RF芯片CC2510的無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點設備設計

1 引言

　　隨著微電子技術、計算機網(wǎng)絡技術和通信技術的發(fā)展，無線傳感器網(wǎng)絡日漸成為互聯(lián)網(wǎng)領域研究的熱點之一，無線傳感器網(wǎng)絡具有“無處不在”和節(jié)點數(shù)量龐大等特點，適用于軍事、智能家居、環(huán)境監(jiān)測和預報、醫(yī)療護理、建筑物狀態(tài)監(jiān)控、工業(yè)控制領域，無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點設備是構(gòu)成無線傳感器網(wǎng)絡的基礎，基本組成和功能包括如下幾個單元[1]：傳感單元（由傳感器和模數(shù)轉(zhuǎn)換功能模塊組成）、處理單元（由嵌入式系統(tǒng)構(gòu)成、包括CPU、存儲器等）、通信單元（由無線通信模塊組成）和電源單元，如圖1所示，此外，可選擇的其他功能單元包括定位系統(tǒng)、移動系統(tǒng)及電源自供電系統(tǒng)等，通常，此類設備具有微型、低功耗、低成本、可擴展性、高安全性等特點。

　2 CC2510的功能及內(nèi)部結(jié)構(gòu)

　　2.1 功能

　　CC2510是Chipcon公司于2005年11月推出的一款2.4GHz射頻收發(fā)器，該器件成本低，包含UHF RF收發(fā)器和高性能低功耗8051微控制器，集成了32KB在系統(tǒng)可編程Flash和外設內(nèi)嵌4KB SRAM，CC2510功能強大，擁有128位AES安全協(xié)處理器和DMA功能；系統(tǒng)時鐘是16MHz片內(nèi)RC振蕩器或26MHz晶體振蕩器，實時時鐘采用低功耗32.768KHz晶體振蕩器或內(nèi)部34KHz RC振蕩器，具有高靈敏度（10kb/s下為-100dBm）和較高的接收靈敏度和阻塞功能，支持2-FSK，GFSK和MSK等調(diào)制方式；支持數(shù)字RSSI/LQI，工作電壓2.0V-3.6V；具有21個通用I/O接口、兩個UART/SPI接口和可編程看門狗計時器，片內(nèi)有1個16位定時器和3個8位定時器，真正的隨機號碼發(fā)生器，支持硬件是，有兩個數(shù)據(jù)指針。CC2510采用Chipcon公司的Smart RF 04技術，以0.18μm CMOS工藝制成，只需極少外部元件就可以構(gòu)成性能穩(wěn)定且功能極低的片上系統(tǒng)（SoC）。CC2510的選擇性和敏感性指數(shù)優(yōu)越，可確保短距離通信的有效性和可靠性，除上述特點外，該器件還包含8路8-14位ADC，具備4種靈活的降功耗模式，從休眠狀態(tài)到工作狀態(tài)的過渡時間非?？欤瑑?nèi)嵌溫度傳感器，非常適合作為無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點設備。



2.2 CC2510內(nèi)部結(jié)構(gòu)

　　CC2510器件的部結(jié)構(gòu)如圖2所示，其中CC2510的處理器采用兼容8051單片機內(nèi)核的結(jié)構(gòu)及指令系統(tǒng)，該內(nèi)核通過3種不同的內(nèi)存訪問總線（SFR，DATA和CODE/XDATA）對內(nèi)存進行訪問控制，SFR總線負責將所有的外設同內(nèi)存仲裁相連接，還負責CPU與射頻寄存器之間的交互，此外，在系統(tǒng)中還存在有一個處于核心地位的設備——內(nèi)存仲裁。內(nèi)存仲裁通過SFR總線將CPU、DMA模塊、存儲器以及其他外設連接在一起。內(nèi)存仲裁通過4個內(nèi)存器指針選擇接入SRAM、Flash存儲器或者SFR寄存器。系統(tǒng)通過中斷控制器維護4種不同優(yōu)先級的18個中斷源，這些中斷源被分成6組，每組關聯(lián)一種中斷優(yōu)先級。為降低功耗，系統(tǒng)可支持4種工作模式，表1給出了這4種工作模式的特點和狀態(tài)。



CC2510包含有8路8-14位ADC，支持單端輸入和差分輸入兩種模式，能夠采用可選正向參考電壓，ADC中還包含了一個溫度傳感器通道，可以直接連接片內(nèi)集成的溫度傳感器，ADC的輸入端口復用通用I/O端口的P0部分作為AIN0-AIN7端口，圖3給出了ADC模塊的框圖，CC2510的ADC轉(zhuǎn)換結(jié)果一般為13位，這些結(jié)果通常存儲于ADC數(shù)據(jù)寄存器ADCH及ADCL中，ADC轉(zhuǎn)換結(jié)束能夠觸發(fā)自己中斷，即便是由于在ADCH與ADCL之間讀取而造成ADC無法訪問數(shù)據(jù)寄存器，并因此丟失了轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，中斷仍會被觸發(fā)。



天線接收的射頻信號經(jīng)過低噪聲放大器和I/O下變頻處理后，中頻信號只有2MHz，此混合I/O信號經(jīng)過濾波、放大、AD變換，自動增益控制、數(shù)字調(diào)節(jié)和解擴，最終恢復出傳輸?shù)恼_數(shù)據(jù)，發(fā)射機部分基于直接上變頻，CC2510的發(fā)射部分基于RF頻率的直接合成。頻率合成器包括一個完整的片上LC壓控振蕩器和一個90