Microchip MRF24J40 ZigBee解决方案

Microchip 的MRF24J40是支持MiWi™, ZigBee™和其它有所有权协议的IEEE 802.15.4-2003兼容的2.4GHz收发器. MRF24J40集成了无线RF,PHY层基带和MAC层,能和简单的微控制器(MCU)一起应用在低速率的地方,包括家庭自动化,消费类电子,PC外设,玩具和工业自动化等. MRF24J40器件在单片内集成了接收器,发送器,VCO和PLL.它采用先进的无线电收发器架构,最大限度地降低外接元件和功耗. MRF24J40的MAC/基带提供用于IEEE 802.15.4 MAC 和 PHY层的硬件架构,主要包括TX/RX FIFO, CSMA-CA控制器,超帧构造,接收帧滤波器,安全引擎和数字信号模块. MRF24J40采用40引脚QFN 6x6mm封装.
本解决方案还提供用于演示Microchip ZigBee 协议解决方案的PICDEM Z 演示工具包. PICDEM Z 工具包内含两个ZigBee 节点，每个节点均预编程了演示网络 协调器（Coordinator）和精简功能器件（Reduced Function Device， RFD）应用。每个节点由两块板组成——一块母板和一块RF 卡。PICDEM Z 母板设计为支持不同的类型的RF 收发器。还给出了母板和RF卡的电路图以及材料清单(BOM).

MRF24J40 IEEE 802.15.4™ 2.4 GHz RF Transceiver

The MRF24J40 is an IEEE 802.15.4-2003 compliant transceiver supporting MiWi™, ZigBee™ and other proprietary protocols. The MRF24J40 integrates wireless RF, PHY layer baseband and MAC layer architectures that can be combined with a simple microprocessor to apply low data rate to a multitude of applications that include home automation, consumer electronics, PC peripherals, toys, industrial automation and more. The MRF24J40 device integrates a receiver, transmitter, VCO and PLL into a single integrated circuit. It uses advanced radio architecture to minimize external part count and power consumption. The MRF24J40 MAC/baseband provides hardware architecture for both IEEE 802.15.4 MAC and PHY layers. It mainly consists of TX/RX FIFOs, a CSMA-CA controller, superframe constructor, receive frame filter, security engine and digital signal processing module. The MRF24J40 is fabricated by advanced 0.18 m CMOS process and is offered in a 40-pin QFN 6x6 mm2 package. Features are summarized in Table 1-1 and the pinout for this device is listed in Table 1-2.

The MRF24J40 consists of four major functional blocks:

1. An SPI interface that serves as a communication channel between the host controller and the
MRF24J40.

2. Control registers which are used to control and monitor the MRF24J40.

3. The MAC (Medium Access Control) module that implements IEEE 802.3™ compliant MAC logic.

4. The PHY (Physical Layer) driver that encodes and decodes the analog data.

The device also contains other support blocks, such as the on-chip voltage regulator, security module and system control logic.

表1.1:MRF24J40的器件特性:



FIGURE 1: MRF24J40 架构方框图



Fig.2 MRF24J40 应用电路图



下面简单介绍PICDEM Z 演示工具包的主要性能和电路图以及材料清单(BOM).

PICDEM Z 演示工具包（下称PICDEM Z 工具包）设计用于演示Microchip ZigBee 协议解决方案。PICDEM Z 工具包内含两个ZigBee 节点，每个节点均预编程了演示网络协调器（Coordinator）和精简功能器件（Reduced Function Device， RFD）应用。每个节点由两块板组成——一块母板和一块RF 卡。PICDEM Z 母板设计为支持不同的类型的RF 收发器。随着时间的推移， Microchip 将增加对新的RF 收发器的支持。如需获得所支持的RF 收发器的完整清单，请访问Microchip 网站。

除了演示标准ZigBee 功能外， PICDEM Z 工具包还可用于开发基于ZigBee 协议的用户定制应用。该工具包内含Microchip ZigBee 协议堆栈的完整源代码。Microchip 应用笔记AN965， Microchip Stack for the ZigBee™ Protocol（DS00965）详细介绍了Microchip 堆栈。

PICDEM Z 演示工具包配备有：

1. 单片机插槽（U4）：提供了40 引脚和28 引脚DIP 插槽供用户插入所需确Microchip PIC18 单片机。电路板出厂时配有一枚PIC18LF4620 高性能单片机， 时钟频率为4 MHz，预编程有采用Microchip 堆栈的演示应用固件。演示工具包 内的每块板上装有一枚单片机，并带有标签，指明它是ZigBee 网络协调器或 ZigBee RFD。

2. 温度传感器（U3:TC77）：这是一枚带有SPI 接口的Microchip 5 引脚温度传感 器。

3. 用户自定义LED （D1， D2）：这两个LED 由单片机的数字I/O 引脚驱动，可用 于模拟数字输出到一枚嵌入式器件。这两个LED 由跳针JP2 和JP3 使能/ 禁 止。缺省时，这两个LED 由通过PCB 走线永久短接的跳针使能。需要时，用户可切断PCB 走线并安装自己的跳针。

4. 用户自定义按扭（S2， S3）：这两个开关连接到单片机的数字I/O 引脚，在嵌 入式应用中可用来模拟数字输入。这些开关不具备外部上拉电阻，因此用户必须 使能内部上拉选项才能正确读取开关状态。

5. Reset 按钮（S1）：此开关连接到单片机的MCLR 引脚，用于对电路板进行复 位。

6. RJ-11 （6 线）模块化接头（J5）：此接头使演示板可连接到Microchip MPLAB ICD 2 系统进行高级单片机调试和编程。

7. RS-232 （DB9F）接头（P1）：此接头使演示板可连接到任何其他电路板或 PC 串行端口。预编程的演示应用固件使用此接头与PC 机通讯，并提供应用配 置选项。需要时，用户可通过断开J3 跳针处的PCB 走线，将电路板上RS-232 驱动电路与单片机断开。

8. RF 卡接头（J2）：此共用接头可连接所有支持的RF 卡。它提供+3.3V DC、 SPI 总线以及几个分立的数字I/O 控制信号。

9. 实验布线区：提供了实验布线区用以制作额外开发电路的模型。该实验布线区提 供+3.3V DC、接地以及一枚单片机的所有I/O 口的连接。

10. 板上电源：电路板上配备9V DC 至3.3V DC 的稳压器，额定电流为100 mA。该电路板可通过外接9V DC 输入（J1）供电，也可通过板上9V 电池（B1）供 电。电路板上有一个二极管，可在电源极性不慎接反时提供保护。当使用9V 电池为电路板供电时，必须将S7 开关置于ON 状态。2.5 mm 9V DC 插座的接线方式为：当插入9V DC 插头时，板上电池即自动从电路中断开。

11. 测量电路（JP4）：此跳针可用于测量流过电路板上所有电路的电流。缺省时， 此跳针通过PCB 走线短接。如需测量电流，断开JP4 走线并在JP4 端口之间接 入一个安培表。用户也可在R9 处安装自行选定的电阻，测量R9 两端的电压并 计算出电流值。

12. 节点ID：此惟一序列号由预编程演示应用固件使用，以创建一个惟一的64 位扩 展介质访问控制（Medium Access Control， MAC）地址。该电路板的扩展MAC 地址可通过连续配置或修改固件进行更改。

下图为演示板外形图:



PICDEM Z 母板原理图



PICDEM Z 母板材料清单（BOM）



PICDEM Z 2.4 GHz RF 卡原理图