RF芯片CC2510的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)備設(shè)計(jì)

1 引言

　　隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)日漸成為互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有“無(wú)處不在”和節(jié)點(diǎn)數(shù)量龐大等特點(diǎn)，適用于軍事、智能家居、環(huán)境監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)、醫(yī)療護(hù)理、建筑物狀態(tài)監(jiān)控、工業(yè)控制領(lǐng)域，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)備是構(gòu)成無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，基本組成和功能包括如下幾個(gè)單元[1]：傳感單元（由傳感器和模數(shù)轉(zhuǎn)換功能模塊組成）、處理單元（由嵌入式系統(tǒng)構(gòu)成、包括CPU、存儲(chǔ)器等）、通信單元（由無(wú)線通信模塊組成）和電源單元，如圖1所示，此外，可選擇的其他功能單元包括定位系統(tǒng)、移動(dòng)系統(tǒng)及電源自供電系統(tǒng)等，通常，此類設(shè)備具有微型、低功耗、低成本、可擴(kuò)展性、高安全性等特點(diǎn)。

　2 CC2510的功能及內(nèi)部結(jié)構(gòu)

　　2.1 功能

　　CC2510是Chipcon公司于2005年11月推出的一款2.4GHz射頻收發(fā)器，該器件成本低，包含UHF RF收發(fā)器和高性能低功耗8051微控制器，集成了32KB在系統(tǒng)可編程Flash和外設(shè)內(nèi)嵌4KB SRAM，CC2510功能強(qiáng)大，擁有128位AES安全協(xié)處理器和DMA功能；系統(tǒng)時(shí)鐘是16MHz片內(nèi)RC振蕩器或26MHz晶體振蕩器，實(shí)時(shí)時(shí)鐘采用低功耗32.768KHz晶體振蕩器或內(nèi)部34KHz RC振蕩器，具有高靈敏度（10kb/s下為-100dBm）和較高的接收靈敏度和阻塞功能，支持2-FSK，GFSK和MSK等調(diào)制方式；支持?jǐn)?shù)字RSSI/LQI，工作電壓2.0V-3.6V；具有21個(gè)通用I/O接口、兩個(gè)UART/SPI接口和可編程看門(mén)狗計(jì)時(shí)器，片內(nèi)有1個(gè)16位定時(shí)器和3個(gè)8位定時(shí)器，真正的隨機(jī)號(hào)碼發(fā)生器，支持硬件是，有兩個(gè)數(shù)據(jù)指針。CC2510采用Chipcon公司的Smart RF 04技術(shù)，以0.18μm CMOS工藝制成，只需極少外部元件就可以構(gòu)成性能穩(wěn)定且功能極低的片上系統(tǒng)（SoC）。CC2510的選擇性和敏感性指數(shù)優(yōu)越，可確保短距離通信的有效性和可靠性，除上述特點(diǎn)外，該器件還包含8路8-14位ADC，具備4種靈活的降功耗模式，從休眠狀態(tài)到工作狀態(tài)的過(guò)渡時(shí)間非常快，內(nèi)嵌溫度傳感器，非常適合作為無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)備。



2.2 CC2510內(nèi)部結(jié)構(gòu)

　　CC2510器件的部結(jié)構(gòu)如圖2所示，其中CC2510的處理器采用兼容8051單片機(jī)內(nèi)核的結(jié)構(gòu)及指令系統(tǒng)，該內(nèi)核通過(guò)3種不同的內(nèi)存訪問(wèn)總線（SFR，DATA和CODE/XDATA）對(duì)內(nèi)存進(jìn)行訪問(wèn)控制，SFR總線負(fù)責(zé)將所有的外設(shè)同內(nèi)存仲裁相連接，還負(fù)責(zé)CPU與射頻寄存器之間的交互，此外，在系統(tǒng)中還存在有一個(gè)處于核心地位的設(shè)備——內(nèi)存仲裁。內(nèi)存仲裁通過(guò)SFR總線將CPU、DMA模塊、存儲(chǔ)器以及其他外設(shè)連接在一起。內(nèi)存仲裁通過(guò)4個(gè)內(nèi)存器指針選擇接入SRAM、Flash存儲(chǔ)器或者SFR寄存器。系統(tǒng)通過(guò)中斷控制器維護(hù)4種不同優(yōu)先級(jí)的18個(gè)中斷源，這些中斷源被分成6組，每組關(guān)聯(lián)一種中斷優(yōu)先級(jí)。為降低功耗，系統(tǒng)可支持4種工作模式，表1給出了這4種工作模式的特點(diǎn)和狀態(tài)。



CC2510包含有8路8-14位ADC，支持單端輸入和差分輸入兩種模式，能夠采用可選正向參考電壓，ADC中還包含了一個(gè)溫度傳感器通道，可以直接連接片內(nèi)集成的溫度傳感器，ADC的輸入端口復(fù)用通用I/O端口的P0部分作為AIN0-AIN7端口，圖3給出了ADC模塊的框圖，CC2510的ADC轉(zhuǎn)換結(jié)果一般為13位，這些結(jié)果通常存儲(chǔ)于ADC數(shù)據(jù)寄存器ADCH及ADCL中，ADC轉(zhuǎn)換結(jié)束能夠觸發(fā)自己中斷，即便是由于在ADCH與ADCL之間讀取而造成ADC無(wú)法訪問(wèn)數(shù)據(jù)寄存器，并因此丟失了轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，中斷仍會(huì)被觸發(fā)。



天線接收的射頻信號(hào)經(jīng)過(guò)低噪聲放大器和I/O下變頻處理后，中頻信號(hào)只有2MHz，此混合I/O信號(hào)經(jīng)過(guò)濾波、放大、AD變換，自動(dòng)增益控制、數(shù)字調(diào)節(jié)和解擴(kuò)，最終恢復(fù)出傳輸?shù)恼_數(shù)據(jù)，發(fā)射機(jī)部分基于直接上變頻，CC2510的發(fā)射部分基于RF頻率的直接合成。頻率合成器包括一個(gè)完整的片上LC壓控振蕩器和一個(gè)90