江苏师范大学本科生毕业设计 基于Zigbee网络的路灯监控系统设计
通过对目前几种主流无线通信芯片的比较分析，CC2430因其低功耗、低成本、低复杂度和网络容量大等优点成为本方案的首选硬件平台。
3.2 CC2430芯片介绍
CC2430是TI（德州仪器）公司收购CHIPCON后推出的首款真正意义上的片上系统。该芯片可以满足工作在2.4GHz的Zigbee通信协议，除了集成一个2.4GHz的RF射频收发器，还包括一个增强型8051单片机、。
CC2430使用0.18μmCMOS制造工艺，工作时电流损耗只有27mA，在接收
模式下，电流损耗低于27mA，在发射模式下，电流损耗则低于25mA。 CC2430芯片有一些主要特点与性能如下所示[11]： （1） 功耗低、性能高的增强型8051微控制器。
（2） 基于2.4GHz符合IEEE802.15.4协议的RF射频收发器。 （3） 较强的抗干扰性能和优良的接收灵敏度。
（4） 芯片在休眠模式时仅有0.9μA的电流损耗，使用外部中断或者RTC唤醒
系统。在待机时，电流损耗更低于0.6uA，使用外部中断唤醒系统。 （5） 硬件支持CSMA/CA功能。 （6） 输入电压范围较宽（2.0-3.6V）。 （7） 支持数字化的RSSI/LOI和DMA功能。 （8） 能够监测电池和感测温度功能。
（9） 芯片集成了14位的ADC数模转换模块。 （10）集成有AES安全协处理器。
（11）带有2个可支持多组协议的USART。
（12）带有4个定时器：1个符合IEEE802.15.4标准的MAC计时器；1个常规
的16位计时器以及2个8位计时器。
（13）提供21个I/O口，其中有两个I/O口具有20mA的驱动能力，其他接口
有4mA的驱动能力。
（14）具有灵活和功能全面的开发工具。
CC2430 芯片采用7 mm×7mm QLP封装，共有48个引脚。全部引脚可分为I/O 端口线引脚、电源线引脚和控制线引脚三类。
江苏师范大学本科生毕业设计 基于Zigbee网络的路灯监控系统设计
3.2.1 I/O端口线引脚功能
CC2430一共有21个可编程的I/O口，其中P0、P1端口是8 位的，P2 端口只有5 个引脚。通过软件配置相关特殊功能寄存器，可使引脚作为通用输入输出引脚、片内外设使用引脚或外部中断使用引脚[11]。I/O口关键特性如下：
? 可设置为通用I/O 口，也可设置为片内外设使用的I/O口。 ? 输入口的状态可以设置成上拉、下拉或者三态。
? 所有I/O引脚都能够响应外部中断，中断用来将芯片从睡眠状态唤醒。 1～6 脚（P1_2～P1_7）：对外设提供4mA的驱动能力。 8，9 脚（P1_0，P1_1）：具有20mA的驱动能力。 11～18脚（P0_0 ～P0_7）：对外设提供4mA的驱动能力。
43，44，45，46，48 脚（P2_4，P2_3，P2_2，P2_1，P2_0）：对外设提供4mA驱动能力。
3.2.2 CC2430芯片电源线引脚功能
表1 CC2430芯片电源线引脚功能
7 脚（DVDD） 20脚（AVDD_SOC） 23 脚（AVDD_RREG） 24 脚（RREG_OUT） 为 I/O提供2.0～3.6V工作电压 为模拟电路模块提供2.0～3.6V的直流电压 为模拟电路模块提供2.0～3.6V的直流电压 为25，27～31,35～40引脚端口提供1.8V的稳定电压 25 脚 (AVDD_IF1 ) 为模拟电路提供1.8V的直流电压，包括模拟测试模块、接收滤波器以及VGA的第一部分电路 27 脚（AVDD_CHP） 28 脚（VCO_GUARD） 29 脚（AVDD_VCO） 30 脚（AVDD_PRE） 31 脚（AVDD_RF1） 33脚（TXRX_SWITCH） 为充电泵和环状滤波器提供1.8V直流电压 VCO屏蔽电路的报警连接端口 为PLL环滤波器和VCO和提供1.8V电压 为预定标器、Div-2 和LO缓冲器提供1.8V的电压 为LNA、前置偏置电路和PA 提供1.8V的电压 为PA提供调整电压 江苏师范大学本科生毕业设计 基于Zigbee网络的路灯监控系统设计
35 脚（AVDD_SW） 36 脚（AVDD_RF2） 37 脚（AVDD_IF2） 为LNA/PA交换电路提供1.8V电压 为接收和发射混频器提供1.8V电压 为低通滤波器和VGA 的最后部分电路提供1.8V电压 38 脚（AVDD_ADC） 39 脚（DVDD_ADC） 为ADC和DAC的模拟电路部分提供1.8V电压 为ADC的数字电路部分提供1.8 V电压 40脚（AVDD_DGUARD） 为隔离数字噪声电路连接电压 41 脚（AVDD_DREG） 42 脚（DCOUPL） 47 脚（DVDD） 向电压调节器核心提供2.0～3.6V电压 提供1.8 V 的去耦电压，此电压不为外电路所使用 为I/O 端口提供2.0～3.6V的电压
3.2.3 控制线引脚功能
表2 控制线引脚功能
10 脚（RESET_N） 19 脚（XOSC_Q2） 21 脚（XOSC_Q1） 22 脚（RBIAS1） 26 脚（RBIAS2） 32 脚（RF_P） 复位引脚，低电平有效 32 MHz的晶振引脚2 32 MHz的晶振引脚1，或外部时钟输入引脚 为参考电流提供精确的偏置电阻 提供精确电阻，43 kΩ，±1% 在RX 期间向LNA 输入正向射频信号,在TX 期间接收来自PA 的输入正向射频信号 34 脚（RF_N） 在RX 期间向LNA 输入负向射频信号；在TX 期间接收来自PA 的输入负向射频信号 43 脚 (P2_4/XOSC_Q2) 44 脚 (P2_4/XOSC_Q1) 32.768 kHz XOSC的2.3端口 32.768 kHz XOSC的2.4端口
江苏师范大学本科生毕业设计 基于Zigbee网络的路灯监控系统设计
3.3 CC2430芯片典型应用电路
CC2430芯片的应用电路，如图1.1所示，图中数字I/O、ADC接口未连接，解耦电容未画出。为了增加天线的性能，电路使用了一个非平衡天线连接非平衡变压器的方式。电路中的非平衡变压器由电感L341、L321、L331和电容C341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PA和LNA之间的交换。R221和R261做为偏置电阻，电阻R221主要为32 MHz的晶振提供一个合适的工作电流。用1个32 MHz 的石英谐振器（XTAL1）和2个电容（C191 和C211）构成一个32 MHz 的晶振电路。用1个32.768 kHz 的石英谐振器（XTAL2）和2个电容（C441 和C431）构成一个32.768 kHz的晶振电路。电压调节器向所有要求1.8 V 电压的引脚和内部电源供电，C241和C421电容用来电源滤波,以提高芯片工作的稳定性[11]。
图3-1 CC2430应用电路
江苏师范大学本科生毕业设计 基于Zigbee网络的路灯监控系统设计
3.4 Zigbee天线系统设计
基于Zigbee网络的路灯监控系统工作频率在2.4GHz，本系统的通信方式是利用天线辐射进行无线信息传输。天线的设计是整个通信系统的关键，决定了系统的通信距离和质量，需要根据实际情况来设计天线以达到应用标准。
设计Zigbee系统天线时，需根据实际需求采用不同的设计方案，设计前应根据本系统工作在2.4GHz频段来确定天线参数，如增益、阻抗、辐射方向等。本系统天线参数如下所示。
（1） 工作中心频率为2.45GHz，工作频率范围为2.405GHz-2.480GHz。 （2） 输入阻抗Z天线采用的阻抗匹配为50欧
（3） 天线的辐射方向。因协调器需要和多个节点进行通信，所以天线设计
为全向型辐射。
3.5 RS232 (DB9) MAX232
MAX232芯片是美信（MAXIM）公司专为RS232串口设计的单电源电平转换芯片，使用+5v直流电源供电。