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，其具有非常顯著的低成本、低耗電、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點多、傳輸距離遠等優(yōu)勢，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芯片以強大的集成開發(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，得到嵌入式機構(gòu)很高的認可。它結(jié)合chipcon公司全球先進的zigbee協(xié)議棧、工具包和參考設(shè)計，展示了領(lǐng)先的zigbee解決方案。其產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于汽車、工控系統(tǒng)和無線感應(yīng)網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域，同時也適用于zigbee之外2.4 ghz頻率的其他設(shè)備。

1 cc2430芯片的主要特點

cc2430芯片延用了以往cc2420芯片的架構(gòu)，在單個芯片上整合了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)、幾個定時器（timer）、aes128協(xié)同處理器、看門狗定時器（watchdogtimer）、32 khz晶振的休眠模式定時器、上電復(fù)位電路(poweronreset)、掉電檢測電路(brownoutdetection)，以及21個可編程i/o引腳。

cc2430芯片采用0.18 μm cmos工藝生產(chǎn)，工作時的電流損耗為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)換到主動模式的超短時間的特性，特別適合那些要求電池壽命非常長的應(yīng)用。

cc2430芯片的主要特點如下：

　　◆ 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無線電收發(fā)機。
　　◆ 優(yōu)良的無線接收靈敏度和強大的抗干擾性。
　　◆ 在休眠模式時僅0.9 μa的流耗，外部的中斷或rtc能喚醒系統(tǒng);在待機模式時少于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支持和強大的dma功能。
　　◆ 具有電池監(jiān)測和溫度感測功能。
　　◆ 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個強大的支持幾組協(xié)議的usart，以及1個符合ieee 802.15.4規(guī)范的mac計時器，1個常規(guī)的16位計時器和2個8位計時器。
　　◆ 強大和靈活的開發(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。

2.1 i/o端口線引腳功能

cc2430有21個可編程的i/o口引腳，p0、p1口是完全的8位口，p2口只有5個可使用的位。通過軟件設(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、計時器或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。
　　◆ 在輸入時有上拉和下拉能力。
　　◆ 全部21個數(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i/o口引腳產(chǎn)生中斷，同時外部的中斷事件也能被用來喚醒休眠模式。

　　1～6腳（p1_2～ p1_7）： 具有4 ma輸出驅(qū)動能力。
　　8，9腳（p1_0，p1_1）： 具有20 ma的驅(qū)動能力。
　　11～18腳（p0_0 ～p0_7）： 具有4 ma輸出驅(qū)動能力。
　　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；在tx期間接收來自pa的輸入正向射頻信號。
　　34腳（rf_n）: 在rx期間向lna輸入負向射頻信號；在tx期間接收來自pa的輸入負向射頻信號。
　　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現(xiàn)信號的收發(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pcb微波傳輸線組成，整個結(jié)構(gòu)滿足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主要用來為32 mhz的晶振提供一個合適的工作電流。用1個32 mhz的石英諧振器（xtal1）和2個電容（c191和c211）構(gòu)成一個32 mhz的晶振電路。用1個32.768 khz的石英諧振器（xtal2）和2個電容（c441和c431）構(gòu)成一個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)時鐘下，用dma向閃存內(nèi)部寫入程序的流程圖和部分源代碼。dma向flash寫程序流程如圖2所示。

　　mov　　dptr,#dmacfg ；為dma通道結(jié)構(gòu)設(shè)定一
　　　　　　　　　　　?。粋€帶有地址的數(shù)據(jù)指針，
　　　　　　　　　　　　；開始寫入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　?。辉磾?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)的長度
　　movx　 @dptr,a
　　inc　　dptr
　　mov　　a,#012h　　??；8位，單模式，flash觸發(fā)器使用
　　movx　 @dptr,a
　　inc　　dptr
　　mov　　a,#042h　　?。黄帘沃袛?，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)置開始地址
　　mov　　dma0cfgh,#dmacfg_hi
　　mov　　dmaarm,#01h??；設(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)置閃存計時
　　mov　　fctl,#02h　　；開始向閃存寫程序

結(jié)語

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