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基于MCl322x的ZigBee应用技术

• 1 引言
  目前众多的无线网络技术中，ZigBee技术作为一种新兴的无线网络技术，在工业控制、消费电子等领域以及科研开发中得到了关注和使用，显示出其强劲的应用势头。ZigBee是一种低功耗、短距离和低速的无线网络技术，可以工作在2．4 GHz周际免执照的频率，在IEEE标准中，它和无线局域网、蓝牙同属802家族中的无线个人区域网络．ZigBee由两部分组成，物理和链路层符合IEEE802．15．4，网络和应用层符合ZigBee联盟的规范。ZigBee联盟是在2002年成立的非盈利组织，包括TI、霍尼威尔、华为在内两百多家成员。ZigBee联盟致力于推广兼容802．15．4和ZigBee协议平台，制定网络层和应用架构的公共规范，希望在楼宇自动化、居家控制、家用电器、工业自动控制和电脑外设等方面普及ZigBee标准。常规的ZigBee无线控制应用通常需要一个微控制器和一个符合ZigBee-规范的无线收发器来协助完成目标应用，它们是分离的，电路连接复杂，元器件繁多，使得整个无线系统无法达到现代控制应用的嵌入式、微型化和片上性要求。
  

  2 ZigBee技术的集成化发展
  为改进传统无线技术的应用，越来越多的无线网络器件和无线网络解决方案在向集成SoC(System on chip)方向发展，目标就是片上集成高性能微控制器和无线网络收发器．形成了一种单芯片无线网络平台或无线单片机的新型解贴片电感决方案。目前，先进的SoC技术正在无线应用领域发挥着重要的作用。德州仪器的CC2430是市场上首款SoC的ZigBee单片机，它一体成型电感器把协议栈Z-Stack集成在其内部的Flash里面，具有稳定可靠的CC2420收发器、增强性的8051内核、8 K RAM，外设有I／O接口、A／D转换器、SPI、UART和AESl28安全协处理器，3个版本分别是32 K／64 K／128 K的Flash。以128 K为例，除了基本Z—Stack协议，还有3／4的空电感器生产厂家间留给应用代码，将完整的ZigBee协议和近1／2的空间留给应用代码，这样的无线单片机除了处理通讯协议外，还可完成一些监控和显示任务，而且支持通过SPI或UART接口与通用单片机或嵌入式CPU连接。CC2480新一代单片ZibBee认证处理器就展示出和TI MSP430通用的低功耗单片机相结合的完美性能。
  Freescale的无线网络产品同样是向更高集成度的片上系统发展。作为ZigBee技术的创立电感滤波器者之一，Freescale在这一领域以完整地ZigBee平台方案在业界领先。此前，Freescale ZigBee产品和解决方案MCl319x已获得巨大成功和广泛应用，可满足各种应用需求，但必须与一个微控制器配合使用；后来的MCl32lx系列器件是基于MCl319x系列的第二代产品(2006年)，但已集成了HCS08微控制器核心，体现了ZigBee技术高集成度的SoC特性。MCl322x系列是Freescale最新推出的ZigBee解决方案。
  Freescale MCl322x系列是第三代ZigBee产品，采用乎台级封装PiP技术(PiP，Platform in Package)，MCl322x不仅集成有ZigBee无线收发器和高性能微控制器MCU与一体，更令人瞩目的是，PiP技术是更全面的SoC集成，比如内部集成了RF匹配组件、不平衡变压器，RF连接减少到只需晶体和天线。MCl322x同样符合IEEE 802．15．4标准的产品系列，它保持了卓越的射频性能和整合的应用设计架构，减少了外部组件，也减少了材料清单和总开发成本，是高密度低元件数无线应用的综合解决方案。应用此类ZigBee平台，只需简单设计，无需考虑射频部分布线问题，还可自行开发软件平台。
  

  3 Freescale MCl322x组成原理
  Freescale的MCl322x系列器件的尺寸仅为9．5 mmx 9．5mm×1.2 mm，采用99引脚LGA封装，内部集成有完整的低功耗2.4 GHz无线收发器和基于32位ARM7 CPU核的MCU。目前MCl322x系列共有MCl3224和MCl3225 2个版本。图1给出MCl322x组成原理框图。其中符合ZigBee标准的收发器(IEEE 802．15.4收发器)工作在2．4 GHz ISM频段，16个可选频道；收发器包括低噪音放大器、l mW输出功率、带VCC)的功率放大器(PA)、集成的发送／接收(Tx／Rx)开关、不平衡变压器(Balun)、板内的电源稳压器、扩展调制／解调器、IEEE802．15．4 MAC硬件加速器和AES安全加密模块等。其与MCU内联，通过MCU进行控制管理。

  

  MCl贴片电感器322x内嵌微控制器(MCU)基于ARM7 TDMI—S 32位CPU，具有强大的处理能力，MCU典型工作频率为24MHz，最高可到26 MHz。存储能力也有加强，MCU可自带128 KB Flash、96 KB SRAM和80 KB ROM，这样的存储空间足够支持未裁剪的ZigBee协议栈所需的32 KB存储空间以及其他复杂程序。内置的外设组件有8通道12位双A／D转换器、定时器、PWM、SCI、SPI、I2C、I2S以及多达64个GPIO端口。可以看出，MCl322x在单个芯片上整合了众多功能元件和无线匹配网络器件，体现了其极高集成度的SoC特性。

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