　
27腳（avdd_chp）：為環(huán)狀濾波器的第一部分電路和充電泵提供1.8 v電壓。
　　
28腳（vco_guard）:vco屏蔽電路的報(bào)警連接端口。
　　
29腳（avdd_vco）:為vco和pll環(huán)濾波器最后部分電路提供1.8 v電壓。
　　
30腳（avdd_pre）:為預(yù)定標(biāo)器、div2和lo緩沖器提供1.8 v的電壓。
　　
31腳（avdd_rf1）:為lna、前置偏置電路和pa提供1.8 v的電壓。
　　
33腳（txrx_switch）: 為pa提供調(diào)整電壓。
　　
35腳（avdd_sw）: 為lna/pa交換電路提供1.8 v電壓。
　　
36腳（avdd_rf2）: 為接收和發(fā)射混頻器提供1.8 v電壓。
　　
37腳（avdd_if2）: 為低通濾波器和vga的最后部分電路提供1.8 v電壓。
　　
38腳（avdd_adc）: 為adc和dac的模擬電路部分提供1.8 v電壓。
　　
39腳（dvdd_adc）: 為adc的數(shù)字電路部分提供1.8 v電壓。
　　
40腳（avdd_dguard）: 為隔離數(shù)字噪聲電路連接電壓。
　　
41腳（avdd_dreg）: 向電壓調(diào)節(jié)器核心提供2.0～3.6 v電壓。
　　
42腳（dcoupl）: 提供1.8 v的去耦電壓，此電壓不為外電路所使用。
　　
47腳（dvdd）: 為i/o端口提供2.0～3.6 v的電壓。

2.3 控制線引腳功能

10腳（reset_n）: 復(fù)位引腳，低電平有效。

19腳（xosc_q2）: 32 mhz的晶振引腳2。
　　
21腳（xosc_q1）: 32 mhz的晶振引腳1，或外部時(shí)鐘輸入引腳。
　　
22腳（rbias1）: 為參考電流提供精確的偏置電阻。
　　
26腳（rbias2）: 提供精確電阻，43 kω，±1%。
　　
32腳（rf_p）: 在rx期間向lna輸入正向射頻信號(hào)；在tx期間接收來(lái)自pa的輸入正向射頻信號(hào)。
　　
34腳（rf_n）: 在rx期間向lna輸入負(fù)向射頻信號(hào)；在tx期間接收來(lái)自pa的輸入負(fù)向射頻信號(hào)。
　　
43腳 (p2_4/xosc_q2): 32.768 khz xosc的2.3端口。
　　
44腳 (p2_4/xosc_q1): 32.768 khz xosc的2.4端口。

3 電路典型應(yīng)用

3.1 硬件應(yīng)用電路

cc2430芯片需要很少的外圍部件配合就能實(shí)現(xiàn)信號(hào)的收發(fā)功能。圖1為cc2430芯片的一種典型硬件應(yīng)用電路。

電路使用一個(gè)非平衡天線,連接非平衡變壓器可使天線性能更好。電路中的非平衡變壓器由電容c341和電感l(wèi)341、l321、l331以及一個(gè)pcb微波傳輸線組成，整個(gè)結(jié)構(gòu)滿(mǎn)足rf輸入/輸出匹配電阻(50 ω)的要求。內(nèi)部t/r交換電路完成lna和pa之間的交換。r221和r261為偏置電阻，電阻r221主要用來(lái)為32 mhz的晶振提供一個(gè)合適的工作電流。用1個(gè)32 mhz的石英諧振器（xtal1）和2個(gè)電容（c191和c211）構(gòu)成一個(gè)32 mhz的晶振電路。用1個(gè)32.768 khz的石英諧振器（xtal2）和2個(gè)電容（c441和c431）構(gòu)成一個(gè)32.768 khz的晶振電路。電壓調(diào)節(jié)器為所有要求1.8 v電壓的引腳和內(nèi)部電源供電，c241和c421電容是去耦合電容,用來(lái)電源濾波,以提高芯片工作的穩(wěn)定性。

3.2 軟件編程

由于篇幅限制,下面僅給出在32 mhz系統(tǒng)時(shí)鐘下，用dma向閃存內(nèi)部寫(xiě)入程序的流程圖和部分源代碼。dma向flash寫(xiě)程序流程如圖2所示。

mov　　dptr,#dmacfg ；為dma通道結(jié)構(gòu)設(shè)定一
　　　　　　　　　　 ；個(gè)帶有地址的數(shù)據(jù)指針，
　　　　　　　　　　 ；開(kāi)始寫(xiě)入dma結(jié)構(gòu)
mov　　a,#src_hi　??；源數(shù)據(jù)的高位地址
movx　 @dptr ,a
inc　　dptr
mov　　a,#src_lo　　；源數(shù)據(jù)的低位地址
movx　 @dptr,a
inc　　dptr
mov　　a,#0dfh　　　；高位地址的定義
mov　　x@dptr,a
inc　　dptr
mov　　a,#0afh　　　；低位地址的定義
movx　 @dptr,a
inc　　dptr
mov　　a,#blk_len　 ；數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度
movx　 @dptr,a
inc　　dptr
mov　　a,#012h　　?。?位，單模式，flash觸發(fā)器使用
movx　 @dptr,a
inc　　dptr
mov　　a,#042h　　　；屏蔽中斷，dma高通道優(yōu)先
movx　 @dptr,a
mov　　dma0cfgl,#dmacfg_lo ；為當(dāng)前的dma結(jié)
　　　　　　　　　　　　　　 ；構(gòu)設(shè)置開(kāi)始地址
mov　　dma0cfgh,#dmacfg_hi
mov　　dmaarm,#01h?。辉O(shè)置dma的0通道
mov　　faddrh,#00h?。辉O(shè)置閃存高位地址
mov　　faddrl,#01h??；設(shè)置閃存低位地址
mov　　fwt,#2ah　　 ；設(shè)置閃存計(jì)時(shí)
mov　　fctl,#02h　??；開(kāi)始向閃存寫(xiě)程序

結(jié)語(yǔ)

目前，國(guó)內(nèi)外嵌入式射頻芯片中，cc2430芯片是性能最好、功能更強(qiáng)的一個(gè)。它結(jié)合了市場(chǎng)領(lǐng)先的zstacktm zigbeetm協(xié)議軟件和其他chipcon公司的軟件工具，為開(kāi)發(fā)出無(wú)接口、緊湊、高性能和可靠的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品提供了便利。相信在未來(lái)幾年，它的應(yīng)用將會(huì)涉及到社會(huì)的更多領(lǐng)域。