应用笔记 硬件使用指南 32 位爱特梅尔微控制器 特性 爱特梅尔 ATSAM3X8E 微控制器 爱特梅尔 AT86RF231 2.4GHz 射频收发器 2.4GHz ZigBee 前端模块 SE2431L 集成 PA 和 LNA 10/100Mbps 带有 LED 指示的以太网 8M 位 PSRAM 三个 LED 和两个机械按键 外部 5VDC 供电, 使用 micro USB AB 接口 编程 / 调试接口 : JTAG, USB, COM 口 Wi-Fi 模块连接器 简介 爱特梅尔 ZigBee PRO 与以太网和 Wi-Fi 网关是一个用来展示嵌入式 Zigbee 和以太网 /WIFI 功能的硬件平台 它提供无线网络 (ZigBee) 和有线网络 ( 以太网 ) 之间的连接, 也具备无线网络 (ZigBee) 和无线网络 (Wi-Fi) 之间的连接 图 1. ZigBee PRO 与以太网和 Wi-Fi 网关
目录 1. 套件概况... 3 1.1 组件准备... 3 1.2 供电... 3 1.3 套件编程... 4 2. 扩展接口... 5 2.1 编程接口... 5 2.2 芯片擦除接口... 5 2.3 Wi-Fi 接口... 5 3. 外围部件... 7 3.1 射频收发器... 7 3.2 前端模块... 7 3.3 以太网... 7 3.4 机械按键... 8 3.5 LED 灯... 8 3.6 PSRAM... 9 3.7 温度传感器... 10 4. 代码范例... 13 5. 版本历史... 14 2
1. 套件概况 爱特梅尔 ZigBee PRO 与以太网和 Wi-Fi 网关可用以展示爱特梅尔低成本 ZigBee 与以太网和 Wi-Fi 网关解决方案 图 1-1 显示了电路板上的外部接口 图 1-1. ZigBee PRO 与以太网和 Wi-Fi 网关总览. 1.1 组件准备 使套件所有功能完全运行, 应具备以下组件, 如表 1-1 中所示. 表 1-1. 组件准备. 组件套件天线 micro USB 线缆 RJ45 线缆 RS232 线缆 SAM-ICE SAM-ICE 适配器 功能主板用于 ZigBee 套件供电及 USB 连接以太网连接 RS232 连接调试与编程用于连接 SAM-ICE 和 PC 1.2 供电 套件需要外部提供 5V 电流可达 500mA 的电源 电路板的实际电流需求远小于 500mA, 但为了能够给可选扩展功能板供电, 仍推荐使用 500mA 的电源 电源只能通过 USB micro AB 连接器接到电路板上 5V (USB 供电电压 ) 被电路板上的 LDO 调制器降压至 3.3V 后, 为整个电路板供电 3
1.3 套件编程 可通过 JTAG, COM 口或 USB 接口来为套件编程 如何连接编程器和套件, 详见 爱特梅尔 AT2242: ZigBee PRO 与以太网 Wi-Fi 网关 入门指南 4
2. 扩展接口 爱特梅尔 ZigBee PRO 与以太网和 Wi-Fi 网关有三个扩展接口, 见表 2-1. 表 2-1. 扩展接口及功能 接口 J2 J3 J6 功能 JTAG 编程接口芯片擦除 Wi-Fi 接口 2.1 编程接口 爱特梅尔 ZigBee PRO 与 Ethernet 和 Wi-Fi 网关通过在图 1-1 所示的 JTAG 接口, 连接至外部的编程 / 调试工具可以进行编程和调试 它可以通过 SAM-ICE 适配器来连接 SAM-ICE UART 口也可以通过 SAM-ICE 适配器来连接 PC SAM-ICE 适配器的详细信息, 请参考 AVR2033: SAM-ICE 适配器 硬件使用指南 表 2-2. 编程和调试接口 JTAG. 编程接口上的管脚 JTAG 1 TCK 2 GND 3 TDO 4 P3V3 5 TMS 6 RST 7 P3V3 8 RXD 9 TDI 10 TXD 注 : RXD, TXD 用于 UART. 2.2 芯片擦除接口 芯片擦除接口 J3 用来擦除 Flash 内容 ERASE 连接至 PC0 执行 Flash 擦除操作, 要在上电后 PC0 接高电平并保持 220 毫秒以上 2.3 Wi-Fi 接口 爱特梅尔 ZigBee PRO 与以太网和 Wi-Fi 网关上的 J6 接口提供了 SPI 接口, 用以连接外部 Wi-Fi 模块. 表 2-3 列出 Wi-Fi 模块和 MCU 管脚的连接 注 : 可用的 Wi-Fi 扩展卡是 REDPINE SIGNALS 设计的 RS-SAM3S-220X 其信息可见 : http://www.redpinesignals.com/atmel/rs-sam3s.html 5
表 2-3. Wi-Fi 接口 J6. J6 上管脚 J6 上名称 MCU 管脚 1 RST PA11 2 PWR PA17 3 INTR PA15 4 - - 5 CS PA14 6 MOSI PA13 7 MISO PA12 8 SCK PA16 9 GND - 10 P3V3-6
3. 外围部件 3.1 射频收发器 爱特梅尔 ZigBee PRO 与以太网和 Wi-Fi 网关有一用于 ZigBee 的低功耗 2.4GHz 收发器 AT86RF231 它提供了真正的从 SPI 接口到天线的解决方案 除天线之外, 片内集成了所有 RF 的重要器件, 包括晶振和去耦电容 表 3-1 列出了 MCU 管脚和 AT86RF231 如何连接 表 3-1. ZigBee 连接 MCU 管脚 AT86RF231 测试点 功能 PA27 SCK TP9 PA25 MISO TP8 PA26 MOSI TP10 SPI 接口 PA28 CS TP11 PA1 IRQ TP12 来自 AT86RF231 的中断请求信号 PB21 SLPTR TP6 控制休眠, 开始发送, 接收状态 PB20 RST TP7 复位 AT86RF231 3.2 前端模块 爱特梅尔 ZigBee PRO 与以太网和 Wi-Fi 网关含有 2.4GHz ZigBee/802.15.4 前端模块 SE2431L. 它集成了输出功率可达 24dBm 的 PA 和可编程旁路直通的 LNA 它可由 AT86RF231 控制, 如表 3-2 所示 表 3-2. SE2431L 接口 SE2431L 管脚 ANT_SEL CSD CTX AT86RF231 管脚 DIG1 AVDD DIG3 3.3 以太网爱特梅尔 ZigBee PRO 与以太网和 Wi-Fi 网关使用 DM9161A 作为以太网收发器 DM9161A 是用于 100BASE-TX 和 10BASE-T 的单芯片 低功耗的物理层收发器 爱特梅尔 ZigBee PRO 与以太网和 Wi-Fi 网关上的以太网连接如表 3-3 所示 7
表 3-3. 以太网连接. MCU 管脚 DM9161A 功能 PB13 ETH_CRY 控制晶振 PB12 ETH_RST 复位 DM9161A PB0 EREFCK PB3 ETX1 PB2 ETX0 PB1 ETXEN PB6 ERX1 PB5 ERX0 EMAC 接口 PB4 ECRSDV PB7 ERXER PB8 EMDC PB9 EMDIO PA5 MDINTR 来自 DA9161A 的中断信号 3.4 机械按键 爱特梅尔 ZigBee PRO 与以太网和 Wi-Fi 网关上有三个机械按键 一个是系统复位用, 其他由用户使用 所有可由用户 使用的按键均有外部上拉, 所以使用的时候无需使用内部上拉 按键按下时, 对应的 I/O 口被短接到 GND 表 3-4. 机械按键连接. MCU 管脚 NRSTB PA18 PA19 PCB 上丝印 SW1 SW2 SW3 3.5 LED 灯 电路板上有 6 个可被打开或关闭的 LED D5 用来做电源指示灯 D2, D3, D4 用作由 DM9161A 控制的以太网指示灯 表 3-5. 硬件 LED 功能 LED D2 D3 D4 D5 功能全双工通讯 100Mbps 速率连接及工作状态电源指示 8
D6 由用户操作打开或关闭 D7 是可由用户操作的双色 LED 表 3-6. 用户可控的 LED 连接 MCU 管脚 LED PA20 D6 PB17 D7 ( 红 ) PB18 D7 ( 绿 ) 3.6 PSRAM ZigBee PRO 与以太网和 Wi-Fi 网关板载有 8M 的 PSRAM 器件型号是 IS66WV51216DBLL-55TLI 关于该 PSRAM 的更多信息, 请浏览网站 : http://www.issi.com/products-asynchronous-sram.htm 表 3-7. PSRAM 连接. MCU 管脚 PC2 PC3 PC4 PC5 PC6 PC7 PC8 PC9 PC10 PC11 PC12 PC13 PC14 PC15 PC16 PC17 PC22 PC23 PC24 PC25 PC26 PC27 PC28 PC29 PC30 PD0 PD1 PD2 PD3 PD4 PD5 PSRAM D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8 D9 D10 D11 D12 D13 D14 D15 A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 A10 A11 A12 A13 A14 9
MCU 管脚 PD6 PD7 PB10 PB11 PB24 PA29 PC18 PC21 PD10 PSRAM A15 A16 A17 A18 CS OE WE LB UB 3.7 温度传感器 温度传感电路由一个普通电阻和一个 NTC 电阻构成 NTC 电阻选自 Murata, 其部分特性见表 3-8 更多信息详见其厂家 网站 表 3-8. NTC 特性 型号 NCP18WF104J03RB Resistance (25 C) 100kΩ ±5% B-Constant (25/50 C) (reference value) 4250K ±2% B-Constant (25/80 C) (reference value) 4303K B-Constant (25/85 C) (reference value) 4311K B-Constant (25/100 C) (reference value) 4334K 表 3-9 列出了温度与电阻特性 该数据可见 Murata 的 NTC 数据手册 表 3-9. 电阻与温度 ( 取自 Murata) 温度 温度 温度 温度 -30 2197.225 0 357.012 30 79.222 60 22.224-29 2055.558 1 338.006 31 75.675 61 21.374-28 1923.932 2 320.122 32 72.306 62 20.561-27 1801.573 3 303.287 33 69.104 63 19.782-26 1687.773 4 287.434 34 66.061 64 19.036-25 1581.881 5 272.500 35 63.167 65 18.323-24 1483.100 6 258.426 36 60.415 66 17.640-23 1391.113 7 245.160 37 57.797 67 16.986-22 1305.413 8 232.649 38 55.306 68 16.360-21 1225.531 9 220.847 39 52.934 69 15.760-20 1151.037 10 209.710 40 50.677 70 15.184-19 1081.535 11 199.196 41 48.528 71 14.631-18 1016.661 12 189.268 42 46.482 72 14.101-17 956.080 13 179.890 43 44.533 73 13.592-16 899.481 14 171.028 44 42.675 74 13.104-15 846.579 15 162.651 45 40.904 75 12.635-14 797.111 16 154.726 46 39.213 76 12.187-13 750.834 17 147.232 47 37.601 77 11.757 10
温度 温度 温度 温度 -12 707.524 18 140.142 48 36.063 78 11.344-11 666.972 19 133.432 49 34.595 79 10.947-10 628.988 20 127.080 50 33.195 80 10.566-9 593.342 21 121.066 51 31.859 81 10.200-8 559.931 22 115.368 52 30.584 82 9.848-7 528.602 23 109.970 53 29.366 83 9.510-6 499.212 24 104.852 54 28.203 84 9.185-5 471.632 25 100.000 55 27.091 85 8.873-4 445.772 26 95.398 56 26.028 86 8.572-3 421.480 27 91.032 57 25.013 87 8.283-2 398.652 28 86.889 58 24.042 88 8.006-1 377.193 29 82.956 59 23.113 89 7.738 两个常用的近似工具可以用来构建温度和电阻阻值的模型 ; 它们是 B 参数和 Steinhart-Hart 方程 这两个公式的系数可 以使用表 3-9 中的数据计算 当 ADC 使用 3.3V 参考电压 有符号单端输入模式时, 不同温度的 ADC 转换结果的编码可以从表 3-10 中读取到 该计 算基于表 3-9 表 3-10. ADC 编码与温度 ( 带符号单端输入, 参考电压 3.3V) ADC 输入 [V] 温度 ADC 编码 ADC 输入 [V] 温度 ADC 编码 2.076-14 644 0.347 38 108 2.030-13 630 0.334 39 104 1.983-12 615 0.321 40 100 1.936-11 601 0.309 41 96 1.889-10 586 0.297 42 92 1.841-9 571 0.286 43 89 1.794-8 557 0.275 44 85 1.747-7 542 0.264 45 82 1.700-6 527 0.254 46 79 1.653-5 513 0.244 47 76 1.606-4 498 0.235 48 73 1.560-3 484 0.226 49 70 1.514-2 470 0.218 50 68 1.469-1 456 0.209 51 65 1.425 0 442 0.202 52 63 1.380 1 428 0.194 53 60 1.337 2 415 0.187 54 58 1.294 3 402 0.180 55 56 1.252 4 389 0.173 56 54 1.211 5 376 0.167 57 52 1.171 6 363 0.161 58 50 1.131 7 351 0.155 59 48 1.093 8 339 0.149 60 46 1.055 9 327 0.144 61 45 1.018 10 316 0.138 62 43 11
ADC 输入 [V] 温度 ADC 编码 ADC 输入 [V] 温度 ADC 编码 0.982 11 305 0.133 63 41 0.947 12 294 0.128 64 40 0.913 13 283 0.124 65 38 0.880 14 273 0.119 66 37 0.848 15 263 0.115 67 36 0.817 16 254 0.111 68 34 0.787 17 244 0.107 69 33 0.758 18 235 0.103 70 32 0.730 19 226 0.100 71 31 0.702 20 218 0.096 72 30 0.676 21 210 0.093 73 29 0.650 22 202 0.090 74 28 0.626 23 194 0.086 75 27 0.602 24 187 0.083 76 26 0.579 25 180 0.081 77 25 0.557 26 173 0.078 78 24 0.535 27 166 0.075 79 23 0.515 28 160 0.073 80 23 0.495 29 154 0.070 81 22 0.476 30 148 0.068 82 21 0.458 31 142 0.065 83 20 0.440 32 137 0.063 84 20 0.423 33 131 0.061 85 19 0.407 34 126 0.059 86 18 0.391 35 121 0.057 87 18 0.376 36 117 0.055 88 17 0.361 37 112 0.053 89 17 12
4. 代码范例 该范例应用基于 Atmel BitCloud BitCloud 的详细信息可见 : http://www.atmel.com/tools/bitcloud-zigbeepro.aspx. 该代码范例的详细信息, 请看应用笔记 Atmel AT2242: ZigBee PRO 与以太网和 Wi-Fi 网关 入门指南 13
5. 版本历史 版本日期更改日志 32199A 01/2013 最初版本发布 14
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