Система на кристалле СС430: вычислительная мощь плюс радиочастотный канал

Сергей Игнатов (КОМПЭЛ)

Как кардинально повысить функциональность и энергоэффективность промышленных портативных устройств и бытовой техники? Решение – новая платформа СС430 компании Texas Instruments. Она объединяет 16-битный микроконтроллер MSP430F5xx и РЧ-модуль RF1A, созданный на основе популярного трансивера CC1101.

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.

Таблица 1. Характеристики семейства CC430

Наименование	Flash-память*), КБайт	ОЗУ, КБайт	Контроллер ЖКИ (96 сегментов)	АЦП (12 бит, 8 каналов)	Максимальное число линий в/в	Корпус
CC430F5133	8	2	—	Есть	30	QFN-48
CC430F5135	16	2	—	Есть	30	QFN-48
CC430F5137	32	4	—	Есть	30	QFN-48
CC430F6125	16	2	Есть	—	44	QFN-64
CC430F6126	32	2	Есть	—	44	QFN-64
CC430F6127	32	4	Есть	—	44	QFN-64
CC430F6135	16	2	Есть	Есть	44	QFN-64
CC430F6137	32	4	Есть	Есть	44	QFN-64
Примечание: *) Каждая микросхема содержит дополнительно 512 байт flash-памяти для хранения кода программы перепрошивки (BootLoader) через интерфейс UART.

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.

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.