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选择适合的WiFi方案——Ti CC3100 BoosterPack开发模块评测
发布时间:2015-02-27
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选择适合的WiFi方案——Ti CC3100 BoosterPack开发模块评测
发布时间:2015-02-27
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2015年伊始,智能设备产业依然表现出一片“兴兴向荣”的景象,依然坚而挺。各种创意的智能设备活跃在生活中的各个领域,而让人感叹的是,目前智能设备的首要通信手段依旧是以WiFi为主。无论是老牌企业或者是新创业公司,要想完成一个智能设备的项目,如何选择WiFi的通信方案依旧是一个值得探索的问题。

如果简单的区分一下,工程师会根据实际项目的功能选择是否采用单一的WiFi Soc单芯片方案亦或是WiFi网络处理芯片+外部微控制器方案,前者可以有更低的功耗,更高的集成度,而后者则能实现更多的功能,更灵活的搭配,但是无论何种选择,工程师依旧会根据产品实际的功能、功耗、适用性、成本等因素不断的调整电路结构、组成,以完成最佳的WiFi方案优化。

不久前,爱板网有幸在e络盟电子拿到Ti的一套WiFi 开发模块——CC3100 BoosterPack。这是一个基于WiFi网络处理芯片的开发模块,需要相应的微控制器配套实现WiFi通信功能,如果有工程师用过Ti 的CC3000 产品,那对CC3100应该不会陌生,CC3100完全可以看做是CC3000的升级版本,只是把以前CC3000需要外置的DCDC, SWITCH, PA等都集成了进去。另外,据笔者了解,Ti还有一套WiFi的单芯片解决方案CC3200 Soc,集成了一个ARM Cortex-M4内核,它与CC3100在WiFi的性能以及功耗上差别不大,不过,工程师可根据实际项目需求选择最佳的匹配方案。当然,本文的重点还是主要介绍CC3100 BoosterPack开发模块。

CC3100BOOST-6

CC3100BOOST-7

CC3100 BoosterPack开发模块很简洁的包装,和以前的MSP430微控制器开发板同个包装系列风格,包装盒内部包括一块CC3100 BoosterPack开发板、一根MicroUSB线缆以及一份使用文档说明。

CC3100 BoosterPack

CC3100 BoosterPack开发模块为红色的4层板设计,大小为50.80mm*43.10mm,差不多是一个婴儿的巴掌大小,虽然看着挺小巧简洁的,但是在板卡的功能上并没有做什么减法,甚至在部分的功能上我们还能看到设计者的用心,比如说WiFi芯片的天线部分设计,板卡默认的是板载的陶瓷天线设计,当然也可以选择外部的U.FL天线方案,仅仅只需改动兼容设计接口处的电阻连接。而在整个WiFi天线部分,还设计了一个用于测试WiFi射频传导性能的UMC接口座,方便工程师对于整个WiFi网络芯片性能的了解。

除此之外,CC3100板卡板载其它功能也不少,如可以通过MicroUSB供电,或是通过外部接口供电;可以选择无源的32.768kHz晶振,也可以使用兼容设计的有源的32.768kHz晶振,板卡除了复位按键以及用户按键外,还有一个特有的nHIB按键,能让WiFi芯片快速进入最低功耗的状态,这也是Ti的这块WiFi芯片的特色功能

至于CC3100 BoosterPack开发模块的具体板载资源,我们可以通过下图进一步了解:

CC3100BOOST-9

CC3100 BoosterPack开发模块板载资源:

  • XCC3100 WiFi网络处理器
  • 两个20针连接器扩展接口信号,可堆叠
  • 板载芯片天线或者U.FL外部天线
  • 通过板载MicroUSB供电或外部扩展接口座供电
  • 三个按钮 、两个LED 
  • 用于电流测量的跳帽
  • 8Mb串行闪存(M25PX80美光)
  • 40 MHz晶体,32 kHz晶振和可选的32 kHz振荡器 

从上面的原理框图能很明显的看到CC3100整个板卡是基于Ti XCC3100 WiFi网络处理芯片的电路结构,并且在设计上,板卡采用了兼容Ti 自家LanchPad微控制器板的接口设计,可以通过LanchPad MSP430F5529快速组成一个WiFi无线控制系统,当然,在实际的设计中,CC3100可以匹配任何微控制器做WiFi通信方案的开发,相较于单芯片的WiFi Soc方案,设计更加灵活。

XCC3100

下面我们就来看下Ti的这颗WiFi网络通信芯片XCC3100HZ,如下图所示,整个芯片采用了QFN64封装,大小为9mm*9mm,从这个型号的封装上来看,CC3100在体积上与单芯片的WiFi芯片相比似乎不占什么优势(当然,也与其集成了众多的功能相关),不知道今后会不会推出更小封装的升级版本。

CC3100BOOST-12

CC3100BOOST-20

XCC3100主要由WiFi网络处理器以及电源管理子系统组成,Wi-Fi 网络处理器子系统包含一个特有 Wi-Fi Internet-On-a-Chip以及一个专用 ARM MCU,当然,此ARM MCU并不作为主机控制作用,它主要负责Wi-Fi 和互联网协议处理,这样,就不需要外部微控制器的来处理这些事情,大大的方便了工程师对外部MCU的选型,或者直接通过SPI接口、UART接口等实现在现有项目上的扩展,相当灵活。CC3100的其它一些主要特性如下:

  • 802.11 b/g/n 射频、基带以及 媒介访问控制 (MAC),Wi-Fi 驱动器
  • 基站、访问点 (AP) 和 Wi-Fi Direct 模式
  • TX功率:18.0 dBm@1 DSSS,14.5 dBm@54 OFDM
  • RX灵敏度:95.7 dBm@1 DSSS,74.0 dBm@54 OFDM
  • 应用数据吞吐量:UDP:16Mbps,TCP:12Mbps
  • VBAT 宽电压模式:2.1 至 3.6V

CC3100除了集成众多的功能外,其低功耗模式也是其一主要特色。而且在前面我们已经提到过,CC3100拥有一个nHIB功能引脚,其主要的作用是通过触发实现快速进入最低功耗的模式,在设计上,只需将nHIB引脚连接到外部MCU的GPIO引脚,低电平有效,如果不需要使用的话,需要将nHIB接100K电阻上拉。

CC3100的几种高级低功耗模式:

  • 实时时钟 (RTC) 的休眠:4µA
  • 功耗深度睡眠 (LPDS):115 µA
  • RX 流量(MCU 激活):53 mA@54正交频分复用 (OFDM)
  • TX 流量(MCU 激活):223 mA@54OFDM,最大功率
  • 空闲连接:690 µA @ DTIM = 1

CC3100不仅方面了硬件工程师的电路设计,同样也大大减少了软件工程师的工作量, 内部集成了针对 Wi-Fi 和互联网的所有协议,最大限度地减少了对主机 MCU 软件的要求。

开发准备工作

  • 硬件辅助开发工具

德州仪器为CC3100 BoosterPack WiFi开发模块配备了专门的硬件调试工具CC31XXEMUBOOST,如下图所示,CC31XXEMUBOOST搭载了两颗FTDI的芯片,可以枚举多个COM接口以及D2XX调试接口(具体见驱动安装),它与CC3100 BoosterPack完全是pin-to-pin兼容的

CC3100BOOST-14

当然,CC31XXEMUBOOST开发板仅仅是对CC3100 BoosterPack的开发,这还不能算是一个带有完整控制功能的WiFi方案,在前面我们已经提到过,CC3100 BoosterPack完整的WiFi功能使用需要配合外部的微控制器,为了方面,笔者接下去也会使用了Ti官方推荐的MSP430 F5529微控制器板,这款低功耗的微控制器板卡可以实现与CC3100扩展接口兼容,并且具备完整的官方例程,如下图所示

  • 集成IDE工具

MSP430 F5529微控制器板相对应的IDE工具相信大家并不陌生,可以直接使用Ti免费的Code Composer Studio(第三方的IAR也有现成的例程支持),如下图所示官网直接可以下载

CC3100BOOST-38

而让大家较为疑惑的是CC3100 BoosterPack与CC31XXEMUBOOST的组合该如何选择IDE工具?这里就推荐两种:Microsoft Visual Studio Express或者是Eclipse。

Visual Studio是微软推出的一个面向C++、Java等语言开发的工具包,配合CC31XXEMUBOOST使用,编译调试都非常方便,但是有一个问题,不是免费的软件,而且软件安装包也大,完整的使用需要10多GB的空间。

而Eclipse对于软件工程师来说应该相当熟悉,是个开源的免费IDE工具,非常简单好用,不过如果是配合CC31XXEMUBOOST初次使用,安装的环境非常繁复麻烦,新手还是直接使用Visual Studio来的方便。

前者是收费软件,并且软件相对较大,下载麻烦,而Eclipse是开源的IDE工具,使用性也较广,但是第一次使用的话,需要安装的环境比较麻烦,具体看用户自己如何取舍。

  • 驱动安装

e络盟电子或者是在Ti官网下载CC3100 BoosterPack的软件开发包并且安装(默认为C盘),软件包包含了详细的开发文档、例程代码、CC31XXEMUBOOST开发板的驱动等

CC3100BOOST-24

针对CC31XXEMUBOOST开发板上的两个MicroUSB接口的驱动,可以从上面安装的软件包中的tools文件夹中找到,安装完成后的COM口具体功能如下:

J5接口的串口如下:

J6接口串口如下:

而MSP430 F5529微控制器板上的接口驱动安装完CCS IDE工具就会自动安装,主要的功能为串口以及调试接口。

上电开发

CC3100 BoosterPack出厂内置了一个(Out of Box)的程序,可以简单的配置Station以及AP模式,这里就不再介绍了,有兴趣的可以参考CC3100 BoosterPack快速上手说明文档。

下面我们就通过实际的操作来了解下CC3100 BoosterPack板卡的开发(WiFi AP模式以及Station模式),使用的硬件开发工具为CC31XXEMUBOOST,软件IDE工具为Visual Studio2010。下面我们就通过Visual Studio实际来调试CC3100 BoosterPack的AP模式以及Station模式,连接CC3100 BoosterPack以及CC31XXEMUBOOST开发板,通过J6接口给开发板上电,如下图

  • AP模式

打开Visual Studio,载入getting_started_with_ap.sln例程,编译调试

调试过程会自动弹出一个命令窗口,需要你手动输入SSID、密码类型、密码(如下图,设置为无密码)

此时你可以通过手机的WiFi找到加入CC3100 BoosterPack的 这个AP,可以访问其内部的网页,如下图所示

CC3100BOOST-29

  • Station模式

同理,载入station的例程getting_started.sln,编译调试

此时弹出的调试窗口需要你输入想加入的无线网络的SSID、密码类型,密码,输入完成后会自动测试连接Internet的操作,如下图所示

以上的AP、Station模式这两个调试都是需要自己手动配置无线连接,这也是没有外部MCU控制的缘故,接下来我们再通过MSP430 F5529微控制器板实现无线网络的自动连接配置。将CC3100 BoosterPack与MSP430 F5529微控制器开发板连接起来,上电,如下图

CC3100BOOST-48.

打开CCS软件,载入getting_started_with_wlan_station例程(在刚开始安装的软件包的msp430f5529lp文件夹下)

从串口我们可以清楚的看到WiFi的状态,不需要手动输入会自动配置并且测试,如下图

AP模式同理可实现,本文就不再详述了。

小结

介绍了Ti CC3100 BoosterPack开发模块的特性、功能以及配合CC31XXEMUBOOST开发工具、MSP430 F5529微控制器板的使用开发介绍。 CC3100 BoosterPack开发模块拥有配套的软硬件开发工具、资料完备,无论是初学者或者是资深工程师都能够快速上手使用。板载的WiFi芯片XCC3100集成了WiFi网络处理器以及电源管理子系统,大大减少了外部电路的电子元件,同时内部集成的专有的ARM MCU可以完全负责Wi-Fi 和互联网协议处理,减少外部MCU的负担,给工程师选型提供了灵活性、多样性,非常适合加入那些已成型的但需要加入WiFi功能的项目或产品。有兴趣的可以前往e络盟电子购买,目前不含税的价格为154RMB。

参考资料

  原创申明:本文为爱板网原创,谢绝转载! 
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讨论 (2)

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有人物联网 ·  2016-04-20
枫飞 ·  2015-03-04
幸得安然 ·  2015-03-05

应该很快就会有了:grin:

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