基于射頻芯片cc2420的zigbee無線通信設(shè)計1

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1、基于射頻芯片CC2420的ZigBee無線通信設(shè)計來源：微計算機信息??作者：趙晨何波王睿摘要：本文簡要介紹了ZigBee技術(shù)，詳細的說明了針對使用PIC18系列單片機為控制器、CC2420為RF收發(fā)器的ZigBee節(jié)點的硬件組成，并從ZigBee通信協(xié)議及協(xié)議棧的構(gòu)架等方面闡述了ZigBee無線通信網(wǎng)絡(luò)的實現(xiàn)。關(guān)鍵詞：ZigBee，CC2420，通信協(xié)議，協(xié)議棧0引言為滿足小型、低成本設(shè)備的無線聯(lián)網(wǎng)要求，2000年12月IEEE成立了IEEE802.15.4工作組，致力于定義一種適于固定、便攜或移動設(shè)備使用的極低

2、復雜度、成本和功耗的低速率無線連接技術(shù)——ZigBee技術(shù)。本文針對使用PIC18系列單片機及CC2420為RF收發(fā)器，從ZigBee節(jié)點的硬件及ZigBee通信協(xié)議和協(xié)議棧方面，介紹了ZigBee無線通信網(wǎng)絡(luò)的組成。1ZigBee技術(shù)簡介2002年8月ZigBee聯(lián)盟成立，由英國Invensys公司、日本三菱電氣公司、美國摩托羅拉公司以及荷蘭飛利浦半導體公司組成。IEEE802.15.4的ZigBee標準于2003年5月獲得批準。??ZigBee技術(shù)的物理層和鏈路層協(xié)議主要采用IEEE802.15.4標準，而Zi

3、gBee聯(lián)盟負責網(wǎng)絡(luò)層和應用層的開發(fā)，以及制定其安全協(xié)議和市場推廣等。IEEE802.15.4定義了兩個物理層標準，分別是2.4GHz物理層和868/915MHz物理層。兩個物理層都基于DSSS直接序列擴頻技術(shù)，使用相同的物理層數(shù)據(jù)包格式。ZigBee在2.4GHz頻段有16個信道，能夠提供250kb/s的傳輸速率，采用O-QPSK調(diào)制；915MHz和868MHz分別是歐洲和美國的ISM頻段，這兩個頻段的引入避免了2.4GHz附近各種無線通信設(shè)備的相互干擾。在916MHz頻段有10個信道，傳輸速率為是40kb/s，

4、在868MHz頻段只有一個信道，傳輸速率為20kb/s，這兩個頻段都采用BPSK調(diào)制。2ZigBee節(jié)點的硬件構(gòu)成2.1典型的ZigBee節(jié)點硬件ZigBee協(xié)議棧對系統(tǒng)微處理器的要求有：8位微處理器；完全的協(xié)議棧：ROM<32K；簡單功能節(jié)點協(xié)議棧：ROM約6K；協(xié)調(diào)器還需要足夠的RAM，用于保存節(jié)點器件數(shù)據(jù)庫、傳輸路由表等。可供選用的單片機種類較多，本設(shè)計所選用的是PIC18系列的單片機，因此要創(chuàng)建典型的ZigBee節(jié)點至少必須具備以下組件：一片帶SPI接口的PIC18F單片機；一個帶有所需外部元件的RF收發(fā)器

5、；一根天線，可以是PCB上的引線形成的天線或單極天線。ZigBee節(jié)點的構(gòu)成如圖1所示，控制器通過SPI總線和一些離散控制信號與RF收發(fā)器相連。控制器充當SPI主器件而RF收發(fā)器充當從器件。控制器實現(xiàn)了IEEE802.15.4MAC層和ZigBee協(xié)議層。在RF收發(fā)器上，本設(shè)計選用了Chipcon公司的CC2420射頻收發(fā)器，它實現(xiàn)ZigBee協(xié)議的物理層(PHY)及媒體訪問控制器(MAC)層，具備65,000個節(jié)點通道并可隨時擴充，以及低耗電、250kbps傳輸速率、快速喚醒時間(<30ms)、CSMA-CA通道

6、狀態(tài)偵測等特性。2.2ZigBee節(jié)點硬件電路實現(xiàn)CC2420只需要極少的外圍元器件,其外圍電路包括晶振時鐘電路、射頻輸入/輸出匹配電路和微控制器接口電路三個部分。芯片本振信號既可由外部有源晶體提供,也可由內(nèi)部電路提供。由內(nèi)部電路提供時需外加晶體振蕩器和兩個負載電容,電容的大小取決于晶體的頻率及輸入容抗等參數(shù)。射頻輸入/輸出匹配電路主要用來匹配芯片的輸入輸出阻抗。CC2420可以通過4線SPI總線(SI、SO、SCLK、CSn)設(shè)置芯片的工作模式,并實現(xiàn)讀/寫緩存數(shù)據(jù),讀/寫狀態(tài)寄存器等。通過控制FIFO和FIFO

7、P管腳接口的狀態(tài)可設(shè)置發(fā)射/接收緩存器。在數(shù)據(jù)傳輸過程中CSn必須始終保持低電平。另外,通過CCA管腳狀態(tài)的設(shè)置可以控制清除通道估計,通過SFD管腳狀態(tài)的設(shè)置可以控制時鐘/定時信息的輸入。如圖2所示，為CC2420的外圍電路及與PIC18系列單片機的連接方式。此外，CC2420需要3.3V的電源電壓，可以選用PIC18系列單片機中的低壓型號，使控制器和RF收發(fā)器均使用3.3V電源電壓。3ZigBee通信協(xié)議3.1IEEE802.15.4MAC數(shù)據(jù)包在本文的第一部分，已經(jīng)對IEEE802.15.4規(guī)范做了介紹，以下補

8、充MAC層數(shù)據(jù)包的部分內(nèi)容。IEEE802.15.4MAC數(shù)據(jù)包的最大長度為127字節(jié)，每個數(shù)據(jù)包都由頭字節(jié)和16位CRC值組成,16位CRC值驗證幀的完整性。此外，IEEE802.15.4還可以選擇使用應答數(shù)據(jù)傳輸機制，使用這種方法，所有特殊ACK標志位置1的幀均會被它們的接收器應答。如果發(fā)送幀的時候置位了ACK標志位而且在一定的超時期限內(nèi)沒有收到應答，發(fā)