【正文】 ....................................................... 27 參考文獻 ................................................................. 28 附錄 ..................................................................... 29 致謝 ..................................................................... 35 基于 CC2530 的無線數(shù)據(jù)傳輸 模塊 的設(shè)計 1 1 引言 隨著微電子技術(shù)的不斷進步極大地推動了計算機和通信設(shè)備的普及迅猛發(fā)展， PC機、掌上（平板）電腦、智能手機、移動電話、無繩電話等進入了人們?nèi)粘：凸ぷ髦?，成為了人們生活中不可缺少的一部分。例如布線麻煩、線路故障難以檢查等漸漸阻礙了有線網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。因此，一些典型的無線應(yīng)用產(chǎn)品順勢而生。 設(shè)計的背景及意義 近年來，隨著我國計算機和通信網(wǎng)絡(luò)的普及，無線信息傳輸功能已經(jīng)成為人們?nèi)粘Ｉ詈凸ぷ髦胁豢扇鄙俚囊徊糠帧Ｄ壳?，?Intended 網(wǎng)信息傳送方面主要有電信、網(wǎng)通、鐵通等有線信息傳輸；在移動終端數(shù)據(jù)傳送方面有中國移動、中國聯(lián)通、中國電信以及短距離的 Wifi、遙控器、 長距離的 3G 網(wǎng)絡(luò)、 4G 網(wǎng)絡(luò)等；但大多數(shù)這些設(shè)備和使用終端間的信息傳送都是依靠有線網(wǎng)絡(luò)進行的。例如布線麻煩、線路故障難以檢查、設(shè)備重新布局就要重新布線、不能隨意移動等這些有線網(wǎng)絡(luò)先天帶有的缺憾卻愈發(fā)地突出，漸漸阻礙了有線網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。因此，一些典型的無線應(yīng)用 產(chǎn)品順勢而生。 因此采用先進集成芯片研制開發(fā)一種多模塊、數(shù)據(jù)收發(fā)于一體的無線數(shù)據(jù)傳輸，不僅能滿足當(dāng)前移動終端信息交流發(fā)展的需求，集中實現(xiàn)各項功能，還能較大地簡化電路，在提高設(shè)備的整體抗干擾能力的同時也提高設(shè)備的性價比。 基于 CC2530 的無線數(shù)據(jù)傳輸 模塊 的設(shè)計 2 無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 隨著我國經(jīng)濟水平的逐漸提高 ， 無線通信技術(shù)在人們生活中的應(yīng)用越來越普遍 ， 無線通信技術(shù)的廣泛應(yīng)用 ， 不僅便捷了人們生活中的溝通 ， 而且也促進了通信技術(shù)的逐步更新。隨著科學(xué)技術(shù)水平的逐步提高 ，無線通信技術(shù)也在不斷地更新 ， 與以往的通信技術(shù)相比 ， 無論在技術(shù)水平還是應(yīng)用方式上 , 現(xiàn)代無線通信技術(shù)都有了新的轉(zhuǎn)變與突破。 （ 2） 50 年代到 60 年代為通信技術(shù)的第二階段 ， 此時 ， 通信設(shè)備器件已被應(yīng)用于移動環(huán)境的專用 系統(tǒng)中 ， 并實現(xiàn)了從半導(dǎo)體器件技術(shù) 的過度 ， 這在無形中解決了通信技術(shù)中安裝公用電話網(wǎng)的問題 ， 同時實現(xiàn)了公用電話與移動電話的持續(xù)性 。 （ 4） 80 年代到 90 年代為通信技術(shù)的第四階 ， 此時 ， 在通信領(lǐng)域中 ， 繼第一代數(shù)字移動通信興起后 ， 出現(xiàn)了第二代的數(shù)字移動通信 ， 這些都在無形中促進了各類電信系統(tǒng)的正常運行。 二、現(xiàn)代通信技術(shù)的發(fā)展前景 實現(xiàn)未來無線網(wǎng)絡(luò)趨勢 的融合體根據(jù)目前無線通信的發(fā)展現(xiàn)狀，不同接入網(wǎng)為了滿足不同應(yīng)用場合的需要 ， 而移動通信網(wǎng)與不同范圍存在著一定的互補性 ， 由此可見 ， LTE技術(shù)將成為無線通信技術(shù)的主導(dǎo) ， 而促使通信技術(shù)與計算機的融合體 ， 這樣 ， 不僅提高了網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的檢測 ， 同時也在一定程度上了減少了不同用戶間通信的干涉 。由于不同通信技術(shù)的接入方式不同 ， 因此 ， 不同通信技術(shù)在使用范圍、覆蓋面、接入速度等方面都存在著一定的差異性 ， 例如 ， WLAN 所解決的是距離中數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯栴} ， 3G 是為了實現(xiàn)移動漫游中的 需要 。由于不同行業(yè)對無線通信技術(shù)的需要不基于 CC2530 的無線數(shù)據(jù)傳輸 模塊 的設(shè)計 3 同 。 無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)設(shè)計的必要性 隨著無線通信技術(shù)的逐步完善 ， 主要是為了滿足個體信息化發(fā)展的需要 ， 無論是在智能手機、還是無線電腦都得到了廣泛的使用 ， 這在 無形中推動了無線通信技術(shù)的快速發(fā)展 ， 同時也增加了用戶對無線通信技術(shù)的服務(wù)要求 ， 可見 ， 現(xiàn)代無線通信技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)勢在必行。無線網(wǎng)絡(luò)自誕生以來就被認(rèn)為是為用戶提供前所未有的靈活性、便利性以及顯著提高工作效率，在減少工作壓力、改善生活水平，乃至提高企業(yè)用戶社會地位方面具有得天獨厚的優(yōu)勢。 甚至有很多的企業(yè)是在租用寫字樓的辦公室，考慮到建設(shè)傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的繁瑣和成本問題，也希望可以通過無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實現(xiàn)他們的目的。隨著無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，以及各種無線安全協(xié)議的成功商用，使得越來越多的企業(yè)可以接受無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)部署在自己的辦公環(huán)境中，并且隨著無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與傳統(tǒng)有線網(wǎng)絡(luò)的無縫融合，使得已有有線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的企業(yè)也希望通過無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對企業(yè)做一定的延伸和 擴展。無線傳輸速率較慢，一般容易受到干擾，功率受限。而且，由于無線傳輸介質(zhì)脆弱不足，導(dǎo)致了它除了具有有線數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟话踩蛩赝?，還容易遭受竊聽和干擾、冒充、欺騙等形式的攻擊，安全性問題一直是無線數(shù)據(jù)傳輸迫切需要解決的問題。 （ 3） 結(jié)構(gòu)簡單節(jié)省投資：無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)南到y(tǒng)構(gòu)成主要有點對點型、點對多點型和完全分布型三種形式。它們都有結(jié)構(gòu)組成和用戶設(shè)備簡單的特點，而且點對多點型無線數(shù)據(jù)傳送更可以與微蜂窩技術(shù)結(jié)合。 安裝簡單快捷，基于 CC2530 的無線數(shù)據(jù)傳輸 模塊 的設(shè)計 4 一般只要安裝一個或多個接入點設(shè)備，就可建立覆蓋整個建筑或地區(qū)的局域數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，在這個信號 覆蓋區(qū)域內(nèi)，任何一個位置都可以接入此系統(tǒng)，用戶使用極為方便。 2 總體設(shè)計 基于 CC2530的無線數(shù)據(jù)傳輸模塊的功能 分析 基于 CC2530 的無線數(shù)據(jù)傳輸模塊應(yīng)以發(fā)送數(shù)據(jù)、接收收據(jù)、處理數(shù)據(jù)為主，實現(xiàn)信息的 A/D 轉(zhuǎn)換及收發(fā)。 利用微機原理及接口技術(shù)，實現(xiàn)先進、可靠、集成、低功率的無線數(shù)據(jù)傳輸模塊 ，以全站信息數(shù)字化、通信平臺網(wǎng)絡(luò)化、信息共享標(biāo)準(zhǔn)化為基本要求，自動完成信息 收 集、A/D 轉(zhuǎn)換、發(fā)送、接收、處理等基本功能，并可根據(jù)需要支持實現(xiàn)無線區(qū)域覆蓋、協(xié)同互動等高級功能，實現(xiàn)與相鄰無線發(fā)射點互動的無線傳送模塊。 無線傳輸模塊 整體設(shè)計思想 模塊設(shè)計重點研究的、關(guān)鍵的問題是以 CC2530 芯片為核心模塊，設(shè)計了一個可以完成多功能采集，傳輸?shù)?模塊 ，整合市場現(xiàn)有的無線傳輸設(shè)備（主要是基 于 ZSTACK協(xié)議棧自動組網(wǎng)的系統(tǒng)）。 無線數(shù)據(jù)傳輸模塊設(shè)計應(yīng)遵循的主要原則： （ 1） 安全性原則：充分評估各種新技術(shù)、新設(shè)備的應(yīng)用風(fēng)險，有計劃、有步驟、采取由低端的 CC2530 開發(fā)板到多功能接口的無線數(shù)據(jù)傳輸開發(fā)板，逐步試點推廣應(yīng)用的風(fēng)險控制措施，穩(wěn)步推動 CC2530 無線數(shù)據(jù)傳輸模塊的不斷更新，以保障數(shù)據(jù)能安全穩(wěn)定、精確高效地傳輸。 （ 3） 實用性原則：充分注重系統(tǒng)的優(yōu)化和整合，力求實現(xiàn)技術(shù)、經(jīng)濟、需求三方面的平衡性與合理性。 無線傳輸模塊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方框圖如圖 1 所示 。 CC2530是 ZigBee網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)?其中 一個 核心芯片 。 CC2530 結(jié)合了領(lǐng)先的 RF 收發(fā)器的優(yōu)良性能，業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的增強型 8051CPU，系統(tǒng)內(nèi)可編程閃存，8KB RAM 和許多其他強大的功能。 CC2530芯片工作時 具有不同的運行模式，使得它適應(yīng)超低功耗要求的系統(tǒng)。 模塊外圍可以安裝傳感器模塊，采集溫度、濕度、高度 、 網(wǎng)口等數(shù)據(jù) 傳輸模塊 。那么 CC2530所接收的信號不全是模擬信號，還可以接受其他無線設(shè)備所發(fā)送的 數(shù)字信號。在數(shù)據(jù)傳輸?shù)?同時 ， 由 LED燈亮燈滅等去辨別模塊工作的正常性， LED燈出現(xiàn)正常的閃爍，其模塊工作正常。其次，還設(shè) 置了仿真跳線電路和 PC串口電路 等 。從而實現(xiàn)模擬數(shù)據(jù) A/D 轉(zhuǎn)換、發(fā)送數(shù)據(jù)、兩個或多個無線模塊建立簡單的無線連接和數(shù)據(jù)交換為一體的功能。采集的數(shù)據(jù)大多是瞬時值，也可是某段時間內(nèi)的一個特征值。數(shù)據(jù)量測方法有接觸式和非接觸式，檢測元件多種多樣。由于采集數(shù)據(jù)的實際對象往往都是一些模擬量 ， 根據(jù)無線傳輸局限性的需要，必須首先將這些模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，在無線傳輸中，處理這些信號，更容易、安全、可靠。數(shù)據(jù)包發(fā)送前首先要對數(shù)據(jù)包的格式進行配置，數(shù)據(jù)包的格式化配置主要包含對前導(dǎo)字節(jié)、同步詞匯、數(shù)據(jù)包長度和 CRC 校驗等信息的設(shè)置。 CC2530 芯片具有地址配對的功能，只 需要在寫入程序時，設(shè)置配對終端的地址即可。此功能多用于現(xiàn)代的無線網(wǎng)絡(luò)，例如 Wifi，藍牙，這些短距離數(shù)據(jù)傳輸場合。它可以發(fā)送采集模塊所采集到的任何數(shù)據(jù)和無線接收到的任何信息 ，也可將它所獲得的信息和數(shù)據(jù)傳送到移動終端或下多個基本服務(wù)終端。 CC2530 芯片 有四種不同的閃存版本：分別具有 32/64/128/256KB 的閃存。運行模式之間的轉(zhuǎn)換時間短進一步確保了低能源消耗。 那么 CC2530 芯片的實物如圖 2 所示 。 圖 3 CC2530 引腳圖 CC2530 是集合型芯片，所以其本身就有 40 個引腳。 CC2530 芯片功能介紹 CC2530 結(jié)合了領(lǐng)先的 RF 收發(fā)器的優(yōu)良性能，業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的增強型 8051CPU，系統(tǒng)內(nèi)可編程閃存， 8KBRAM 和許多其他強大的功能。 （ 2） 具有低功耗優(yōu)點：主動模式 RX（ 24 mA）；主動模式 TX 在 1dBm（ CPU 空閑） 29mA；供電模式 1（ 2 mA）；供電模式 21 μA；供電模式 3（外部中斷） μA；寬電源電壓范圍（ 2 V– V） 。 （ 4） 外設(shè)部分：強大的 5 通道 DMA； IEEE MAC 定時器，通用定時器（一個 16 位定時器，一個 8 位定時器）； IR 發(fā)生電路；具有捕獲功能的 32kHz 睡眠定時器；硬件支持 CSMA/CA；支持精確的數(shù)字化 RSSI/LQI；電池監(jiān)視器和溫度傳感器；具有 8 路輸入和可配置分辨率的 12 位 ADC； AES 安全協(xié)處 理器； 2 個支持多種串行通信協(xié)議的強大 USART； 21 個通用 I/O 引腳（ 194 mA， 220 mA）；看門狗定時器。 （ 1） CPU 和內(nèi)存： CC253x芯片系列中使用的 8051CPU內(nèi)核是一個單周期的 8051兼容內(nèi)核。 （ 3） I/O控制器：負責(zé)所有通用 I/O引腳。 （ 5） 定時器 1：是一個 16位定時器，具有定時器 PWM功能。 （ 7） 定時器 3和定時器 4： 是 8位定時器，具有定時器 /計數(shù)器 /PWM功能。 （ 9） 看門狗：一個內(nèi)置的看門狗，允許 CC2530在固件掛起的情況下復(fù)位自 身。 （ 1）無線設(shè)備 CC2530 具有一個 IEEE 兼容無線收發(fā)器。另基于 CC2530 的無線數(shù)據(jù)傳輸 模塊 的設(shè)計 9 外，它提供了 MCU 和無線設(shè)備之間的一個接口，這使得可以發(fā)出命令，讀取狀態(tài)，自動操作和確定無線設(shè)備事件的順序。 （ 2）運行條件 CC2530 在 良好 的環(huán)境中 運行 才 能達到最好的效果 ， 其環(huán)境參數(shù)如表 1。為了得到可靠的穩(wěn)定電壓，此處選用美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的三端可調(diào)正穩(wěn)壓器集成 DCDC 變換器 LM317，它的輸入電壓范圍是 至 37V， 負載電流最大為 。此外它的線性調(diào)整率和負載調(diào)整率也比標(biāo)準(zhǔn)的固定穩(wěn)壓器好。另外在用的時候要注意功耗問題和散熱問題。 圖 4 24V 轉(zhuǎn)換電路 LM317 輸出電壓 計算 方法 如 公式（ 1） ： 2dj12 )1( RIRRV AVO ??? （ 1） 因為 djAI 控制在小于 l00uA，這一項的誤差在多數(shù)應(yīng)用中可忽略。那么 和 基于 CC2530 的無線數(shù)據(jù)傳輸 模塊 的設(shè)計 10 的轉(zhuǎn)換電壓也要利用芯片，在這里選用 AS1117 芯片。 AS1117 除了能提供多種固定電壓版本外，還提供可調(diào)端輸出版本，該版本能提供的輸出電壓范圍為。 5V轉(zhuǎn) 1． 8V 和 3． 3V 電源電路，如圖 5所示。對于脈動直流電中的交流成分，旁路電容 C 相當(dāng)于短路，交流量經(jīng)過電容，而不經(jīng)過負載，負載被電容短路。濾波電路如圖 6 所示。根據(jù) CC2530 的最高工作頻率及 PLL 電路的工作方式，選擇 25MHz 的無源晶體振蕩器，其頻率經(jīng)過微基于 CC2530 的無線數(shù)據(jù)傳輸 模塊 的設(shè)計 11 處理器內(nèi)部 PLL 電路倍頻后，最高可達 96MHz。內(nèi)部 PLL 電路兼有頻率放大和信號提純的功能，因此，系統(tǒng)可以以較低的外部時鐘信號獲得較高的工作頻率。 圖 7 系統(tǒng)晶體振蕩電路 實時時鐘的基本功能是保持跟蹤時間和日期等信息，但許多 RTC 還提供有多種附加功能 ，如：看門狗定時器、系統(tǒng)復(fù)位、非易失存儲器（ NV RAM）、序列號、方波輸出、涓流充電等。實時時鐘晶振振蕩器電路如圖 8 所示。系統(tǒng)晶體震蕩電路屬于對稱電路，兩個引腳不過與區(qū)分，所以，芯片對應(yīng)的引腳為 引腳 22（ XOCS_Q1）、 引腳 23（ XOCS_Q2） 。 復(fù)位電路設(shè)計 該電路主要完成系統(tǒng)的上電復(fù)位和系統(tǒng)運行時用戶的按鍵復(fù)位功能，有助于用戶調(diào)試程序。復(fù)位電路如圖 9 所示 。 上電復(fù)位的情況：通電瞬間電容可以當(dāng)短路，所以 RESET_LN 腳為低電平。電容上極板也就是 RESET_LN 腳最終為高電平。按鍵按下去就相當(dāng)于上電那一瞬，讓電容短路。JTAG技術(shù)是 一種嵌入式測試技術(shù)。標(biāo)準(zhǔn)的 JTAG接口是 4線接口： TIVIS、TCK、 TDI以及 TDO，分別為模式選擇