基于MC9S08GB60的MT-ZigBee硬件平臺(tái)的設(shè)計(jì)

　　0 引 言

　　ZigBee技術(shù)是一種具有統(tǒng)一技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的短距離、低速率的無(wú)線通信技術(shù)，其物理層和媒體訪問(wèn)控制層協(xié)議為IEEE 802．15．4協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，網(wǎng)絡(luò)層由ZigBee技術(shù)聯(lián)盟制定，應(yīng)用層的開(kāi)發(fā)根據(jù)用戶(hù)的實(shí)際應(yīng)用需求，對(duì)其進(jìn)行開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)。

　　在設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)ZigBee協(xié)議之前必須要有相應(yīng)硬件平臺(tái)的支撐，這里為ZigBee協(xié)議棧的實(shí)現(xiàn)提供了相應(yīng)的硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)。在此主要介紹了MT- ZigBee硬件平臺(tái)的設(shè)計(jì)與各硬件模塊的測(cè)試。硬件平臺(tái)的設(shè)計(jì)主要包括硬件平臺(tái)的選型、ZigBee控制電路的硬件設(shè)計(jì)和ZigBee射頻電路部分的硬件設(shè)計(jì)；硬件平臺(tái)的測(cè)試主要包括各個(gè)硬件模塊的測(cè)試。

　　1 ZigBee硬件方案

　　在ZigBee技術(shù)聯(lián)盟中，F(xiàn)reescale，TI，Chipeon，Philips等公司都是ZigBee標(biāo)準(zhǔn)制訂的先驅(qū)。在射頻收發(fā)芯片方面，主要有Freeseale公司的MC13192，MC13193和Chipeon公司的CC2420，CC2430所提供的兩大解決方案。下面簡(jiǎn)單比對(duì)這兩種可選的硬件開(kāi)發(fā)方案。

　　Freescale公司面向ZigBee技術(shù)推出了完整的硬件解決方案，其中主要包括MC13192，MC13193射頻(Radio Frequenee，RF)收發(fā)芯片；與RF端相配套的低功耗HCS08核MCU；相關(guān)的傳感器等。MC13192，MC13193是符合IEEE 802．15．4標(biāo)準(zhǔn)的射頻數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)器，它工作在2．4 GHz頻段下，與MCU通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的4線SPI接口通信，采用16個(gè)射頻通道，數(shù)據(jù)速率為250 Kb／s。與HCS08核MCU配套使用，可提供低成本、低功耗、經(jīng)濟(jì)高效的ZigBee硬件平臺(tái)方案。挪威半導(dǎo)體公司Chipcon推出的CC2430 射頻芯片是全球首顆符合ZigBee技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的2．4 GHz射頻芯片，它沿用了CC2420的架構(gòu)。CC2430兼容IEEE802．15．4標(biāo)準(zhǔn)，具有8051核的無(wú)線單片機(jī)。其在單芯片上集成了 ZigBee RF前端、存儲(chǔ)器和微控制器。另外，CC2430內(nèi)部還包含了模／數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)、定時(shí)器、AES-128協(xié)處理器、看門(mén)狗、32 kHz晶振時(shí)鐘、上電復(fù)位電路、掉電檢測(cè)電路以及21個(gè)可編程I／O接口。由于Freescale公司提供了詳細(xì)的芯片手冊(cè)、參考設(shè)計(jì)、布線設(shè)計(jì)等文檔說(shuō)明，為硬件平臺(tái)的搭建提供了良好的開(kāi)發(fā)環(huán)境。這里在現(xiàn)有的ZigBee硬件方案中選擇了Freescale公司提供的解決方案：MC9S08GB60和 MC13192；并以此方案為背景設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了MT-ZigBee硬件平臺(tái)。

　　2 MT-ZigBee硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)

　　MT-ZigBee硬件平臺(tái)的設(shè)計(jì)，主要包括硬件平臺(tái)的選型，ZigBee控制電路的硬件設(shè)計(jì)和ZigBee射頻電路部分的硬件設(shè)計(jì)。

　　2．1 硬件選型

　　(1)主控MCU的選取。從芯片內(nèi)部集成功能模塊、RAM和FLASH的存儲(chǔ)容量、芯片和開(kāi)發(fā)環(huán)境的熟悉程度等方面考慮，本文選擇了Freescale公司生產(chǎn)的S08系列的8位MC9S08GB60(以下簡(jiǎn)稱(chēng)GB60)作為平臺(tái)的主控芯片。HCS08核，最高總線頻率可達(dá)40 MHz；它內(nèi)部具有64 KB的FLASH和4 KB的RAM存儲(chǔ)空間；內(nèi)部集成了1個(gè)SPI模塊，適合與MC13192的通信；2個(gè)SCI模塊，方便與PC通信；具有背景調(diào)試模塊．能利用單線對(duì) HCS08核的系列MCU進(jìn)行方便地寫(xiě)入和調(diào)試，加快開(kāi)發(fā)的速度并大大降低了調(diào)試的難度。

　　(2)物理層芯片的選取。為了設(shè)計(jì)出低成本、低功耗、經(jīng)濟(jì)高效的ZigBee硬件平臺(tái)．這里選擇了與HCS08核MCU配套使用的MC13192芯片作為 Zig-Bee物理層芯片。MC13192是Freescale公司于2005年推出的工作在2．4 GHz頻率下短距離，低功率，工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療(ISM)的無(wú)線數(shù)據(jù)收發(fā)器。MC13192與MCU的接口簡(jiǎn)單，只需四線的SPI，1個(gè)IRQ中斷請(qǐng)求線和3個(gè)控制線。