ZigBee技術及應用

ZigBee技術及應用

2007年北京航空航天大學出版社出版圖書
《ZigBee技術及應用》,作者瞿雷、劉盛德、胡鹹斌,北京航空航天大學出版社2007年9月出版。多年來,無線通信業一直緻力于高速寬帶無線通信技術的研究和開發,高速無線通信技術和産品層出不窮,且速率越來越高,距離越來越遠;市場的導向使人們對高速無線通信技術更加“偏愛”,而低速無線通信領域卻受到了一些冷遇。
  • 書名:ZigBee技術及應用
  • 别名:
  • 作者:瞿雷,胡鹹斌
  • 類别:單片機與嵌入式系統→無線通信技術
  • 原作品:
  • 譯者:
  • 出版社:北京航空航天大學出版社
  • 頁數:
  • 定價:
  • 開本:787×1092 1/16開
  • 裝幀:
  • ISBN:978-7-81124-218-8
  • 價格:62元
  • 字數:973千字

簡介

圍繞ZigBee技術的理論和應用作較全面的介紹。在簡要介紹無線組網通信技術的基礎上,第2章詳細介紹了ZigBee協議棧的基礎――IEEE 802.15.4無線個域網協議;第3章對ZigBee協議規範1.0版本進行了闡述。從第4章開始,分别介紹基于單片RF收發器和SoC方式的一些典型ZigBee技術實現平台,主要産品有Freescale公司的MC13192/MC13193,Chipcon公司(已被TI公司收購)的CC2420、CC2430和Ember公司的EM250,對其芯片的特性、功能和應用等進行了描述。第8章介紹MC13192的一個應用實例;第9章是CC2420 ZigBee DK開發套件的介紹。

前言

然而,無線通信應用是多領域、廣範圍的,在很多應用場合,如工業控制、無線監測、無線傳感器網絡、家居無線監控等,并不需要太高的通信速率,而是在成本、功耗、體積、可靠性等方面有着更苛刻的要求。随着泛在網絡設想和普适計算理念的提出,無所不在的無線通信需求變得越來越迫切,低速、近距離的無線通信技術和産品同樣有着廣闊的市場前景。近年來,很多公司和組織投入到這一領域,新的技術和産品層出不窮。正是在這樣一個無線通信技術快速發展的時代,ZigBee技術應運而生。

2000年12月,IEEE成立了802.15.4工作組,負責低速無線個域網(LRWPAN)的物理層和MAC層協議的研究和制定;2003年,工作組正式發布了低功耗、低速率的無線網絡通信協議IEEE802.15.4。2002年8月,由英國Invensys公司、日本三菱電氣公司、美國Motorola公司和荷蘭Philips公司共同發起成立了ZigBee聯盟,緻力于以IEEE802.15.4MAC和物理層協議為基礎,進行ZigBee技術的網絡層和高層應用規範的制定、設備測試和市場推廣工作,實現各家産品的相互兼容,以期與其他類似無線通信産品相抗衡并迅速拓展在這一領域的市場。

ZigBee聯盟的成立,為ZigBee的發展奠定了堅實的基礎,創造了良好的條件。這種以标準化的開放技術架構為基礎的産品,正迎合了市場的需要,符合當今全球技術發展的潮流。如今,ZigBee聯盟已經吸引了全世界上百家芯片制造商、無線設備商和開發商的加盟;符合ZigBee規範的新産品在不斷推出,這一領域正迸發出勃勃生機。

什麼是ZigBee?有人會說,ZigBee就是一種近程的無線個域網技術;也有人說,它是無線傳感器網絡技術。我們認為,這些說法已是片面之詞。雖說無線傳感器網絡是ZigBee技術一個潛在的、巨大的應用方向,ZigBee技術的基礎也架構在IEEE802.15.4無線個域網協議之上;但由于市場的推動和技術的拓展,ZigBee的應用範圍遠不止于此。無線Mesh技術與ZigBee技術的結合,構造了結構靈活、易于擴展的自組織網絡拓撲,使得ZigBee的應用完全打破了個域網的應用範疇,延伸到了更廣闊的應用空間。

出于對ZigBee技術的共同興趣,我們合作編寫了此書。瞿雷負責第1章和第7~9章的編寫工作;胡鹹斌負責第2章和第3章的編寫工作;劉盛德負責第4~6章的編寫工作。全書由瞿雷和劉盛德策劃,最後由瞿雷統稿。本書相關章節以主要參考資料和芯片生産廠家的數據手冊為基礎,進行了全面的融會貫通和重新構思,也從中汲取了許多有益的内容。另外,孫玉才和益曉新教授、潘焱副教授也對此書的編寫提出了許多有益的見解。在此對所有幫助過我們的人表示衷心的感謝。

由于水平有限,加之時間倉促,書中難免有疏漏和錯誤之處,敬請讀者不吝賜教。如果本書能夠縮短讀者對ZigBee技術的了解和入門的時間,能夠對研發ZigBee設備的讀者提供一些參考,能夠對推動我國ZigBee技術的發展有一點點幫助,都将是對我們最大的肯定和鼓勵。

目錄

第1章ZigBee技術概述

1.1引言1

1.2無線組網通信2

1.3幾種近距離無線通信技術3

1.4ZigBee是什麼5

1.5ZigBee能幹什麼6

1.6ZigBee的主要特性7

1.7ZigBee産品示例9

1.8ZigBee基礎10

1.8.1低速無線個域網LRWPAN的特點10

1.8.2ZigBee中的設備11

1.8.3ZigBee網絡拓撲11

1.8.4ZigBee協議架構13

1.8.5服務原語14

第2章IEEE802.15.4标準

2.1物理層規範15

2.1.1物理層概述15

2.1.2物理層服務規範15

2.1.3物理層數據格式19

2.1.4物理層的常量和屬性19

2.1.52.4GHz頻段的物理層技術20

2.1.6868/915MHz頻段的物理層技術21

2.1.7通用射頻規範22

2.2MAC層規範22

2.2.1MAC層服務規範23

2.2.2MAC層幀格式46

2.2.3MAC層命令幀52

2.2.5MAC層功能描述56

2.2.6MAC層安全規範78

2.3.7MACPHY信息交互流程87

第3章ZigBee規範

3.1應用層規範95

3.1.1應用層規範概述95

3.1.2ZigBee應用支持子層(APS)99

3.1.3ZigBee應用框架111

3.1.4ZigBee設備配置文件121

3.1.5ZigBee設備對象(ZDO)142

3.2網絡層規範151

3.2.1網絡層規範概述151

3.2.2網絡層服務規範152

3.2.3網絡層幀格式166

3.2.4網絡層命令幀167

3.2.5網絡層功能詳述169

3.3安全服務規範197

3.3.1安全服務規範概述197

3.3.2MAC層安全服務201

3.3.3NWK層安全服務203

3.3.4APS層安全服務205

3.3.5安全處理公共基礎215

3.3.6安全服務功能詳述216

第4章MC13192/MC13193RF收發器

4.1概述227

4.1.1主要特性227

4.1.2軟件支持228

4.1.3模塊框圖及引腳配置228

4.1.4數據傳送模式和包結構231

4.1.5接收和發送路徑231

4.2系統層MOMEM操作系統232

4.2.1電源連接232

4.2.2測試引腳SM與複位使用方法233

4.2.3與MCU之間的接口233

4.2.5GPIO特性235

4.2.6MC13192/MC13193數字信号特性彙總236

4.2.7收發器RF接口操作和外部連接236

4.2.8低功耗問題237

4.3SPI寄存器242

4.3.1概述242

4.3.2強制寄存器初始化242

4.3.3寄存器模型242

4.3.4寄存器詳細介紹245

4.4行外部設備接口(SPI)269

4.4.1概述269

4.4.2SPI基本操作270

4.4.3SPI單個處理272

4.4.4符号/數據格式273

4.4.5SPI遞歸處理273

4.4.6程序複位(寫寄存器地址0x00)277

4.5操作模式277

4.5.1概述277

4.5.2低功耗模式279

4.5.3主動模式281

4.5.4運行頻率291

4.5.5發送功率調整291

4.5.62.4GHz鎖相環(PLL)解鎖中斷292

4.6計數器信息292

4.6.1事件計數器模塊292

4.6.2事件計數器時基293

4.6.3設置當前計數值294

4.6.4讀當前計數值294

4.6.5鎖存時間标記294

4.6.6事件計數器比較器295

4.6.7預期的事件計數器用法296

4.7中斷298

4.7.1中斷源與輸出引腳IRQ298

4.7.2狀态位pll_lock_irq及其操作300

4.7.3狀态位attn_irq及其中斷操作301

4.7.4退出低功耗模式的中斷301

4.8各種功能301

4.8.1複位功能301

4.8.2通用I/O302

4.8.3晶體振蕩器303

4.8.4時鐘輸出引腳CLKO305

4.8.5輸入引腳ATTN305

4.9應用306

4.9.1晶體振蕩器基準頻率306

4.9.2典型電路306

4.9.3晶振規格308

4.10電氣特性309

4.10.1極限參數309

4.10.2推薦條件309

4.10.3直流電氣特性310

4.10.4交流電氣特性310

第5章CC2420RF收發器

5.1概述312

5.2主要特性312

5.3引腳配置313

5.4電路描述316

5.5IEEE802.15.4調制方式317

5.6配置簡述319

5.7評估軟件319

5.84線串行配置和數據接口319

5.8.1引腳配置319

5.8.2寄存器存取319

5.8.3狀态字節321

5.8.4選通命令321

5.8.5RAM存取321

5.8.6FIFO存取323

5.8.7SPI的多個存取323

5.9微控制器接口和引腳描述324

5.9.1配置接口324

5.9.2接收模式324

5.9.3RXFIFO溢出326

5.9.4發送模式326

5.9.5總控和引腳狀态327

5.10解調器、符号同步和數據判定327

5.11幀格式328

5.11.1同步頭328

5.11.2幀長度域329

5.11.3MAC協議數據單元329

5.11.4幀校驗序列330

5.12RF數據緩沖330

5.13地址識别332

5.14應答幀333

5.15無線通信控制狀态機334

5.16MAC安全操作334

5.16.1密鑰334

5.16.2當前時間/計數器336

5.16.3單獨加密336

5.16.4内嵌式安全操作336

5.16.5CTR337

5.16.6CBCMAC337

5.16.7CCM338

5.16.8時序338

5.17線性中頻和自動增益控制338

5.18RSSI/能量檢測338

5.19鍊路質量指示339

5.20空閑信道評估339

5.21頻率和信道編程設置340

5.22電壓控制振蕩器和鎖相環自校準340

5.23輸出功率編程設置341

5.24晶體振蕩器341

5.25輸入/輸出匹配342

5.26發送測試模式342

5.26.1未調制的載波342

5.26.2已調制的頻譜342

5.27系統考慮和指導方針344

5.28印刷電路闆設計建議346

5.29天線的考慮346

5.30配置寄存器347

5.31測試輸出信号363

5.32應用電路366

5.33極限參數369

5.34運行條件369

5.35電氣規範370

第6章CC2430片上系統

6.1概述374

6.2主要特性375

6.3引腳和I/O口配置375

6.48051CPU378

6.4.1簡介378

6.4.2複位378

6.4.3存儲器378

6.4.4特殊功能寄存器383

6.4.5CPU寄存器和指令集387

6.4.6中斷387

6.4.7振蕩器和時鐘391

6.5外部設備391

6.5.1I/O口391

6.5.2DMA控制器399

6.5.3MAC計數器407

6.5.4AES(高級加密标準)協處理器412

6.5.5USART416

6.6無線模塊423

6.6.1IEEE802.15.4調制方式424

6.6.2選通命令425

6.6.3RF寄存器425

6.6.4中斷426

6.6.5FIFO存取427

6.6.6DMA428

6.6.7接收模式428

6.6.8FIFO溢出429

6.6.9發送模式429

6.6.10總控和狀态430

6.6.11解調器、符号同步器和數據判定430

6.6.12幀格式430

6.6.13同步頭431

6.6.14幀長度域432

6.6.15MAC協議數據單元432

6.6.16幀校驗序列432

6.6.17RF數據緩沖器433

6.6.18地址識别434

6.6.19應答幀434

6.6.20無線控制狀态機435

6.6.21MAC安全操作437

6.6.22線性中頻和自動增益控制設置437

6.6.23接收信号強度指示器/能量檢測437

6.6.24鍊路質量指示437

6.6.25空閑信道評估438

6.6.26頻率和信道編程設置438

6.6.27電壓控制振蕩器和鎖相環自校準439

6.6.28輸出功率編程設置439

6.6.29輸入/輸出匹配439

6.6.30發送測試模式440

6.6.31印刷電路闆設計建議441

6.6.32天線的考慮442

6.6.33CSMACA/選通處理器442

6.6.34無線寄存器450

6.6.35無線測試輸出信号463

6.7系統考慮和指導方針464

6.8應用電路464

6.9極限參數466

6.10運行條件466

6.11電氣規範467

6.11.1特性概述468

6.11.2RF接收469

6.11.3RF發送470

6.11.432MHz晶體振蕩器470

6.11.532.768kHz晶體振蕩器470

6.11.6低能耗RC振蕩器471

6.11.7高速RC振蕩器471

6.11.8頻率合成器471

6.11.9模拟溫度傳感器472

6.11.108~14位ADC472

6.11.11控制輸入交流特性473

6.11.12SPI交流特性473

6.11.13調試接口交流特性474

6.11.14口輸出交流特性474

6.11.15計數器輸入交流特性475

6.11.16直流特性475

第7章EM250片上系統

7.1概述476

7.2主要特性477

7.3引腳配置與說明478

7.4頂層功能482

7.5系統模式功能483

7.5.1接收(RX)信道483

7.5.2發送(TX)信道484

7.5.3集成的MAC模塊484

7.5.4包跟蹤接口485

7.5.5微控制器XAP2b485

7.5.6嵌入的存儲器485

7.5.7加密加速器487

7.5.8複位檢測487

7.5.9上電複位487

7.5.10時鐘源488

7.5.11随機數發生器489

7.5.12看門狗計時器489

7.5.13睡眠計時器490

7.5.14電源管理490

7.6應用模式功能描述490

7.6.1GPIO491

7.6.2串行控制器SC1500

7.6.3串行控制器SC2519

7.6.4通用計數器535

7.6.5ADC模塊550

7.6.6事件管理器552

7.6.7集成穩壓器555

7.7SIF模塊編程設置和調試接口556

7.8典型應用556

7.9寄存器地址表557

7.10電氣特性561

7.10.1極限參數561

7.10.2工作條件561

7.10.3環境特性561

7.10.4直流特性562

7.10.5交流特性563

第8章ZigBee光感應節點開發實例

8.1引言565

8.2光傳感節點的功能566

8.3tinyos操作系統和nesC語言570

8.4光傳感節點的實現571

8.4.1評估闆硬件簡介571

8.4.2ZigBee協議棧總體結構571

8.4.3協議層的實現573

8.4.4LSM應用實現573

第9章CC2420開發套件2.4GHzZigBeeDevelopmentKit

9.1簡述575

9.2開發套件組成575

9.3開發套件的主要特性與接口578

9.4使用CC2400EB和CC2320EM的ZigBee包探測軟件582

9.5使用帶有ZStack的CC2420DB演示闆584

9.6CC2420DBZigBee應用開發環境586

9.7JTAGICE587

9.8在系統編程588

9.9故障排查589

附錄縮略語590

參考文獻595

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