Система на кристалле СС430: вычислительная мощь плюс радиочастотный канал

Беспроводные технологии активно применяются в мобильной связи, интернете, системах навигации; коммунальные службы используют их для сбора данных со всевозможных счетчиков (электричества, воды, тепла). В свободной продаже начинают появляться беспроводные счетчики, охранные и пожарные системы, системы управления домашней техникой для реализации концепции «умный дом».

Бурное развитие применения радиочастотных (РЧ) технологий наблюдается в системах промышленной автоматизации и автоматизации производства, а также для сбора и передачи данных и организации каналов связи в системах управления промышленными установками.

Специально для портативных применений, требующих длительного времени автономной работы, компания Texas Instruments объединила на одном кристалле трансивер СС1101 и экономичный микроконтроллер MSP430. Добавив РЧ-канал передачи данных, получили СС430 (рис. 1).

Рис. 1. Структурная схема СС430

СС430

CC430 представляет собой систему на кристалле (SoC). В одном 48- или 64-выводном корпусе QFN (размеры 7х7 и 9х9 мм, соответственно) объединены современный 16-битный микроконтроллер MSP430F5xx и РЧ-модуль RF1A (рис. 1.), созданный на основе популярного трансивера CC1101 и обладающий идентичными СС1101 РЧ-характеристиками. В настоящее время семейство составляют восемь различных SoC, характеристики которых представлены в таблице 1.

Микросхемы обладают превосходными электрическими характеристиками:

• Напряжение питания составляет 1,8...3,6В;
• Потребляемый ток без учета трансивера в активном режиме составляет 180мкА/МГц; 1,7мкА- в дежурном режиме и 1мкА- в спящем режиме.

Данные характеристики в сочетании с возможностью возобновления активной работы из дежурного режима за время менее 5 мкс делают возможным применение рассматриваемых SoC в устройствах, которые должны работать без замены батареи питания 10 и более лет. К числу таковых относятся беспроводные датчики (дыма, разбития стекла, присутствия и др.), измерительные приборы с дистанционным считыванием, беспроводные пульты, активные метки систем РЧ-идентификации и мониторинга. Помимо представленных в таблице 1 модулей, все микросхемы имеют:

• Конфигурируемую систему управления электропитанием;
• Унифицированную систему синхронизации, такую же, как и у CC1110/11, но с более гибкой организацией и рядом дополнительных возможностей;
• Два 16-битных таймера с режимами захвата/сравнения;
• Модуль последовательных интерфейсов с двумя каналами (первый канал- UART, IrDA или SPI; второй канал- SPI или I²C);
• Часы реального времени;
• Аппаратные модули расчета CRC-16, умножения и шифрации/дешифрации по алгоритму AES128;
• Трехканальный контроллер прямого доступа к памяти;
• Аналоговый компаратор;
• Сторожевой таймер и современную отладочную систему с доступом через интерфейс JTAG или Spy-Bi-Wire.

Широкие возможности и миниатюрный корпус делают семейство CC430 технологической платформой для создания в кратчайшие сроки современной РЧ-продукции с рядом конкурентных преимуществ - компактность, низкая стоимость и улучшенные функциональные возможности.

Применение СС430

Система на кристалле СС430 находит практическое применение в следующих областях:

• Автоматизация зданий (отопление, вентиляция, кондиционирование);
• Домашняя автоматизация (пульты управления телевидением, портативные устройства, управление бытовыми приборами);
• Медицина (биодатчики, диагностика пациента, тревожные кнопки);
• Периферия ПК (клавиатура, мышь, джойстик);
• Промышленное управление и мониторинг (удаленный контроль оборудования, промышленная автоматика);
• ЖКХ, управление освещением (мониторинг систем, учет электроэнергии, воды, отопления);
• Системы безопасности (датчики, контроль доступа, контроль помещений).

Аппаратные и программные средства разработки

Всесторонняя техническая поддержка является эффективным инструментом популяризации продукции, и компания TI успешно им пользуется. Помимо большого числа рекомендаций по применению и бесплатного программного обеспечения (ПО), пользователю доступны недорогие аппаратные средства, с помощью которых можно в кратчайшие сроки выполнить полный цикл разработки устройств, в том числе беспроводных, на базе СС430.

eZ430-Chronos - средство разработки для беспроводных приложений, выполненное в виде наручных часов (рис. 2), которые созданы на базе CC430F6137 - системы на кристалле с РЧ-модулем, работающим в диапазоне частот до 1 ГГц. В часы также встроены 96-сегментный ЖКИ, датчик давления, трехосевой акселерометр, высотомер и датчик температуры.

Рис. 2. Часы eZ430-Chronos как средство разработки

В типовой комплект поставки входят:

• Часы с CC430F6137;
• USB-программатор/отладчик EZ430;
• USB-точка доступа на базе СС1111, подключаемая к компьютеру;
• Отвертка для демонтажа;
• Два дополнительных винта;
• Запасная батарейка CR2032;
• Диск с описанием и ПО.

Часы выпускаются в трех исполнениях для разных частотных диапазонов (433, 868 и 915 МГц).

EM430F6137RF900 - законченное средство для разработки беспроводных приложений на базе СС430, которое содержит все необходимые аппаратные средства. Основные компоненты комплекта поставки:

• Две беспроводные целевые платы с диапазоном до 1ГГц;
• Две внешних антенны;
• Диск с необходимым ПО.

SmartRF Studio - этот полезный инструмент, который помогает проектировщикам беспроводных систем оценить различные РЧ-модули на ранней стадии разработки, представляет собой приложение для персонального компьютера (ПК), работающее с беспроводными оценочными наборами TI на базе РЧ-микросхем CCxxxx, в том числе СС430. Запускается под Windows и взаимодействует с отладочной платой, подключенной к компьютеру посредством USB или параллельного порта. Отладочная плата, в свою очередь, подключается по РЧ-каналу к оценочным платам с установленными РЧ-модулями. Программа предлагает удобный пользовательский интерфейс для доступа к регистрам настройки РЧ-модуля, что полезно для быстрого тестирования и настройки параметров РЧ-канала. Для ознакомления или изменения параметров регистров настройки без возможности их проверки SmartRF Studio может использоваться и без аппаратных средств.

SmartRF Protocol Packet Sniffer - перехватчик пакетов (сниффер). После установки на персональный компьютер и прошивки в плату микропрограммы, которая будет осуществлять перехват пакетов, он позволяет в удобной графической форме увидеть пакеты, отсылаемые устройствами, находящимися в рабочем радиусе действия (рис. 3).

Рис. 3. Вид окна сниффера пакетов

Перехватчик пакетов включает в себя:

• Сниффер пакетов для сетей ZigBee;
• Сниффер пакетов для сетей RF4CE;
• Сниффер пакетов для сетей SimpliciTI;
• Сниффер пакетов для универсальных протоколов (необработанные данные пакета);
• Сохранение/открытие файла с зафиксированными пакетами;
• Выбор полей, которые будут отображены или скрыты;
• Фильтрацию пакетов, которые будут отображены;
• Детализированное отображение данных, полученных по радиоканалу;
• Адресную книгу со списком всех известных узлов в сети;
• Удобная временная шкала, отображающая пакеты в той последовательности, в которой они были получены.

Поддерживаемые протоколы и аппаратные средства отображены в таблице 2.

Low power RF spectrum indicator - упрощенный анализатор спектра радиочастот (слово «индикатор» в названии призвано указать на высокую погрешность измерений). Для реализации индикатора спектра понадобятся отладочные платы CC2511EMK (2,4 ГГц) или CC1111EMK (до 1 ГГц), а также плата SmartRF04EB или программатор/отладчик CC-DEBUGGER для записи микропрограммы индикатора спектра на USB-донгл. На персональный компьютер необходимо будет установить специальное ПО. Внешний вид экрана показан на рисунке 4.

Рис. 4. Внешний вид экрана индикатора спектра

Заключение

На сайте компании Texas Instruments доступно большое количество рекомендаций по применению, готовых проектов, программных средств и библиотек, некоторые из которых были упомянуты в данной статье. Все это обеспечивает простой и эффективный процесс разработки интеллектуальных устройств со связью по радиоканалу.

Получение технической информации, заказ образцов, поставка - e-mail: [email protected]