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基于CC2480的ZigBee无线通信终端设计.pdf

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基于CC2480的ZigBee无线通信终端设计.pdf

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维普资讯 http://www.cqvip.com 基 于 CC2480的 Z igBee无线通信 终端设计  一 武 汉 工 程 大学  赵 振 华   朱 瑛 晖   关键词  射 频 ZigBee  IEEE802.15.4  PIC16F690  CC2480  引  言  随 着 工业 自动 化 的飞 速 发展 ,对 无 线 通 信 和数 据 传 输  的功 耗 、距 离 、容 量 等 提 出 了新 的 要 求 。ZigBee射 频 通 信  技 术 以 IEEE 802.15.4标 准 为 基 础 ,工 作 于 无 需 注 册 的  2.4 GHz ISM 频 段 ,传 输 速 率 为 10~ 250 kb/s,传 输 距 离  可 达 10~ 75 ITI。ZigBee以 省 电 、可 靠 、低 成 本 、大 容 量 等  诸 多优 势 ,在 无 线 通 信 领域 得 到 了广 泛 的应 用 。  CC2480是 TI公 司 最 新 推 出 的 基 于 2.4 GHz ZigBee  技 术论 证 的 Z—Accel系 列 首 款 产 品 ,其 内 部 集 成 了 完 整  的 IEEE 802.15.4 ZigBee功 能 ,可 在 内 部 运 行 Z—Stack  软 件 中 的 ZigBee一2006协 议 栈 ,用 户 无 需 全 面 了 解 繁 琐  的 ZigBee协议 栈 便 可 进 行 产 品 开 发 工 作 。CC2480广 泛  适用 于 各 种 环 境 下 的 ZigBee无 线 网络 系 统 ,如 家 庭 与 楼  宇 自动 化 、工 业 监控 、资 产 跟 踪 、低 功 耗 无 线 传 感 器 网 络 、  机顶 盒 、远 程 控 制 、自动 读 表 以 及 医疗 应 用 等 。  1  002480介 绍 [卜 ]  在 CC2480的 内部 整 合 了 ZigBee射 频 前 端 和 内存 ,片  内具 有 128 KB Flash、8 KB SRAM 、2路 12位 的 ADC、4  个 软件 计 时器 、复 位 电 路 、SPI和 UART 通 信 端 El等 硬 件  资 源 。CC2480采 用 CMOS工 艺 ,工 作 电 流 仅 为 27 mA。  当系统 处 于 空 闲时 ,CC2480能 自动进 入 休 眠状 态 (工 作 电  流小 于 0.5  A),并 能 实 现休 眠 与 主 动模 式 的 超 短 时 间 转  换 ,特 别 适 合 对 功耗 和 电池 寿命 要 求 严 格 的应 用 场 合 。  CC2480采 用 7 ITlm×7 mm QI P封 装 ,共 有 48个 引  脚 。可 分 为 I/O端 El线 引 脚 、电源 线 引 脚 和 控 制 线 引脚 3  类 。其 中主 要 的 i/o 端 El线 有 14条 ,具体 功能 如 下 :  GPIO3~GPIO0 为通 用 I/(=)端 口线 ,控 制 器 可 通 过  CC2480对 它 们 进 行 读 、置 位 、清 零 等 操 作 。  CFG0 使 用 32 kHz晶 振 选 择 位 ,默 认 值 为 1(使 用  32 kHz晶 振 )。  CFG1  SPI或 UART 通 信 方 式 选 择 位 ,默 认 值 为 1  (使 用 SPI通信 方 式 )。  SO/RX  SPI方 式 下 的数 据 输 出 口或 UART 方 式 下  的数 据 发 送 口 。  SI/TX  SPI方 式 下 的 数 据 输 入 口或 UART 方 式 下  的数 据 接 收 口 。  SS/CT  SPI方 式 下 的 从 动 方 式 选 择 端 或 UART 方  式 下 的发 送 完 毕信 号 端 。  c/RT  SPI方 式 下 的 时 钟 输 入 端 或 UART 方 式 下  的准 备 就 绪 信 号端 。  A0、A1  ADC数 摸 转 换 器 的 2个 输 入 端 口。  SRDY  SPI方 式 下 ,CC2480有 数 据 发 送 或 准 备 好 接  收 数 据 时 ,SRDY 被 置 低 。  MRDY  SPI方 式 下 的 主 控 就 绪 ,当 主控 制 器 有 数 据  发 送 或 准 备 好接 收 数 据 时 ,MRDY 被 置低 。  CC2480只需 要 很少 的外 围部 件 配 合 就 能 实现 信 号 的  收 发 功 能 。图 1所 示 为 CC248O的一 种 典 型 应 用 电路 。  天线 部 分 使 用 了 非 平衡 变 压 器 ,以 提 高 天线 的 性 能 指  标 。非 平 衡 变 压 器 由电 容 C1和 电感 L1、I 2、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 为 5OQ 的要 求 。 内部 T/R 交换 电路 完 成 LNA 和 PA  之 间 的变 换 。Rl和 R2为 偏 置 电 阻 ,主 要 用 来 为 片上 系  统 和 RF部 分 提 供 合适 的工 作 电 流 。32 MHz的 时 钟 电路  由 32 MHz的 石 英 谐 振 器 XTAI 1和 电容 C2、C3构 成 。  同样 ,32.768 kHz振 荡 电路 由 32.768 kHz的 石 英 谐 振 器  XTAL2和 电容 C4、C5构成 。C6和 C7电容 是 去耦 合 电容 ,  42  《牟 机 蠢入式彖诧应用》  adv@mesnet.cor n.cn(广告专用)    维普资讯 http://www.cqvip.com |  |  |  2.2  PIC16F690与 002480的硬 件 连 接  控 制 器 PIC16F690与 CC2480的 硬 件 连 接 如  图 3所 示 ,CC2480的 通 信 终 端 设 计 只 需 配 以 少 量  的 外 部 元 件 ,便 可 PIC16F690  CC2480  实 现 CC2480 的  ZigBee通 信 功 能 。  在 硬 件 连 接 图 中 ,  PIC16F690 的 RA0、  RA1用 来 对 CC248O  RAO  CFGo  RA l  CFGl  RC0  RESET N  RA2  SRDY  R C l  M RDY  RSDA04   RC7 : SSIS厂/CrXT   SDI/SDA 一RB4 一 S0  SCI SCK 一RB6 一 C/RT  的 32 kHz晶 振 和  图 3  PIO16F690与 CC2480的  SPIN 信方式 进 行选  硬 件 连 接  择 。RA2与 SRDY  相 连 ,用来 接 收 CC2480的 中断 和 SPI通 信 时 的 时  序 信 号 。 RC1 与 MRDY 相 连 ,用 来 发 送  PIC16F690在 SPI通 信 的 时 序 信 号 。RA4用 来 对  CC2480的 SPI从 动 通 信 方 式 进 行 选 择  RC7、  RB4、RB6是 PIC16F690的 SPI通 信 端 口,它 们 对  应 地 与 CC2480的 通信 端 口相 连 ,从 而 实 现 两 机 之  间 的 SPI通 信 。  2.3  002480通 信 终 端 的软 件 设 计  图 1  002480典 型 应 用 电 路  在 ZigBee无 线 通 信 中 ,CC2480处 理 所 有 时 序  以提 高 电路 工 作 的 稳 定 性 。  关 键 型 与 处 理 密 集 型 ZigBee 协 议 任 务 ,而  2 基 于 02480的 通 信 终 端 设 计  2.1  PIC16F690单 片 机 介 绍  Microchip公 司 的 PICI6F690是 采 用 纳 瓦 技 术 生 产 的  内 嵌 CM OS 闪 存 的 8位 单 片 机 ,内 部 集 成 有 2个 模 拟 比  较 器 、2个 软 件 定 时 器 、12通 道 的 1O位 A/D 转 换 器 和 增  强 型 PW M+模 块 ,接 口电路 支 持 UART、SPI、I。C 等 通 信  模 式 ,丰 富 的 硬 件 资 源 可 以 满 足 大 多 数 的 应 用 场 合  。  PIC16F690控 制 器 处 理 实 际 应 用 。 它 们 之 间 的 配 合 运 行  靠 软 件 协 议 接 口 实 现 ,掌 握 了 软 件 协 议 接 口 即 可 进 行  CC2480的应 用 设 计 。  CC2480的软 件 接 口分 为 5个 模 块 ,分 别 是 :SYS接  口 、配 置 接 口 、简 单 API接 口 、AF(Application Frame—  work)接 口和 ZDO(ZigBee Device Objects)接 口 。  SYS接 口允 许 主 控 制 器 对 CC2480进 行 简 单 的 软 硬  件 配 置 ,如 ADC数 模 转 换 器 、GPIO 引 脚 、非 易 失 存 储 器 、  PIC16F690的 省 电 休 眠 模 式 可 进 入 低 功 耗 状 态 ,当 机 器  软 件 计 时 器 等 。  时 钟 为 4 MHz、工 作 电 源 为 5.5 V 时 ,其 工 作 电 流 小 于 1  配 置 接 口用 于 主 控 制 器 对 CC248O的 各 种 参 量 进 行  mA,可 以满 足 CC248o用 于 无 线 通 信 终 端 时 的 低 功 耗 要  求 。SPI通 信 模 式 可 使 其 方 便 地 与 CC2480进 行 数 据 传  输 。另 外 ,PIC16F690采 用 2O个 引 脚 的 PDIP封 装 ,I/0  口线 既 能 满 足 与 CC248O  配 置 。  简单 API接 口是 一个 简 单 的 ZigBee协 议 接 口 。通 过  它 用 户 可 以 快 速 地 建 立 简 单 的 ZigBee网 络 ,实 现 组 网 及  数 据 、信 息 的 传输 。  通 信 、控 制 的需 要 ,又 兼 具  AF接 口为用 户 提供 完 整 的 ZigBee应 用 ,它 允 许 主 控  体 积小 、价 格 低 、可 在 线 调  试 的 特 点 。 图 2 是 由  PIC16F690 和 CC2480 组  成 的通 信 终 端 框 图 。  图 2 通信终端的组成框图  制 器 记 录 CC2480的 应 用 功 能 ,并 提 供 数 据 的收 发 。  ZDO接 口提供 多样 的 ZigBee管理 功 能 ,如 设 备 、服 务  的检 测 。  实 现 前 3个 接 口 的 正 确 配 置 便 可 以 使 CC2480正 常  …  r m… … …  rj 撞喜田、  … … …l1…  ~k 』J  ~…   4 3  维普资讯 http://www.cqvip.com 腿  垂 至委委  .  生  工 作 。CC2480的 软 件 配 置 过 程 可 分 为 3个 步 骤 :首先 ,  SSPSTA T 一 0X40:  CC2480和 控 制 器 同 时 上 电 ,控 制 器 开 始 对 CC2480的 晶  振 、SP1 UART通 信 方 式 进 行 选 择 ,并 初 始 化 SPI/UART  IN TC()N 一 0x00:  P()RT Abit.RA 2一 l;  , ,/RESE一 N 置 高  一 通 信 接 口;然 后 ,按 照 实 际需 要 通 过  命 令 字 对 CC248o进 行 相 关 配置 ;最  CC2480  上 电 初 始 化  后 .控 制 器 自动 登记 CC2480的各 种  应 用 ,在 ZigBee.堆 栈 成 功 运 行 后 ,  CC2480便 可 融 人 ZigBee网 络 正 常  +  控 制 器对  CC2480进行   配 置  ●  工 作 。初 始 化 流程 如 图 4所 示 。  限于 篇 幅 ,本 文 仅 给 出 主 控 制  f控制器 登记  Icc248O的应用  +  器 和 CC2480上 电 初 始 化 部 分 的 程  序 。在 主 控 制 器 和 CC2480上 电 及  I CC'2480运行  『ZigBee堆栈  +  SPI初 始 化 完 毕后 ,主控 制 器 需 要 向  CC2480进 入 网  f络并开始工作  CC2480写 一 个 RESET—REQ 复 位  控 制 命 令 ,要求 CC2480复 位 。  # define uchar unsigned char  图 4  C02480初 始   化 流 程  bit CC2480 Initial(void){  一 SPI Initial();  — TR ISC.RCl一 0:  //M RDY 嚣 低   Delay();  if(T R1SA.RA2=  = O)  //等 待 SRDY 置 低  SPI O ut(uchar  * RESET — REQ,uchar sizeof(RESET 一  — REQ));  else return 0;  Delay();  if(T RISA.RA2=  1){ //SRI)Y 置 高 .CC2480接收 完 毕  TRISC.RC1  I;  return 1:  # define uint unsigned int  uchar RESET REQ[4]一[OxOl,0x41,0x00,OxO0];  — / 主 控 制 器要 求 CC2 480复 位 的 命令 宁  else return 0;  )  void Delay(void) {  uint j;  结  语 .  for(j— l5532;j> O;j一 );  }  void SPI ()ut(uchar * RESE'I’ REQ,uchar sizeof(RESET—  一 一 REQ)){  uchar i.1en;  len— sizeof(RESET REQ)一l;  — for(i一 0;i-Qlen;i+ + ) {  data—table[i];  本 文在 介 绍 CC2480芯 片 的 基 础 上 .没 计 了 以 其 为核  心 的 ZigBee无 线 通信 终 端 。侄 应 用 中 。CC2480处  所 有  时序 关 键 型 和 处 理 密集 型 ZigBee协 议 任 务 。而将 MCU 控  制器 的资 源 占 用 空 间 释 放 出 来 用 于 满 足 其 他 应 用 要 求 。  它 支 持 Simple API.只 需 掌 握 1O个 API调 川 ,为 开 发 尢 接  口、紧凑 、高 性 能 和 可靠 的 无 线 网 络产 品提 供 了便 利 ,卡H信  将 在 众 多 领 域 中得 到广 泛 应 用 。●E  SSPBU F— data;  do{;)while(SSPIF一 一 0);  SSPIF一 0;  参 考 文献  l  T1 Inc.CC2480 Data Sheet[EB,/()I ]. ̄2008—06一lo]l1卜  tp:,"/focus.ti.COII1.cn/cn  t/ds/syH1Iink/cc2480a1.pdf.  }  2 T1 Ine.CC2480 Interface specmcat1on[EB/()I ].[eoos一06  10]  void SPI Initial(void) {  — TRISA一 0x00;  //Pie16F690的 A 日 位 输 出  P()RTAbit.RA2— 0; /,/RESET N 置 低   — P0RTAbit.RA0— 1;//选择 32 kHz晶振  P()RTAbit.RA1一 l;/'/选 择 SPI模 式  POR'I Abit.R A4— 1:  http://focus.ti.corn.cn/cn/lit/er/swral75a/swra175a.pdf.  [3]Microehip Technology Inc.PIc16F685/687//689/690数据 手  册 .[EB/OI  .[2008—06— 10  http://www.microchip.  com/downloads/en/DeviceDoc/,1  62d—cn.pdf.  [4]刘 和 平 ,刘 钊 ,郑 群 英 ,等 .PIC18FXXX  片 机 程 序 没 汁 及  应 用 [M].北 京 :北 京 航 空航 天 大 学 出 版社 ,2005.  TRISB一 0x10;  T RISC 一 0x01:  PIR 1— 0:  SSPC()N l一 0x35;  //主 机 SPI初 始 化  赵振 华 (剐 教 授 ),主要 从 事 智 能 仪 器设 计 与 嵌 入 式 系统 的 研 究 与 教  学 ;朱 瑛珲 (硕 士 研 究 生 ),研 究 方 向为 智 能仪 器 设 计 与 嵌入 式 系统  (收 稿 日 期 :2008—07—02)  44  《牛I亨机与嵌入式糸证‘应甩》  adv@mesne!COFIt.cn(』‘告专用) 

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