8051装上ZigBee的车轮，单片机进军无线大市场

一、 单片机的无线化和无线网络化大趋势

芯片巨人TI公司收购无线单片机的先锋CHIPCON公司后，推出了全新概念的新一代ZigBee无线单片机 CC2430/CC2431系列和短距离通讯的新一代无线单片机CC2510/CC1110系列，这些以经典8051微处理器为内核无线单片机，也称“射频SoC(片上系统)”，以其优异的无线性能，超低功耗，超低成本，在单片机技术领域，开创了单片机无线化和无线网络化的全新时代，采用这些新型无线单片机，进行无线通讯，RFID，无线数传产品等产品设计，是开发低成本、低功耗单片机应用产品的非常理想方案。

以CC2430为代表的新一代射频SoC(片上系统)的特点是：

1 专门的设计，将全部的ZigBee/802.15.4 需要的高频部分电路全部集成到了电路内部，从无线单片机到天线之间，只有3-5个 0603的普通零件，系统设计者完成不必需要任何高频方面的经验；

2 采用特殊设计，使8051微处理器和高频线路间，实现完美的配合，数字电路对高频通讯的影响减低到最小(因为对于非常微小高频信号而言，8051就是一个很大的数字噪声源)；

3 将高速8051微处理器，32K 到128K闪存，8k SRAM多种外围电路，A/D，RTC和CC2420无线芯片等全部设计成一只非常小的芯片(48脚 7X7平方毫米大小)，真正实现了单片机的无线化，微型化，使采用这类单片机的产品可以做成微型遥控器，信用卡一样薄的微型卡片，RFID长距离卡片，能置入人体的微型传感器等等；

4 无线通讯中的需要的大量软件处理，包括纠错，防止空气中包装碰撞，IEEE 802.15.4标准通讯协议处理，网络路由，多种网络拓扑等等，都可以象“搭积木”一样，轻易放入无线单片机内部存储器中间去，由于CC2430这样的新一代无线单片机具有较大的存储空间，以CC2430-F128 为例，如果将IEEE 802.15.4的协议软件放进去，大概只需要1/4存储空间，将完整ZigBee 无线网络协议栈放入进去，也只需要1/2空间，我们还有足够空间存储我们的应用代码；

5 功耗非常低，CC2430无线单片机待机是电流消耗仅0.2UA, 在32K晶体时钟下运行，电流消耗小于1UA； 使用小型电池寿命可以长达10年；

6 价格非常低： CC2430分别包括高速8051内核，ZigBee RF硬件部分，8K SRAM,128K/6?K/32K 闪存，大量购买的分别是 4美元 到 2美元；而更加简化的CC2510/CC1100，价格会更低；从目前情况看，由于高频部分的硅成本非常低，加上非常大的生产数量，所以RF+MCU的总体价格，可能会低于普通常见8051单片机的价格；

从以上的这些特点我们看到了单片机无线化，无线网络化的大趋势，对于准备学习使用无线技术的广大单片机工程师和电子工程师而言，这是一个大好的消息，因为，从有线到无线的技术过渡中，将不再需要重新学习和熟悉单片机的结构/指令系统/编译开发工具；而直接快速进入无线产品开发的实践中去；

二、 8051的单片机，装上802.15.4标准和ZigBee智慧

作为8051兼容的无线单片机第一代产品的代表是chipcon 公司的cc1010, Nordic 公司的nRF24E1/nRF9E5。推出的时间是2004年；分别工作在300-1000mhz/2.4GHZ频道；价格在30-50人民币/每片左右；这些无线单片机由于工作可靠，技术成熟，软件丰富，所以这几年获得了非常广泛的应用，对于一般的点到点，点到多点，无线数传，和各种类似无线键盘，无线摇杆，简单遥控器，无线抄表等应用和学习无线通讯知识，教学实验等，直到今天应该仍然是很好的选择；

无线通讯(我们这里主要指短距离无线通讯和嵌入式无线通讯)的发展，需要将更多的节点通过无线联系起来，包括各种传感器网络，无线实时定位网络，射频识别网络，数字家庭网络，安全监视网络等等，这就需要解决两方面的问题：无线通讯的标准化和网络拓扑管理。

网络标准化，通俗而言就是网络节点的互通性，各种不同功能的无线网络节点需要能相互交流，相互认识，举例而言，为来家庭中，各种家电将装有无线功能，汇集成一个互通的无线网络，冰箱可能是日本的，电视是中国造，烟雾报警器可能来自美国，所有的家电通过无线汇集到家庭网关，必须要可以相互认识，才可以进行无线数据通讯，这就需要一个所有制造厂家可以遵循的标准，目前这个标准就是IEEE 802.15.4， 一个专门针对这类应用的国际标准；

网络拓扑管理，主要是建立在IEEE 802.15.4之上的网络层，包括各种网络的形态，无线网络节点可以象一个星状连接，也可以象一个葡萄串一样，串在一起，也可以象一张大网，相互连接，相互间可以从任意节点间进行通讯；这就需要在网络层能相互兼容，这就有了ZigBee, ---- 一套标准化的网络层协议规范；

802.15.4标准和ZigBee网络，已经是当今世界的技术热点，你可以在网上发现数量巨大相关信息，也可以方便的学习到这方面知识；

实现网络的标准化，管理越来越复杂的无线网络，需要有大量的软件代码来实现，也需要对无线通讯的技术的精通和大量的人力物力投入来进行开发，决非那家公司可以独自包揽，自己来完成，所以 802.15.4标准和ZigBee网络实现的代码，都是由国际标准组织和ZigBee联盟这样的机构协助组织完成的，然后以软件库，源代码库的方式提供给用户，由用户可以进行高层调用，用户加上自己的应用程序，固化到单片机中实现的；

而新一代无线单片机(象CC2430)，就是具体了全部 802.15.4标准和ZigBee无线网络结构的8051单片机，当你用USB接口连接上cc2430仿真器，(好消息，这种仿真器目前已经有国产现货了 )接上你的CC2430电路板，在IAR IDE调试环境上，装上 802.15.4标准和ZigBee网络现成软件项目文件(包括 802.15.4标准和ZigBee网络库文件，表演软件等)，编译，下载，然后运行，几秒种的时间，敲几下按键，一切OK， 神奇无比的 802.15.4标准和ZigBee网络，(数万行C51语言写成的代码，组成的软件)就在你的弹指一挥间，被你驾驭了：

需要将节点加入无线网络吗？调用 “加入网络”功能就可以了；

需要传输数据吗？数据送送入指定的缓冲区，调用需要“发送数据”功能，你立刻会知道你的数据是否发送成功，无线信号强度是多少……

需要将数据透过其他节点，向下跳棋一样，传输到远方的无线节点吗？指定节点的名字，准备好数据，调用“网状网络拓扑的数据传输”功能，数据就自动通过墙壁，绕过天花板，从一楼到10楼，将数据自动传输到最远端的无线节点，同时，不到一秒时间，你可以得到回应“数据安全送到了！！”…

听起来好象不可能，但这正是802.15.4标准和ZigBee无线单片机带给你的，今天就可以在你手中实现的实实在在的现实场境；

面对这样的场境，我们会感慨万千，这不正是电子工程师们多年来的“将一切用无线连接起来的”的梦想吗？在办公室，复印机坏了，这边你正着急，那边该公司的服务人员已经赶到了现场，为什么这么快？复印机内的无线节点早就将故障的部分，维修需要的零件自动传输到了服务的公司；家里的地上管道漏水了，你并不在家，但无线传感器迅速知道了情况，一边自动通知无线水表关闭进水阀门，一边发出短信，通知主人，这里出了什么问题……

802.15.4标准和ZigBee技术和8051无线单片机的结合，给单片机技术，带来了一场全新的革命，由此而产生的巨大市场和广泛的应用，是我们每个电子工程师都应该关注的；

三、 投身无线的大潮，你需要的“船”和“桥”

高频无线技术，单片机技术，C51编程，无线传感器技术，无线网络技术都属于实验技术和实用技术，具体的掌握这些技术，都需要实际的动手，通过编程序，实际调试，实际电路板，现场测试分析等，来真正了解技术的核心，来具备实际的经验；

基本而言，你需要一套实际的系统，该系统可以在你的实验室，也可以在你家里，无论是化你老板的“银子”，还是你自己为未来进行技术投资而“自掏腰包”，这将根据你的目标，实际起步的水平，而有很大的不同。当然，越是高级的系统，使用会越简单，但价格也会越不低；俗话说“舍不得孩子套不着狼”，如果你决心要尽快掌握最先进的无线技术，化几千银子也是值得的事情；许多电子工程师/单片机工程师在熟悉8位单片及技术后，开始自己学习ARM等32位单片机技术，也自己花费多达几千人民币购买ARM开发工具，在家建立自己的ARM开发平台；其实，从上面的讨论我们可以看出：从电子/单片机技术发展的眼光来，单片机从8位到32位的的发展，主要是在运行速度上的量的改变，而单片机的无线化和无线网络化集成，才是单片机在质的方面的飞跃，如果讲到单片机工程师应该朝那方面进一步发展的话，学无线比学ARM更重要，更紧迫；

从知识准备来讲，可以直接读无线单片机的各种数据手册，也可以看看有没有象《无线通讯的入门和实战》这样类似的无线通俗读物，可惜目前这类实用的无线书籍太少了，希望我们的大学教授们，多出一些实用的书籍，目前书店的无线类书籍大多是理论，各种复杂的计算公式，让人看起来非常吃力。但如何去象开发单片机一样，实实在在的做程序，做电路板，去调试。测试，最后做一个实际的无线产品，在这些书籍中很难发现，而这才是我们电子工程师最需要的东西；

从硬件上讲，建立这个实验室需要的必须条件是：

1 一台PC机

能运行WINDOWS XP，任何中文/英文板本，

40G以上的硬盘，普通光盘驱动器，USB口，速度800M以上就可以工作；

不必很新的电脑，一台旧电脑工作也没有问题；

2 一台C51RF-3型cc2430无线单片机开发系统

这也是目前是市面上唯一可以买到地地道道的高质量国产货(通过www.c51rf.com你可以立即买到现货)，在今天这个信息时代，无线开发系统也不再只是“老外”们的专利，地处西部的成都无线龙通讯公司，在CC2430芯片实际上市之日，同步完成了全部开发系统的设计工作，而且同时提供全部802.15.4标准和ZigBee网络库文件/C51源代码，价格低于国外同类产品；

你只要将开发系统C51RF-3实时在线仿真器通过USB接口直接连接到你的电脑，同时，通过10线仿真电缆连接到CC2430ZigBee无线单片及目标板,(无线龙C51RF-3开发系统随开发系统提供了两个经过全部高频测试的CC2430无线目标模块)就方便的完成了连接；无需其他的直流电源；

3 IAR 7.20 以上C51开发环境

该开发平台非常类似KELL的开发平台，如果你熟悉KELL的C51开发平台，你应该非常容易去使用和非常喜欢这个功能强大的类似的IDE/DEBUG平台；

4 一个万用表

当你完成连接后，你已经拥有了自己的无线网络产品开发平台，采用这个平台，你可以在家使用cc2430系列ZigBee 无线单片机(如果你选择c51rf-3)开发许多带有无线网络功能的无线产品；你完全不用去考虑这是工作在2.4Ghz的高频产品，只要你会8051,你就可以在这个无线平台上，自由飞翔，开发你希望的无线产品；采用这个低价格的开发系统，你照样可以开发出国外在价值几十万的无线网络实验室里开发的，同样功能的高级无线通讯产品；

当然，这只是一个基本的平台，如果你有条件，你可以选择下面的配备：

5 Protel 99等电路板设计软件，设计你自己的电路板；

6 一台示波器，观查微处理器的低频数字信号；

7 低成本的C51RF-3-F型ZigBee/802.15.4无线协议分析仪器，该协议分析仪和国外专业ZigBee/802.15.4无线协议分析仪器相同，采用USB高速连接PC，可以方便/快捷观察在空气中间传输的无线数据包装，使你的无线网络调试/测试更加方便，而价格只有国外同类产品的1/10。

无线

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