总体设计无线模块的基本电路图如图1所示,主要由电源、复位电路、串口连接电路和无线收发电路组成。可实现串口数据的无线收发,即:发送数据时,RS-232串口数据经过MAX232将电平转换为TTL电平,再通过CC2430无线发送。接收数据则是发送数据的逆过程,CC2430先接收到数据信号,然后经MAX232将TTL电平转换为RS-232的标准电平,再通过RS-232向上位机输入数据。
硬件设计无线模块采用的无线收发器是CC2430。CC2430出自挪威Chipcon公司,是一款真正符合IEEE802.15.4标准的片上ZigBee产品。CC2430采用Chipcon公司最新的SmartRF
03技术和0.18μm CMOS工艺制造,采用7 mmx7 mm QLP48封装;除了包括RF收发器,还集成了加强型8051MCU、32/64/128
KB的Flash内存、8 KB的RAM、ADC、DMA、看门狗等。CC2430工作在2.4GHz频段,采用低电压(2.0
V~3.6V)供电且功耗很低(接收数据时为27mA,发送数据时为25 mA)、灵敏度高(-97 dBm)、最大输出为24 dBm、最大传送速率为250
kb/s。
CC2430的外围元件数目很少,它使用一个非平衡天线,连接非平衡变压器使天线性能更好。电路中的非平衡变压器由电容C12和电感L1、L2、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(50Ω)的要求。内部T/R交换电路完成LNA和PA之间的交换。R4、R5为偏置电阻,其中R4主要用于为32
MHz的晶体振荡器提供合适的工作电流。用一只32 MHz石英谐振器和两只电容(C13、C14)构成32 MHz晶体振荡器电路。电压稳压器为所有1.8
V电压的引脚和内部电源供电,C11、C15是去耦电容,用于电源滤波。
由于CC2430具有低功耗的特性,因此,选用两节干电池为模块供电。另外还选用了AH805升压稳压器,可将3
V电压升高至5 V,此故电源部分可提供3 V和5 V两种电压,其中3 V电压为CC2430供电,5
V电压为MAX232和复位电路供电。
复位电路采用典型的RC复位方式,它具有上电复位和手动两种复位功能,且低电平有效。值得注意的是,为了使系统达到有效复位,应使RESET-N端保持10
ms的低电平。当复位结束后立即对该器件进行初始化时,很容易发生错误。所以,进入0000H地址后,应首先执行l ms~10
ms的软件延时,然后再进行初始化。
由于模块采用RS232与上位机相连,因此,需要用MAX232将RS232电平转换为TTL电平。
4 程序设计无线模块的设计包括硬件连接及CC2430软件设计。编写软件程序首先要弄清楚数据在模块中的传输路径及其过程,如图2所示。
发送数据时,数据通过串口USART进入CC2430的DATA内存区。对水阻试验台来说,DATA内存区的高128字节能够满足存储容量的要求,因此将数据存放在DATA内存区的高128字节中。为了提高数据的传输速度,使用DMA传输方式将内存区中的数据传送到Radio的先进先出缓存器。TXFIFO中。数据进入Radio后,经过一系列的硬件处理,最后通过天线向发射无线信号。
接收数据是发送数据的逆过程。Radio从天线接收到无线信号,通过一系列的硬件处理,将信号转换为数据,存放在RXFIFO中,再通过DMA方式送入DATA内存区的低128字节中,再通过USART串口将接收到的数据送出。
不难看出,整个数据传输过程大部分都是在CC2430内部完成。这得益于CC2430具有极高的集成度,是一款片上系统,能够提供较高的系统稳定性和可靠性。CC2430包括了较多的自定义SFR寄存器,如何使用好这些SFR寄存器较为关键。例如在对USART的控制操作中,CC2430内部集成的USART的控制寄存器和状态寄存器分别是UxUCR和UxCSR(其中x可取值为0和1,表示CC2430集成的两个USART中的一个)。UxCSR状态字格式和UxUCR控制字格式如表l所示。用这两个寄存器可完成USART的基本设置