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基于CC2430的串口无线模块的设计.pdf

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维普资讯 http://www.cqvip.com 基 于 CC2430的 串口无线模 块 的设 计  ●新 特 器 件 应 用   基于 CC2430的串口无线模块 的设计  刘江 沙,雷 伟 ,尹 酉  (兰 州 交通 大 学 机 电工 程 学 院 .甘 肃 兰 州 730070)  -47-  摘 要 :论述 了基 于 CC2430收 发 器 的 串口无线模 块 的硬件 设 计 和软件 设 计 ,并介 绍 了 CC2430的基  本 特性 ,讨论 了对 电磁 场干扰 的抑 制措施 。  关 键 词 :无 线 模 块 ; CC2430; UART  中图分类 号:TN914  文献标 识码 :B  文章 编号 :1006—6977(2007)04—0047—03  Designing of a wireless RF uni t basing on CC2430  LIU Jiang-sha, LEI W ei, YIN You  School ofMechatronics Engineering,Lanzhou Jiaotong University,Lanzhou 73oo70,China)  Abstract:The hardware and software designings of a wireless RF unit based on CC2430 a re introduced.  T h e basis cha r acteristics of CC2430 is given, and the mea s ures of restraining for electrmagnetic inter—  fere discussed.  Key words:wireless RF unit; CC2430; UART  1  引言  随着现 代科 技 的 飞速 发展 ,无线 通 信技 术 成 为  人 们 日益关 注 的 问题 之一 。在 工 业 系统 控 制 中 。短  距 离无线 通信技 术应 用也 越来 越广泛 。水 阻试验 是  内燃 机 车恒 功率 负载试 验 的主 要方 式之 一,本 文论  述 了在对 内燃 机 车 智 能 化 水 阻 试 验 系统 数 据 采 集  部分 的改进 中 。将原 来 的有 线数 据 采集 改 为 无线 数  据采集 传输 方式 的无线 模块 设计 。  2 总体 设计  无线 模块 的基 本 电路 图如 图 1所 示 .主 要 由 电  源 、复位 电路 、串 口连接 电路 和 无线 收 发 电路 组 成 。  可 实现 串 口数 据 的 无线 收 发 。即:发 送 数 据 时 ,RS一  232串 口数 据经 过 MAX232将 电平 转 换 为 TI’L电  平 。再通 过 CC2430无线 发送 。接 收数 据则 是发送 数  据 的逆 过 程 ,CC2430先 接 收 到 数 据 信 号 。然 后 经  MAX232将 1frL电平 转 换 为 RS一232的 标 准 电平 ,  再通 过 RS一232向上 位机输 入 数据 。  3 硬 件 设计  无 线 模 块 采 用 的 无 线 收 发 器 是 CC2430。  CC2430出 自挪 威 Chipcon公 司 。是 一 款 真 正符 合  IEEE802.15.4标准 的片上 ZigBee产 品 。CC2430采  用 Chipcon公 司 最 新 的 SmartRF 03技 术 和 0.18  Ixm CMOS工 艺 制造 ,采用 7 mmx7 mln QLP48封  装 : 除 了 包 括 RF 收 发 器 . 还 集 成 了 加 强 型  8051MCU、32/64/128 KB 的 Flash 内 存 、8 KB 的  RAM、ADC、DMA、 看 门狗 等 。 CC2430工 作 在 2.4  GHz频 段 ,采 用 低 电压 (2.0 V~3.6 V)供 电且 功 耗 很  低 (接 收数 据 时为 27 mA。发送 数 据时 为 25 mA)、灵  敏 度 高 (一97 dBm)、最 大 输 出 为 24 dBm、最 大传 送  速 率 为 250 kb/s。  CC2430的外 围元 件数 目很 少 。它 使用一 个非 平  衡 天线 ,连 接非平 衡变 压器使 天线性 能 更好 。电路 中  的非平 衡变 压器 由电容 C12和 电感 L1、L2、L3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 Q)的要 求 。 内部 T/R交换 电路完  成 LNA 和 PA之 间 的交换 。R4、R5为 偏置 电阻 。其  中 R4主 要 用 于为 32 MHz的晶 体振 荡 器 提供 合 适  的工 作 电流 。用一 只 32 MHz石 英谐 振 器 和两 只 电  容 (C13、C14)构成 32 MHz晶体振 荡器 电路 。电压 稳  压 器 为 所 有 1.8 V 电 压 的 引 脚 和 内部 电 源 供 电 .  Cl1、C15是去 耦 电容。用于 电源滤 波 。  维普资讯 http://www.cqvip.com 《国外电子元器件》2007年第4期  2007年 4月  :C4  C5:  _J AH805  _ ___。_ _。 _Ih   C1 一_  Il卜=L  C3  C4  V+ 1C+   1C一 2C+  2C一  V一 0,T ‘ I2R   U  N   r  1 T  R 1 R  T  T  2 R    CV  N G  OU I 1  U O I 1  I 2  U O   C  D   T  N  T  N  N  T   C11  广__1卜  肌  I  2L 2}5   3  蓍l l兰鲁I兰l兰l三l兰l l三l兰l墨l墨l墨l  ■  一  盆 譬譬  臃l 言  譬 旨詈 一 VD D R F 2  w  l DtP  l1 D. 1  CC2430  :^ vVDD一_R。F RFn  01 t 1 . AVDD_VC  ESEⅧ     vLcU0-… DUAK  S  l FO. 0O u、 l   詈薹吾 量 ̄ 耋 AVDD_ ! CH ; P  C   l   3  上 工  图 1 无 线 模 块 电路 图  由于 CC2430具 有低 功耗 的特 性 ,因此 ,选用 两  发 送 数 据 时 , 数 据 通 过 串 口 USART 进 人  节 干 电池 为模 块供 电 。另 外还选 用 了 AH805升压 稳  CC2430的 DATA 内存 区 。 对 水 阻 试 验 台 来 说 ,  压 器 。可将 3 V 电压 升高 至 5 V。此 故 电源部 分可 提  供 3 V 和 5 V两 种 电压 ,其 中 3 V 电压 为 CC2430  供 电 。5 V 电压 为 MAX232和复 位 电路 供 电 。  DATA 内存 区 的 高 128字 节 能 够 满 足 存 储 容 量 的  要 求 ,因 此 将 数 据 存 放 在 DATA 内存 区 的 高 128  字 节 中。 为 了 提高 数 据 的传 输 速 度 ,使 用 DMA传  复 位 电路 采 用典 型 的 RC复位 方式 ,它 具有 上  输 方 式 将 内存 区 中 的 数 据 传 送 到 Radio的 先 进 先  电复位 和 手动 两种 复 位 功能 ,且 低 电平 有 效 。值 得  出缓 存 器 TXFIFO 中 。数 据 进 人 Radio后 ,经 过 一  注 意 的是 。为 了使 系统达 到有 效 复位 ,应 使 RESET—  系列 的硬 件 处 理 。最后 通 过 天线 向发射 无 线信 号 。  N端保持 10 ms的低 电平 。 当复位 结束 后立 即对 该  接 收 数据 是 发送 数 据 的逆 过 程 。Radio从 天 线  器 件 进行 初始 化 时 。很 容 易 发 生 错 误 。所 以 ,进 人  O000H地 址 后 。应 首 先 执 行 1 ms一10 ms的软 件 延  时 。然后再 进行 初始 化 。  由于模块 采用 RS232与 上位机 相连 ,因此 ,需 要  接 收 到 无 线信 号 ,通 过 一 系 列 的 硬件 处 理 ,将信 号  转 换 为数 据 ,存 放 在 RXHFO中 ,再 通过 DMA方  式 送 人 DATA 内存 区 的 低 128字 节 中 。再 通 过  USART串 口将 接 收 到 的数据 送 出。  用 MAX232将 RS232电平转 换为 rITI’L电平 。  4 程 序 设 计  不 难 看 出 ,整 个 数据 传输 过程 大部 分 都 是在  CC2430内部完成 。这得 益 于 CC2430具 有极 高 的集  成 度 。是一 款 片上 系统 ,能 够 提 供 较 高 的系 统稳 定  无 线模块 的设计 包括 硬 件连 接 及 CC2430软 件  设计 。编写 软件 程序 首先要 弄 清楚数据 在模 块 中 的  传输 路径 及其 过程 ,如 图 2所示 。  数据.+[ ]+◆匝  咽   图 2 数 据 在 无 线 模 块 中 的传 输 路 径  性 和可靠 性 。CC2430包括 了较 多 的 自定 义 SFR寄  存 器 。如何 使用好 这 些 SFR寄存 器 较 为关 键 。例 如  在 对 USART 的控 制 操 作 中 ,CC2430内 部 集 成 的  USART的控 制 寄存 器 和状 态 寄存 器分 别 是 UxUCR  和 UxCSR(其 中 x可取 值 为 0和 1,表示 CC2430集  成 的两个 USART中 的一个 )。UxCSR状态 字格式 和  维普资讯 http://www.cqvip.com 基 于 CC2430的 串口无线模 块 的设 计  -49-  D7  M0DE  模式选择  D6  RE  接收控制  表 1  UxCSR状态字格式和 UxUCR控制字格式  UxCSR状 态 字 格 式  D5  D4  D3  D2  SLAVE  SPI主从  模式选择  FE  ERR  RX BYTE  _ 帧错误状态  奇偶错误状态  接收状态  D1  Do  TX BYTE  _ 发送状态  AC 兀VE  USART  状态  O:蚋 模式  O:禁I 接收  1:UART模式  1:允许接受  D7  FLUSH  D6  nD W  0:主  1:从  D5  D9  O:无帧错误  O:无奇f  1:有帧错误  1:有奇  UxUCR控 制字格式  D4  D3  Bn  PARI IY  O:无字节被接收 O:无字节被发送 0:空闲  1:有字节被接收 1:有字节被发送  1:忙  D2  SPB  D1  s1’0P  Do  sTART  冲刷单元  溢 出控制  UART帧  第 9位有效  校验有效  UART  停止位 电平  UART开  第 9位 内容  停止位数  始位 电  置位立即停 O:溢出控制无效  当校验有效时  O 止当前操作  1 :溢出控制有效  O1::奇偶校校验验   :传送 8位  1:传送 9位  O:无效  1:有效  0:1位停止位  O:低电平  O:低电平  1:2位停止位  1:高电平  1:高电平  UxUCR控制 字格式 如表 1所示 。用 这两 个寄存 器 可  完成 USART的基本 设 置 .如 :  SET UOCSR.MODE  :选 择 USART0为 UART模 式  SET UOCSR.RE  :允 许 USART0接 收数 据  MOV UOUCR,#1FH ;设 置 UART的 帧格 式 。此 格 式 为  奇 偶 校 验 有 效 ,一 帧 为 9位 ,第 9位 为 偶 校 验 ,停 止 住 为 高 电  平 。且 接 收 器校 验 两 位 停 止 位 ,开 始 位 为 高 电平 。  值得注 意 的是 ,CC2430串 口波特 率 的设 置与一  般 8051不 同 .因为其 内部 集成 了一 个波 特 率 发生  器 .因此 . 不需 要 使 用 定 时 器 而 只 需设 置 相关 的  SFR 寄 存 器 UxBAUD.BAUD—M 【7:0] 和 UxGCR.  BAUD[4:0].便 可 得 到 系统 要 求 的波 特 率 ,其 关 系式  如 下 :  B  e=  × F  CLR P1FG  :清 空 P1 1: 7的 中断 标 志  MOV P2SEL #00H  :设 置 USART0为 优 先  同样 .对 DMA 和 Radio的操 作也 有 这样 功 能  全面 的 SFR寄存 器 。对 CC2430进行 程序设 计 ,其 实  就是对 其 SRF寄存 器 的认识 和 运用 过程 ,篇 幅所 限  这里不 一一 赘述 。  5 系统抗干扰  由于 系 统 所 处 环 境 有 较 强 的 电 磁 场 干 扰 ,因  此需 要 进行 电磁 屏蔽 。具 体 方 法 为 :将 模 块 置于 一  个铝 质 外 壳 中 。外壳 通 过 RS232接 口与上 位 机 外  壳连 接 .实现 接地 。铝 质外 壳 相 当于 一个 空 心 的导  体 .置 于 电 场 中 ,电力 线 终 止 于 导 体 表 面 ,从 而 有  屏蔽 电场 的作 用 。铝 质外 壳 也 相 当于 一个 屏 蔽 罩 ,  在 高频 磁 场 的作 用 下 产 生 涡 流 ,而 涡 流 的磁 场 与  原磁 场方 向相 反 ,从 而 可屏 蔽 高频 磁 场 。  其 中 .F为 系统 时钟频 率 。若 F为 32 MHz,执行  下列语 句 .得 到 9600 b,s的 串 口波 特率 :  MOV UOGC凡 棚 8H  MOV UOBAUD.#3BH :设 置 波 特 率 为 9600 b/s  实 际 上 对 USART的 操 作 还 包 含 对 其 所 连 接  的 I/O 口的 设 置 。设 置 I/O应 与 硬 件 密 切 结 合 ,  如 :  MOV P1SEL’#30H ;选 择 P1.5,P1.4为 外 部 功 能 1:7  MOV P1DI  #20H ;选择 P1.5为 输 出 口,P1.4为 输 入 口  6  结束 语  本 文 所 提及 的无 线 模 块 虽 然 是 针 对 水 阻 试 验  系统 中 的数 据 采 集 部 分 进 行 改造 的 ,但 是 由于 与  上位 机 的连 接 采 用 RS232,所 以此无 线 模 块 也 可应  用 于一 般 的带 RS232串 口 的数 据 采 集 系统 。  参考 文献:  【1]Chipcon AS.CC2430 Data Sheet[DB/OL].http://www.  chipcon.com/f iles/CC2430一Data—Sheet—rev2po.pdf.  2005.  维普资讯 http://www.cqvip.com 50—.  —. 《国外电子元器件>2007年第4期  2007年 4月  ●新 特 器 件 应 用   AX88180在嵌入 式 系统 中的应 用  李 莉 ,赵 小朴  (1.浪潮集 团,山东 济南 250014;2.山东大学 鲁能信息科技 有限公 司,山 lL济南 250100)  摘 要 :AX88180是 一 款 高性 能低成 本 的 Non—PCI千兆 以太 网控 制 器 ,适 用 于 多种 需要 高速 接入 网  络 的嵌入 式 系统 ,如 消费 电子 和 家庭 网络等 。AX88180内置 10/100/1000 Mb/s以太 网媒 体存取 控  制 器(MAC),符合 IEEE 802.3/IEEE 802.3u/IEEE 802.3ab协议 ,可与一般 16/32位 微控 制 器连 接 ,其  操作 与 SRAM 相 同。介 绍 了 AX88180的原 理与特 性 ,并给 出了具 体的 应 用电路 。  关  键 词 :AX88180; 以太 网; 嵌 入 式 系统 ; 千 兆  中图分 类号 :TP393:TP21 l+.5  文 献标识 码 :B  文章编 号 :1006—6977(2007)04—0050—03  AppHcaf ion of Ethernet controller AX88180 in em bedded system s  U  Li .ZHAO Xiao-pu  {1.1nspur Group.Jinan 250014,China,.2,ShandaLunengInformation Technology Co.,Ltd,Jinan 250100,China)  Abstract:The AX881 80 iS a high performance and cost—efective Non—PCI Gigabit Ethernet controller  for various embedded systems including consumer elect ronics a n d home network markets that require a  high bandwidth of net w ork connectivity.T h e AX88 1 80 supports 1 6/32一bit SRAM —like host interface  a n d Gigabit Ethernet MAC,which iS IEEE802.3 10Base—T,IEEES02.3u 100Base—T,a n d IEEE802.3ab  1 000Base-T compatible.T h e principle & application of AX88 1 80 a re int roduced,and the application  circuit is given.  Key words:AX88 1 80; Ethernet; embedded systems; gigabit  1 概 述  2 内部结构  AX88180是 台湾 ASIX公 司推 出 的一 款高 性 能  低成 本 的 Non—PCI千 兆以 太 网控 制器 ,符 合 IEEE  802.3/IEEE 802.3u/IEEE 802.3ab协 议 ,适 用 于 多 种  需要 高 速接 入 网络 的嵌 入 式 系统 ,在 串流媒 体 、多  媒体 网络 、高 频 宽 传输 等领 域 有 广 泛 的应 用 ,如 影  音 内容分发 、IP机顶 盒 、数字 录放 机 、DVD 录放机 、  高清 晰 电视 、数 字媒 体转 接器 、家用 网关 以及 IP电  视等 。  AX88180内置 10/100/1O0o Mb/s以太 网媒体 存  取控 制器(MAC),与 PHY之间采用 RGMII接 口;内  置 主机接 口控 制器 ,可 以与 16/32位 主机 方便 连接 ,  寻 址方 式 与 Sm M 相 同 ;内置 40 KB Sm M 网络 封  包缓 存器 ,其 中 32 KB用 于 从 PHY接 收数 据 包 ,8  KB用 于主 机发送 数 据包 到 PHY,可 以用 高 效方 式  进 行 封包 的存 储 、检 索 与 修 改 ;内置 256字 节 的 配  置寄 存器 ,用 于主 机控 制 和参 数设 置 ;内置 EEP.  [2] ̄51汉才.单 片机 原理 及接 口技 术[M】.北 京:清 华 大  学 出版社 ,2003.  [3】隗永安 .现代 通信 原理[M】.成都 :西 南交通 大 学 出  版 社 .2000.  [4】王 秀梅,刘乃安.利 用 2.4 GHz射频 芯 片 CC2420  实现 ZigBee无 线通信 设计 [J1.国外 电子元 器件。  2005(3):59-62.  收稿 日期:2006—1 1—28  咨 询编 号:070413 

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