MTZigBee硬件平台的设计

发布时间：2020-07-21 18:15:12 阅读：次来源：玻璃钢厂家

0 引言 ZigBee技术是一种具有统一技术标准的短距离、低速率的无线通信技术，其物理层和媒体访问控制层协议为IEEE 802．15．4协议标准，网络层由ZigBee技术联盟制定，应用层的开发根据用户的实际应用需求，对其进行开发设计。在设计开发ZigBee协议之前必须要有相应硬件平台的支撑，这里为ZigBee协议栈的实现提供了相应的硬件平台设计。在此主要介绍了MT-ZigBee硬件平台的设计与各硬件模块的测试。硬件平台的设计主要包括硬件平台的选型、ZigBee控制电路的硬件设计和ZigBee射频电路部分的硬件设计；硬件平台的测试主要包括各个硬件模块的测试。1 ZigBee硬件方案在ZigBee技术联盟中，Freescale，TI，Chipeon，Philips等公司都是ZigBee标准制订的先驱。在射频收发芯片方面，主要有Freeseale公司的MC13192，MC13193和Chipeon公司的CC2420，CC2430所提供的两大解决方案。下面简单比对这两种可选的硬件开发方案。 Freescale公司面向ZigBee技术推出了完整的硬件解决方案，其中主要包括MC13192，MC13193射频(Radio Frequenee，RF)收发芯片；与RF端相配套的低功耗HCS08核MCU；相关的传感器等。MC13192，MC13193是符合IEEE 802．15．4标准的射频数据调制解调器，它工作在2．4 GHz频段下，与MCU通过标准的4线SPI接口通信，采用16个射频通道，数据速率为250 Kb／s。与HCS08核MCU配套使用，可提供低成本、低功耗、经济高效的ZigBee硬件平台方案。挪威半导体公司Chipcon推出的CC2430射频芯片是全球首颗符合ZigBee技术标准的2．4 GHz射频芯片，它沿用了CC2420的架构。CC2430兼容IEEE802．15．4标准，具有8051核的无线单片机。其在单芯片上集成了ZigBee RF前端、存储器和微控制器。另外，CC2430内部还包含了模／数转换器(ADC)、定时器、AES-128协处理器、看门狗、32 kHz晶振时钟、上电复位电路、掉电检测电路以及21个可编程I／O接口。由于Freescale公司提供了详细的芯片手册、参考设计、布线设计等文档说明，为硬件平台的搭建提供了良好的开发环境。这里在现有的ZigBee硬件方案中选择了Freescale公司提供的解决方案：MC9S08GB60和MC13192；并以此方案为背景设计开发了MT-ZigBee硬件平台。

本文引用地址： MT-ZigBee硬件平台设计 MT-ZigBee硬件平台的设计，主要包括硬件平台的选型，ZigBee控制电路的硬件设计和ZigBee射频电路部分的硬件设计。2．1 硬件选型 (1)主控MCU的选取。从芯片内部集成功能模块、RAM和FLASH的存储容量、芯片和开发环境的熟悉程度等方面考虑，本文选择了Freescale公司生产的S08系列的8位MC9S08GB60(以下简称GB60)作为平台的主控芯片。HCS08核，最高总线频率可达40 MHz；它内部具有64 KB的FLASH和4 KB的RAM存储空间；内部集成了1个SPI模块，适合与MC13192的通信；2个SCI模块，方便与PC通信；具有背景调试模块．能利用单线对HCS08核的系列MCU进行方便地写入和调试，加快开发的速度并大大降低了调试的难度。 (2)物理层芯片的选取。为了设计出低成本、低功耗、经济高效的ZigBee硬件平台．这里选择了与HCS08核MCU配套使用的MC13192芯片作为Zig-Bee物理层芯片。MC13192是Freescale公司于2005年推出的工作在2．4 GHz频率下短距离，低功率，工业、科学和医疗(ISM)的无线数据收发器。MC13192与MCU的接口简单，只需四线的SPI，1个IRQ中断请求线和3个控制线。2．2 MT-ZigBee硬件平台设计 MT-ZigBee硬件平台主要包括主控MCU支撑模块；外部输入部分有电源输入模块和按键输入；MC13192无线射频通信模块；SCI串行通信模块；运行状态显示模块和现场数据采集模块，整体的硬件框图如图1所示。其中按键输入、SCI串行通信模块、液晶及运行指示灯模块设计比较简单，由于篇幅问题，不再叙述。下面重点介绍电源输入模块、MCU支撑模块、GB60与MC13192接口电路和MC13192无线射频通信模块的硬件设计。

2．2．1 电源输入模块无线传感器网络主要用于采集现场数据，再进行相应控制。设备均安放在采集现场，考虑到便于携带、安装，供电电源采用1节9 V的干电池。在硬件电路上电源分为两路：一路是单独供给主控芯片GB60的电源；另一路是供给LCD、MC13192、SCI、按键和测试小灯等所有外围模块的电源。具体电源电路如图2所示。

在电源电路中，主控芯片电源在任何情况下都是存在的．这样保证任何情况下GB60都是工作的；外围模块电源受到主控芯片控制，GB60通过MOS管来控制外围模块电源：当系统正常工作时，GB60允许外围模块电源上电；当系统进入低功耗状态时，GB60切断外围模块电源．这样整个系统只有主控芯片有供电，主控芯片再进入低功耗模式(Stop Mode)，这样就更好地实现了整个系统的低功耗。注意，在切断外围模块电源时，不能直接使用一般的三极管，这样进入低功耗状态后外围模块仍然有较大的电流消耗，应该使用电流截止性能好的MOS管(如：SI2301)来实现。2．2．2 GB60与MC13192接口电路设计 GB60与MC13192的接口电路如图3所示。GB60与MC13192主要有9个连接接口：4根SPI通信接口、IRQ中断接口、3根MC13192的控制口和MC13192时钟输出引脚。其中对于4线SPI，根据参考手册指出，当作为SPI主机方式，同时SPI状态与控制寄存器的模式错误标志(MODF)有效并置为1时，引脚可单独作为I／O口使用。在该设计中GB60为SPI主机方，直接作为输出口使用，用以控制MC13192的CE使能信号。