基于ZigBee技術(shù)的射頻芯片CC2430

時(shí)間：2007-01-30 13:47:00

關(guān)鍵字：射頻芯片 ZIGBEE技術(shù) CC2430 BSP

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[導(dǎo)讀]文中介紹CC2430芯片的主要特點(diǎn)和引腳功能，以及典型應(yīng)用電路。

摘要：CC2430芯片是Chipcon公司生產(chǎn)的首款符合zigBee技術(shù)的2．4 GHz射頻系統(tǒng)單芯片。適用于各種zigBee或類(lèi)似zigBee的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，包括調(diào)諧器、路由器和終端設(shè)備。文中介紹CC2430芯片的主要特點(diǎn)和引腳功能，以及典型應(yīng)用電路。

關(guān)鍵詞：CC2430芯片 射頻芯片 zigBee

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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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128KB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)、AES一128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-0n-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O．18μm 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(xiàn)電收發(fā)機(jī)。

◆優(yōu)良的無(wú)線(xiàn)接收靈敏度和強(qiáng)大的抗干擾性。

◆在休眠模式時(shí)僅0．9μA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．O～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l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(xiàn)引腳、電源線(xiàn)引腳和控制線(xiàn)引腳三類(lèi)。

2.1 I／O端口線(xiàn)引腳功能

CC2430有21個(gè)可編程的I／O口引腳，P0、Pl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／0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(PO_0～PO_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(xiàn)引腳功能

7腳(DVDD)：為I／O提供2．O～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_IFl)：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。端口。

44腳(P2_4／XOSC_Q1):32．768 kHz XOSC的2．4端口。

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_RFl)：為LNA、前置偏置電路和PA提供1．8 V的電壓。

33腳(TXRX_SWlTCH)：為PA提供調(diào)整電壓。

35腳(AVDD_SW)：為LNA／PA交換電路提供1．8V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．O～3．6V電壓。

42腳(DCOUPL)：提供1．8 V的去耦電壓，此電壓不為外申路所使用。

47腳(DVDD)：為I／O端口提供2．O～3．6 V的電壓。

2.3 控制線(xiàn)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(RBIASl)：為參考電流提供精確的偏置電阻。

26腳(RBIAS2)：提供精確電阻，43 knΩ±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

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(xiàn)，連接非平衡變壓器可使天線(xiàn)性能更好。電路中的非平衡變壓器由電容C341和電感L341、L321、L331以及一個(gè)PCB微波傳輸線(xiàn)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之問(wèn)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i個(gè)32．768 kHz的石英諧振器(XTAL2)和2個(gè)電容(CA41和CA31)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

MOVX @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 ；8位，單模式，Flash觸發(fā)器使用

M0VX @DPTR，A

INC DPTR

MOV A，#042h ；屏蔽中斷，DMA高通道優(yōu)先

MOVX @DPTR，A

MOV DMAOCFGL，#DMACFG_LO ；為當(dāng)前的DMA結(jié)構(gòu)設(shè)置開(kāi)始地址

MOV DMAOCFGH，#DMACFG_HI

MOV DMAARM，#01h ；設(shè)置DMA的0通道

MOV FADDRH．#00h ；設(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-StackTMZigBeeTM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(xiàn)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。