| 一、 單片機的無線化和無線網(wǎng)絡(luò)化大趨勢 芯片巨人TI公司收購無線單片機的先鋒CHIPCON公司后,推出了全新概念的新一代ZigBee無線單片機 CC2430/CC2431系列和短距離通訊的新一代無線單片機CC2510/CC1110系列,這些以經(jīng)典8051微處理器為內(nèi)核無線單片機,也稱“射頻SoC(片上系統(tǒng))”,以其優(yōu)異的無線性能,超低功耗,超低成本,在單片機技術(shù)領(lǐng)域,開創(chuàng)了單片機無線化和無線網(wǎng)絡(luò)化的全新時代,采用這些新型無線單片機,進行無線通訊,RFID,無線數(shù)傳產(chǎn)品等產(chǎn)品設(shè)計,是開發(fā)低成本、低功耗單片機應(yīng)用產(chǎn)品的非常理想方案。 以CC2430為代表的新一代射頻SoC(片上系統(tǒng))的特點是： 1 專門的設(shè)計,將全部的ZigBee/802.15.4 需要的高頻部分電路全部集成到了電路內(nèi)部,從無線單片機到天線之間,只有3-5個 0603的普通零件,系統(tǒng)設(shè)計者完成不必需要任何高頻方面的經(jīng)驗; 2 采用特殊設(shè)計,使8051微處理器和高頻線路間,實現(xiàn)完美的配合,數(shù)字電路對高頻通訊的影響減低到最小(因為對于非常微小高頻信號而言,8051就是一個很大的數(shù)字噪聲源); 3 將高速8051微處理器,32K 到128K閃存,8k SRAM多種外圍電路,A/D,RTC和CC2420無線芯片等全部設(shè)計成一只非常小的芯片(48腳 7X7平方毫米大小),真正實現(xiàn)了單片機的無線化,微型化,使采用這類單片機的產(chǎn)品可以做成微型遙控器,信用卡一樣薄的微型卡片,RFID長距離卡片,能置入人體的微型傳感器等等; 4 無線通訊中的需要的大量軟件處理,包括糾錯,防止空氣中包裝碰撞,IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)通訊協(xié)議處理,網(wǎng)絡(luò)路由,多種網(wǎng)絡(luò)拓撲等等,都可以象“搭積木”一樣,輕易放入無線單片機內(nèi)部存儲器中間去,由于CC2430這樣的新一代無線單片機具有較大的存儲空間,以CC2430-F128 為例,如果將IEEE 802.15.4的協(xié)議軟件放進去,大概只需要1/4存儲空間,將完整ZigBee 無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧放入進去,也只需要1/2空間,我們還有足夠空間存儲我們的應(yīng)用代碼; 5 功耗非常低,CC2430無線單片機待機是電流消耗僅0.2UA, 在32K晶體時鐘下運行,電流消耗小于1UA; 使用小型電池壽命可以長達10年; 6 價格非常低： CC2430分別包括高速8051內(nèi)核,ZigBee RF硬件部分,8K SRAM,128K/64K/32K 閃存,大量購買的分別是 4美元 到 2美元;而更加簡化的CC2510/CC1100,價格會更低;從目前情況看,由于高頻部分的硅成本非常低,加上非常大的生產(chǎn)數(shù)量,所以RF+MCU的總體價格,可能會低于普通常見8051單片機的價格; 從以上的這些特點我們看到了單片機無線化,無線網(wǎng)絡(luò)化的大趨勢,對于準(zhǔn)備學(xué)習(xí)使用無線技術(shù)的廣大單片機工程師和電子工程師而言,這是一個大好的消息,因為,從有線到無線的技術(shù)過渡中,將不再需要重新學(xué)習(xí)和熟悉單片機的結(jié)構(gòu)/指令系統(tǒng)/編譯開發(fā)工具;而直接快速進入無線產(chǎn)品開發(fā)的實踐中去; 二、 8051的單片機,裝上802.15.4標(biāo)準(zhǔn)和ZigBee智慧 作為8051兼容的無線單片機第一代產(chǎn)品的代表是chipcon 公司的cc1010, Nordic 公司的nRF24E1/nRF9E5。推出的時間是2004年;分別工作在300-1000mhz/2.4GHZ頻道;價格在30-50人民幣/每片左右;這些無線單片機由于工作可靠,技術(shù)成熟,軟件豐富,所以這幾年獲得了非常廣泛的應(yīng)用,對于一般的點到點,點到多點,無線數(shù)傳,和各種類似無線鍵盤,無線搖桿,簡單遙控器,無線抄表等應(yīng)用和學(xué)習(xí)無線通訊知識,教學(xué)實驗等,直到今天應(yīng)該仍然是很好的選擇; 無線通訊(我們這里主要指短距離無線通訊和嵌入式無線通訊)的發(fā)展,需要將更多的節(jié)點通過無線聯(lián)系起來,包括各種傳感器網(wǎng)絡(luò),無線實時定位網(wǎng)絡(luò),射頻識別網(wǎng)絡(luò),數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò),安全監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)等等,這就需要解決兩方面的問題：無線通訊的標(biāo)準(zhǔn)化和網(wǎng)絡(luò)拓撲管理。 網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)化,通俗而言就是網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的互通性,各種不同功能的無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點需要能相互交流,相互認識,舉例而言,為來家庭中,各種家電將裝有無線功能,匯集成一個互通的無線網(wǎng)絡(luò),冰箱可能是日本的,電視是中國造,煙霧報警器可能來自美國,所有的家電通過無線匯集到家庭網(wǎng)關(guān),必須要可以相互認識,才可以進行無線數(shù)據(jù)通訊,這就需要一個所有制造廠家可以遵循的標(biāo)準(zhǔn),目前這個標(biāo)準(zhǔn)就是IEEE 802.15.4, 一個專門針對這類應(yīng)用的國際標(biāo)準(zhǔn); 網(wǎng)絡(luò)拓撲管理,主要是建立在IEEE 802.15.4之上的網(wǎng)絡(luò)層,包括各種網(wǎng)絡(luò)的形態(tài),無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點可以象一個星狀連接,也可以象一個葡萄串一樣,串在一起,也可以象一張大網(wǎng),相互連接,相互間可以從任意節(jié)點間進行通訊;這就需要在網(wǎng)絡(luò)層能相互兼容,這就有了ZigBee, ---- 一套標(biāo)準(zhǔn)化的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議規(guī)范; 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)和ZigBee網(wǎng)絡(luò),已經(jīng)是當(dāng)今世界的技術(shù)熱點,你可以在網(wǎng)上發(fā)現(xiàn)數(shù)量巨大相關(guān)信息,也可以方便的學(xué)習(xí)到這方面知識; 實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)化,管理越來越復(fù)雜的無線網(wǎng)絡(luò),需要有大量的軟件代碼來實現(xiàn),也需要對無線通訊的技術(shù)的精通和大量的人力物力投入來進行開發(fā),決非那家公司可以獨自包攬,自己來完成,所以 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)和ZigBee網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)的代碼,都是由國際標(biāo)準(zhǔn)組織和ZigBee聯(lián)盟這樣的機構(gòu)協(xié)助組織完成的,然后以軟件庫,源代碼庫的方式提供給用戶,由用戶可以進行高層調(diào)用,用戶加上自己的應(yīng)用程序,固化到單片機中實現(xiàn)的; 而新一代無線單片機(象CC2430),就是具體了全部 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)和ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的8051單片機,當(dāng)你用USB接口連接上cc2430仿真器,(好消息,這種仿真器目前已經(jīng)有國產(chǎn)現(xiàn)貨了 )接上你的CC2430電路板,在IAR IDE調(diào)試環(huán)境上,裝上 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)和ZigBee網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)成軟件項目文件(包括 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)和ZigBee網(wǎng)絡(luò)庫文件,表演軟件等),編譯,下載,然后運行,幾秒種的時間,敲幾下按鍵,一切OK, 神奇無比的 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)和ZigBee網(wǎng)絡(luò),(數(shù)萬行C51語言寫成的代碼,組成的軟件)就在你的彈指一揮間,被你駕馭了： 需要將節(jié)點加入無線網(wǎng)絡(luò)嗎？調(diào)用 “加入網(wǎng)絡(luò)”功能就可以了; 需要傳輸數(shù)據(jù)嗎？數(shù)據(jù)送送入指定的緩沖區(qū),調(diào)用需要“發(fā)送數(shù)據(jù)”功能,你立刻會知道你的數(shù)據(jù)是否發(fā)送成功,無線信號強度是多少…… 需要將數(shù)據(jù)透過其他節(jié)點,向下跳棋一樣,傳輸?shù)竭h方的無線節(jié)點嗎？指定節(jié)點的名字,準(zhǔn)備好數(shù)據(jù),調(diào)用“網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)拓撲的數(shù)據(jù)傳輸”功能,數(shù)據(jù)就自動通過墻壁,繞過天花板,從一樓到10樓,將數(shù)據(jù)自動傳輸?shù)阶钸h端的無線節(jié)點,同時,不到一秒時間,你可以得到回應(yīng)“數(shù)據(jù)安全送到了��！”… 聽起來好象不可能,但這正是802.15.4標(biāo)準(zhǔn)和ZigBee無線單片機帶給你的,今天就可以在你手中實現(xiàn)的實實在在的現(xiàn)實場境; 面對這樣的場境,我們會感慨萬千,這不正是電子工程師們多年來的“將一切用無線連接起來的”的夢想嗎？在辦公室,復(fù)印機壞了,這邊你正著急,那邊該公司的服務(wù)人員已經(jīng)趕到了現(xiàn)場,為什么這么快？復(fù)印機內(nèi)的無線節(jié)點早就將故障的部分,維修需要的零件自動傳輸?shù)搅朔⻊?wù)的公司;家里的地上管道漏水了,你并不在家,但無線傳感器迅速知道了情況,一邊自動通知無線水表關(guān)閉進水閥門,一邊發(fā)出短信,通知主人,這里出了什么問題…… 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)和ZigBee技術(shù)和8051無線單片機的結(jié)合,給單片機技術(shù),帶來了一場全新的革命,由此而產(chǎn)生的巨大市場和廣泛的應(yīng)用,是我們每個電子工程師都應(yīng)該關(guān)注的; 三、 投身無線的大潮,你需要的“船”和“橋” 高頻無線技術(shù),單片機技術(shù),C51編程,無線傳感器技術(shù),無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)都屬于實驗技術(shù)和實用技術(shù),具體的掌握這些技術(shù),都需要實際的動手,通過編程序,實際調(diào)試,實際電路板,現(xiàn)場測試分析等,來真正了解技術(shù)的核心,來具備實際的經(jīng)驗; 基本而言,你需要一套實際的系統(tǒng),該系統(tǒng)可以在你的實驗室,也可以在你家里,無論是化你老板的“銀子”,還是你自己為未來進行技術(shù)投資而“自掏腰包”,這將根據(jù)你的目標(biāo),實際起步的水平,而有很大的不同。當(dāng)然,越是高級的系統(tǒng),使用會越簡單,但價格也會越不低;俗話說“舍不得孩子套不著狼”,如果你決心要盡快掌握最先進的無線技術(shù),化幾千銀子也是值得的事情;許多電子工程師/單片機工程師在熟悉8位單片及技術(shù)后,開始自己學(xué)習(xí)ARM等32位單片機技術(shù),也自己花費多達幾千人民幣購買ARM開發(fā)工具,在家建立自己的ARM開發(fā)平臺;其實,從上面的討論我們可以看出：從電子/單片機技術(shù)發(fā)展的眼光來,單片機從8位到32位的的發(fā)展,主要是在運行速度上的量的改變,而單片機的無線化和無線網(wǎng)絡(luò)化集成,才是單片機在質(zhì)的方面的飛躍,如果講到單片機工程師應(yīng)該朝那方面進一步發(fā)展的話,學(xué)無線比學(xué)ARM更重要,更緊迫; 從知識準(zhǔn)備來講,可以直接讀無線單片機的各種數(shù)據(jù)手冊,也可以看看有沒有象《無線通訊的入門和實戰(zhàn)》這樣類似的無線通俗讀物,可惜目前這類實用的無線書籍太少了,希望我們的大學(xué)教授們,多出一些實用的書籍,目前書店的無線類書籍大多是理論,各種復(fù)雜的計算公式,讓人看起來非常吃力。但如何去象開發(fā)單片機一樣,實實在在的做程序,做電路板,去調(diào)試。測試,最后做一個實際的無線產(chǎn)品,在這些書籍中很難發(fā)現(xiàn),而這才是我們電子工程師最需要的東西; 從硬件上講,建立這個實驗室需要的必須條件是：
1 一臺PC機 能運行WINDOWS XP,任何中文/英文板本, 40G以上的硬盤,普通光盤驅(qū)動器,USB口,速度800M以上就可以工作; 不必很新的電腦,一臺舊電腦工作也沒有問題; 2 一臺C51RF-3型cc2430無線單片機開發(fā)系統(tǒng)
這也是目前是市面上唯一可以買到地地道道的高質(zhì)量國產(chǎn)貨(通過www.c51rf.com你可以立即買到現(xiàn)貨),在今天這個信息時代,無線開發(fā)系統(tǒng)也不再只是“老外”們的專利,地處西部的成都無線龍通訊公司,在CC2430芯片實際上市之日,同步完成了全部開發(fā)系統(tǒng)的設(shè)計工作,而且同時提供全部802.15.4標(biāo)準(zhǔn)和ZigBee網(wǎng)絡(luò)庫文件/C51源代碼,價格低于國外同類產(chǎn)品; 你只要將開發(fā)系統(tǒng)C51RF-3實時在線仿真器通過USB接口直接連接到你的電腦,同時,通過10線仿真電纜連接到CC2430ZigBee無線單片及目標(biāo)板,(無線龍C51RF-3開發(fā)系統(tǒng)隨開發(fā)系統(tǒng)提供了兩個經(jīng)過全部高頻測試的CC2430無線目標(biāo)模塊)就方便的完成了連接;無需其他的直流電源; 3 IAR 7.20 以上C51開發(fā)環(huán)境 該開發(fā)平臺非常類似KELL的開發(fā)平臺,如果你熟悉KELL的C51開發(fā)平臺,你應(yīng)該非常容易去使用和非常喜歡這個功能強大的類似的IDE/DEBUG平臺; 4 一個萬用表 當(dāng)你完成連接后,你已經(jīng)擁有了自己的無線網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品開發(fā)平臺,采用這個平臺,你可以在家使用cc2430系列ZigBee 無線單片機(如果你選擇c51rf-3)開發(fā)許多帶有無線網(wǎng)絡(luò)功能的無線產(chǎn)品;你完全不用去考慮這是工作在2.4Ghz的高頻產(chǎn)品,只要你會8051,你就可以在這個無線平臺上,自由飛翔,開發(fā)你希望的無線產(chǎn)品;采用這個低價格的開發(fā)系統(tǒng),你照樣可以開發(fā)出國外在價值幾十萬的無線網(wǎng)絡(luò)實驗室里開發(fā)的,同樣功能的高級無線通訊產(chǎn)品; 當(dāng)然,這只是一個基本的平臺,如果你有條件,你可以選擇下面的配備： 5 Protel 99等電路板設(shè)計軟件,設(shè)計你自己的電路板; 6 一臺示波器,觀查微處理器的低頻數(shù)字信號; 7 成本的C51RF-3-F型ZigBee/802.15.4無線協(xié)議分析儀器,該協(xié)議分析儀和國外專業(yè)ZigBee/802.15.4無線協(xié)議分析儀器相同,采用USB高速連接PC,可以方便/快捷觀察在空氣中間傳輸?shù)臒o線數(shù)據(jù)包裝,使你的無線網(wǎng)絡(luò)調(diào)試/測試更加方便,而價格只有國外同類產(chǎn)品的1/10。 （來源：電子工程專輯） |
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