基于ZigBee技术的射频芯片CC2430的应用

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第54855篇:基于ZigBee技术的射频芯片CC2430的应用

发布时间:2006年12月5日点击次数:258

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摘要：CC2430芯片是Chipcon公司生产的首款符合ZigBee技术的2.4 GHz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。文中介绍CC2430芯片的主要特点和引脚功能,以及典型应用电路。

关键词：CC2430芯片射频芯片 ZigBee

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,在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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