主流ZigBee芯片大盤(pán)點(diǎn)（2）：德州儀器 CC2530 - 全文

　　簡(jiǎn)介

　　CC2530 是用于2.4-GHz IEEE 802.15.4、ZigBee 和RF4CE 應(yīng)用的一個(gè)真正的片上系統(tǒng)（SoC）解決方案。它能夠以非常低的總的材料成本建立強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。CC2530 結(jié)合了領(lǐng)先的RF 收發(fā)器的優(yōu)良性能，業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的增強(qiáng)型8051 CPU，系統(tǒng)內(nèi)可編程閃存，8-KB RAM 和許多其它強(qiáng)大的功能。CC2530 有四種不同的閃存版本：CC2530F32/64/128/256，分別具有32/64/128/256KB 的閃存。CC2530 具有不同的運(yùn)行模式，使得它尤其適應(yīng)超低功耗要求的系統(tǒng)。運(yùn)行模式之間的轉(zhuǎn)換時(shí)間短進(jìn)一步確保了低能源消耗。
?

　　CC2530相關(guān)設(shè)計(jì)方案下載：

　　1.CC2530對(duì)BH1751的讀取程序

　　2.基于CC2530的ZigBee數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　3.基于CC2530+及ZigBee+協(xié)議棧設(shè)計(jì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳感器節(jié)點(diǎn)

　　4.基于CC2530的脈搏感知節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

　　功能框圖

　　下圖是CC2530 的方框圖，圖中模塊大致可以分為三類(lèi)：CPU 和內(nèi)存相關(guān)的模塊；外設(shè)、時(shí)鐘和電源管理相關(guān)的模塊，以及無(wú)線電相關(guān)的模塊。

CC2530

　　引腳圖

CC2530引腳圖

　　引腳功能說(shuō)明

　　AVDD1 28 電源（模擬） 2-V–3.6-V 模擬電源連接

　　AVDD2 27 電源（模擬） 2-V–3.6-V 模擬電源連接

　　AVDD3 24 電源（模擬） 2-V–3.6-V 模擬電源連接

　　AVDD4 29 電源（模擬） 2-V–3.6-V 模擬電源連接

　　AVDD5 21 電源（模擬） 2-V–3.6-V 模擬電源連接

　　AVDD6 31 電源（模擬） 2-V–3.6-V 模擬電源連接

　　DCOUPL 40 電源（數(shù)字） 1.8V 數(shù)字電源去耦。不使用外部電路供應(yīng)。

　　DVDD1 39 電源（數(shù)字） 2-V–3.6-V 數(shù)字電源連接

　　DVDD2 10 電源（數(shù)字） 2-V–3.6-V 數(shù)字電源連接

　　GND - 接地接地襯墊必須連接到一個(gè)堅(jiān)固的接地面。

　　GND 1，2，3，4 未使用的引腳連接到GND

　　P0_0 19 數(shù)字I/O 端口0.0

　　P0_1 18 數(shù)字I/O 端口0.1

　　P0_2 17 數(shù)字I/O 端口0.2

　　P0_3 16 數(shù)字I/O 端口0.3

　　P0_4 15 數(shù)字I/O 端口0.4

　　P0_5 14 數(shù)字I/O 端口0.5

　　P0_6 13 數(shù)字I/O 端口0.6

　　P0_7 12 數(shù)字I/O 端口0.7

　　P1_0 11 數(shù)字I/O 端口1.0-20-mA 驅(qū)動(dòng)能力

　　P1_1 9 數(shù)字I/O 端口1.1-20-mA 驅(qū)動(dòng)能力

　　P1_2 8 數(shù)字I/O 端口1.2

　　P1_3 7 數(shù)字I/O 端口1.3

　　P1_4 6 數(shù)字I/O 端口1.4

　　P1_5 5 數(shù)字I/O 端口1.5

　　P1_6 38 數(shù)字I/O 端口1.6

　　P1_7 37 數(shù)字I/O 端口1.7

　　P2_0 36 數(shù)字I/O 端口2.0

　　P2_1 35 數(shù)字I/O 端口2.1

　　P2_2 34 數(shù)字I/O 端口2.2

　　P2_3 33 數(shù)字I/O 模擬端口2.3/32.768 kHz XOSC

　　P2_4 32 數(shù)字I/O 模擬端口2.4/32.768 kHz XOSC

　　RBIAS 30 模擬I/O 參考電流的外部精密偏置電阻

　　RESET_N 20 數(shù)字輸入復(fù)位，活動(dòng)到低電平

　　RF_N 26 RF I/O RX 期間負(fù)RF 輸入信號(hào)到LNA

　　RF_P 25 RF I/O RX 期間正RF 輸入信號(hào)到LNA

　　XOSC_Q1 22 模擬I/O 32-MHz 晶振引腳1或外部時(shí)鐘輸入

　　XOSC_Q2 23 模擬I/O 32-MHz 晶振引腳2

　　特性

　　·RF/布局

　　–適應(yīng)2.4-GHz IEEE 802.15.4 的RF 收發(fā)器

　　–極高的接收靈敏度和抗干擾性能

　　–可編程的輸出功率高達(dá)4.5 dBm

　　–只需極少的外接元件

　　–只需一個(gè)晶振，即可滿足網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)需要

　　–6-mm ×6-mm 的QFN40 封裝

　　–適合系統(tǒng)配置符合世界范圍的無(wú)線電頻率法規(guī)：ETSI EN 300 328 和EN 300440（歐洲），F(xiàn)CC CFR47 第15 部分（美國(guó)）和ARIB STD-T-66（日本）

　　·低功耗

　　–主動(dòng)模式RX（CPU 空閑）：24 mA

　　–主動(dòng)模式TX 在1dBm（CPU 空閑）：29mA

　　–供電模式1（4 μs 喚醒）：0.2 mA

　　–供電模式2（睡眠定時(shí)器運(yùn)行）：1 μA

　　–供電模式3（外部中斷）：0.4 μA

　　–寬電源電壓范圍（2 V–3.6 V）

　　·微控制器

　　–優(yōu)良的性能和具有代碼預(yù)取功能的低功耗8051 微控制器內(nèi)核

　　–32-、64-或128-KB 的系統(tǒng)內(nèi)可編程閃存

　　–8-KB RAM，具備在各種供電方式下的數(shù)據(jù)保持能力

　　–支持硬件調(diào)試

　　·外設(shè)

　　–強(qiáng)大的5 通道DMA

　　–IEEE 802.5.4 MAC 定時(shí)器，通用定時(shí)器（一個(gè)16 位定時(shí)器，一個(gè)8 位定時(shí)器）

　　–IR 發(fā)生電路

　　–具有捕獲功能的32-kHz 睡眠定時(shí)器

　　–硬件支持CSMA/CA

　　–支持精確的數(shù)字化RSSI/LQI

　　–電池監(jiān)視器和溫度傳感器

　　–具有8 路輸入和可配置分辨率的12 位ADC

　　–AES 安全協(xié)處理器

　　–2 個(gè)支持多種串行通信協(xié)議的強(qiáng)大USART

　　–21 個(gè)通用I/O 引腳（19×4 mA，2×20 mA）

　　–看門(mén)狗定時(shí)器

　　模塊說(shuō)明

　　CPU 和內(nèi)存

　　CC253x芯片系列中使用的8051 CPU內(nèi)核是一個(gè)單周期的8051兼容內(nèi)核。它有三種不同的內(nèi)存訪問(wèn)總線（SFR，DATA 和CODE/XDATA），單周期訪問(wèn)SFR，DATA 和主SRAM。它還包括一個(gè)調(diào)試接口和一個(gè)18 輸入擴(kuò)展中斷單元。

　　中斷控制器總共提供了18 個(gè)中斷源，分為六個(gè)中斷組，每個(gè)與四個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)之一相關(guān)。當(dāng)設(shè)備從活動(dòng)模式回到空閑模式，任一中斷服務(wù)請(qǐng)求就被激發(fā)。一些中斷還可以從睡眠模式（供電模式1-3）喚醒設(shè)備。

　　內(nèi)存仲裁器位于系統(tǒng)中心，因?yàn)樗ㄟ^(guò)SFR 總線把CPU 和DMA 控制器和物理存儲(chǔ)器以及所有外設(shè)連接起來(lái)。內(nèi)存仲裁器有四個(gè)內(nèi)存訪問(wèn)點(diǎn)，每次訪問(wèn)可以映射到三個(gè)物理存儲(chǔ)器之一：一個(gè)8-KB SRAM、閃存存儲(chǔ)器和XREG/SFR 寄存器。它負(fù)責(zé)執(zhí)行仲裁，并確定同時(shí)訪問(wèn)同一個(gè)物理存儲(chǔ)器之間的順序。

　　8-KB SRAM映射到DATA存儲(chǔ)空間和部分XDATA存儲(chǔ)空間。8-KB SRAM是一個(gè)超低功耗的SRAM，即使數(shù)字部分掉電（供電模式2 和3）也能保留其內(nèi)容。這是對(duì)于低功耗應(yīng)用來(lái)說(shuō)很重要的一個(gè)功能。

　　32/64/128/256 KB閃存塊為設(shè)備提供了內(nèi)電路可編程的非易失性程序存儲(chǔ)器，映射到XDATA 存儲(chǔ)空間。除了保存程序代碼和常量以外，非易失性存儲(chǔ)器允許應(yīng)用程序保存必須保留的數(shù)據(jù)，這樣設(shè)備重啟之后可以使用這些數(shù)據(jù)。使用這個(gè)功能，例如可以利用已經(jīng)保存的網(wǎng)絡(luò)具體數(shù)據(jù)，就不需要經(jīng)過(guò)完全啟動(dòng)、網(wǎng)絡(luò)尋找和加入過(guò)程。

　　時(shí)鐘和電源管理

　　數(shù)字內(nèi)核和外設(shè)由一個(gè)1.8-V 低差穩(wěn)壓器供電。它提供了電源管理功能，可以實(shí)現(xiàn)使用不同供電模式的長(zhǎng)電池壽命的低功耗運(yùn)行。有五種不同的復(fù)位源來(lái)復(fù)位設(shè)備。

　　外設(shè)

　　CC2530 包括許多不同的外設(shè)，允許應(yīng)用程序設(shè)計(jì)者開(kāi)發(fā)先進(jìn)的應(yīng)用。

　　調(diào)試接口執(zhí)行一個(gè)專(zhuān)有的兩線串行接口，用于內(nèi)電路調(diào)試。通過(guò)這個(gè)調(diào)試接口，可以執(zhí)行整個(gè)閃存存儲(chǔ)器的擦除、控制使能哪個(gè)振蕩器、停止和開(kāi)始執(zhí)行用戶程序、執(zhí)行8051 內(nèi)核提供的指令、設(shè)置代碼斷點(diǎn)，以及內(nèi)核中全部指令的單步調(diào)試。使用這些技術(shù)，可以很好地執(zhí)行內(nèi)電路的調(diào)試和外部閃存的編程。

　　設(shè)備含有閃存存儲(chǔ)器以存儲(chǔ)程序代碼。閃存存儲(chǔ)器可通過(guò)用戶軟件和調(diào)試接口編程。閃存控制器處理寫(xiě)入和擦除嵌入式閃存存儲(chǔ)器。閃存控制器允許頁(yè)面擦除和4 字節(jié)編程。

　　I/O控制器負(fù)責(zé)所有通用I/O引腳。CPU可以配置外設(shè)模塊是否控制某個(gè)引腳或它們是否受軟件控制，如果是的話，每個(gè)引腳配置為一個(gè)輸入還是輸出，是否連接襯墊里的一個(gè)上拉或下拉電阻。CPU 中斷可以分別在每個(gè)引腳上使能。每個(gè)連接到I/O 引腳的外設(shè)可以在兩個(gè)不同的I/O 引腳位置之間選擇，以確保在不同應(yīng)用程序中的靈活性。

　　系統(tǒng)可以使用一個(gè)多功能的五通道DMA控制器，使用XDATA存儲(chǔ)空間訪問(wèn)存儲(chǔ)器，因此能夠訪問(wèn)所有物理存儲(chǔ)器。每個(gè)通道（觸發(fā)器、優(yōu)先級(jí)、傳輸模式、尋址模式、源和目標(biāo)指針和傳輸計(jì)數(shù)）用DMA 描述符在存儲(chǔ)器任何地方配置。許多硬件外設(shè)（AES 內(nèi)核、閃存控制器、USART、定時(shí)器、ADC 接口）通過(guò)使用DMA 控制器在SFR 或XREG 地址和閃存/SRAM 之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，獲得高效率操作。定時(shí)器1 是一個(gè)16 位定時(shí)器，具有定時(shí)器/PWM 功能。它有一個(gè)可編程的分頻器，一個(gè)16 位周期值，和五個(gè)各自可編程的計(jì)數(shù)器/捕獲通道，每個(gè)都有一個(gè)16 位比較值。每個(gè)計(jì)數(shù)器/捕獲通道可以用作一個(gè)PWM輸出或捕獲輸入信號(hào)邊沿的時(shí)序。它還可以配置在IR產(chǎn)生模式，計(jì)算定時(shí)器3 周期，輸出是ANDed，定時(shí)器3 的輸出是用最小的CPU 互動(dòng)產(chǎn)生調(diào)制的消費(fèi)型IR 信號(hào)。

　　MAC定時(shí)器（定時(shí)器2）是專(zhuān)門(mén)為支持IEEE 802.15.4 MAC或軟件中其他時(shí)槽的協(xié)議設(shè)計(jì)。定時(shí)器有一個(gè)可配置的定時(shí)器周期和一個(gè)8 位溢出計(jì)數(shù)器，可以用于保持跟蹤已經(jīng)經(jīng)過(guò)的周期數(shù)。一個(gè)16 位捕獲寄存器也用于記錄收到/發(fā)送一個(gè)幀開(kāi)始界定符的精確時(shí)間，或傳輸結(jié)束的精確時(shí)間，還有一個(gè)16 位輸出比較寄存器可以在具體時(shí)間產(chǎn)生不同的選通命令（開(kāi)始RX，開(kāi)始TX，等等）到無(wú)線模塊。定時(shí)器3 和定時(shí)器4 是8 位定時(shí)器，具有定時(shí)器/計(jì)數(shù)器/PWM 功能。它們有一個(gè)可編程的分頻器，一個(gè)8 位的周期值，一個(gè)可編程的計(jì)數(shù)器通道，具有一個(gè)8 位的比較值。每個(gè)計(jì)數(shù)器通道可以用作一個(gè)PWM 輸出。

　　睡眠定時(shí)器是一個(gè)超低功耗的定時(shí)器，計(jì)算32-kHz 晶振或32-kHz RC 振蕩器的周期。睡眠定時(shí)器在除了供電模式3 的所有工作模式下不斷運(yùn)行。這一定時(shí)器的典型應(yīng)用是作為實(shí)時(shí)計(jì)數(shù)器，或作為一個(gè)喚醒定時(shí)器跳出供電模式1 或2。

　　ADC支持7到12位的分辨率，分別在30 kHz或4 kHz的帶寬。DC和音頻轉(zhuǎn)換可以使用高達(dá)八個(gè)輸入通道（端口0）。輸入可以選擇作為單端或差分。參考電壓可以是內(nèi)部電壓、AVDD 或是一個(gè)單端或差分外部信號(hào)。ADC 還有一個(gè)溫度傳感輸入通道。ADC 可以自動(dòng)執(zhí)行定期抽樣或轉(zhuǎn)換通道序列的程序。

　　隨機(jī)數(shù)發(fā)生器使用一個(gè)16 位LFSR 來(lái)產(chǎn)生偽隨機(jī)數(shù)，這可以被CPU 讀取或由選通命令處理器直接使用。例如隨機(jī)數(shù)可以用作產(chǎn)生隨機(jī)密鑰，用于安全。

　　AES加密/解密內(nèi)核允許用戶使用帶有128位密鑰的AES算法加密和解密數(shù)據(jù)。這一內(nèi)核能夠支持IEEE 802.15.4 MAC 安全、ZigBee 網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層要求的AES 操作。

　　一個(gè)內(nèi)置的看門(mén)狗允許CC2530 在固件掛起的情況下復(fù)位自身。當(dāng)看門(mén)狗定時(shí)器由軟件使能，它必須定期清除；否則，當(dāng)它超時(shí)就復(fù)位它就復(fù)位設(shè)備。或者它可以配置用作一個(gè)通用32-kHz 定時(shí)器。

　　USART 0和USART 1每個(gè)被配置為一個(gè)SPI主/從或一個(gè)UART。它們?yōu)镽X和TX提供了雙緩沖，以及硬件流控制，因此非常適合于高吞吐量的全雙工應(yīng)用。每個(gè)都有自己的高精度波特率發(fā)生器，因此可以使普通定時(shí)器空閑出來(lái)用作其他用途。

　　無(wú)線設(shè)備

　　CC2530 具有一個(gè)IEEE 802.15.4 兼容無(wú)線收發(fā)器。RF 內(nèi)核控制模擬無(wú)線模塊。另外，它提供了MCU 和無(wú)線設(shè)備之間的一個(gè)接口，這使得可以發(fā)出命令，讀取狀態(tài)，自動(dòng)操作和確定無(wú)線設(shè)備事件的順序。無(wú)線設(shè)備還包括一個(gè)數(shù)據(jù)包過(guò)濾和地址識(shí)別模塊。

　　應(yīng)用

　　·2.4-GHz IEEE 802.15.4 系統(tǒng)

　　·RF4CE 遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)（需要大于64-KB閃存）

　　·ZigBee 系統(tǒng)（256-KB 閃存）

　　·家庭/樓宇自動(dòng)化

　　·照明系統(tǒng)

　　·工業(yè)控制和監(jiān)控

　　·低功耗無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)

　　·消費(fèi)型電子

　　·醫(yī)療保健

　　典型案例

　　可編程邏輯控制器

　　可編程邏輯控制器（PLC）的處理和控制實(shí)施包含從測(cè)試實(shí)驗(yàn)室和制造工廠到軍事與醫(yī)療電子產(chǎn)品以及基本數(shù)據(jù)采集的所有范圍。它們利用各種傳感器和反饋機(jī)制通過(guò)收集、存儲(chǔ)和分析數(shù)據(jù)來(lái)監(jiān)視和控制本地環(huán)境和系統(tǒng)/機(jī)器交互。從傳感器獲得的數(shù)據(jù)包含精密測(cè)量和對(duì)模擬電壓/電流中超低值或細(xì)微更改的處理。

CC2530

　　病患監(jiān)控

　　隨著時(shí)間的推移，出現(xiàn)了多種用于測(cè)量血壓、葡萄糖水平、脈搏、呼氣末二氧化碳及其它各種生物值的便攜式單參數(shù)監(jiān)護(hù)儀/儀表。如今，病人監(jiān)護(hù)儀是能夠適應(yīng)各種臨床應(yīng)用、支持各種有線和無(wú)線接口的靈活的便攜式設(shè)備。無(wú)論監(jiān)護(hù)儀是單參數(shù)設(shè)備還是多參數(shù)設(shè)備，目標(biāo)功能、功耗和多功能系統(tǒng)通常是關(guān)鍵要求。如今，監(jiān)護(hù)儀可以跟隨病人出入手術(shù)室、重癥監(jiān)護(hù)室、病房，甚至他們的住宅。這對(duì)當(dāng)今世界醫(yī)療事業(yè)極為重要。

　　當(dāng)今的病人監(jiān)護(hù)儀最重要的特性是可移動(dòng)性、簡(jiǎn)便易用和可輕松進(jìn)行病人數(shù)據(jù)傳輸。可移動(dòng)性包含便攜性和與其它醫(yī)療設(shè)備（如麻醉機(jī)或除顫器）相連的能力。簡(jiǎn)便易用可通過(guò)觸摸屏和多級(jí)菜單驅(qū)動(dòng)的配置文件來(lái)實(shí)現(xiàn)，這些配置文件可以根據(jù)環(huán)境和病人的重要統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行配置。需要在從無(wú)線到 RS232 的所有設(shè)備上實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。所有地區(qū)的醫(yī)院可能都會(huì)支持某個(gè)特定的基礎(chǔ)設(shè)施；而救護(hù)車(chē)、住宅和其它環(huán)境則需要支持不同的協(xié)議。最大程度地降低醫(yī)療成本這一不斷增加的需要正在促使醫(yī)療供應(yīng)商在醫(yī)院外進(jìn)行病人治療和監(jiān)控。為新興經(jīng)濟(jì)體中人口高度集中的農(nóng)村和偏遠(yuǎn)地區(qū)提供醫(yī)療正在推動(dòng)對(duì)遠(yuǎn)程病人監(jiān)控和遠(yuǎn)程醫(yī)療的需要。

CC2530