主流ZigBee芯片大盘点（2）：德州仪器CC2530

简介

　　CC2530 是用于2.4-GHz IEEE 802.15.4、ZigBee 和RF4CE 应用的一个真正的片上系统（SoC）解决方案。它能够以非常低的总的材料成本建立强大的网络节点。CC2530 结合了领先的RF 收发器的优良性能，业界标准的增强型8051 CPU，系统内可编程闪存，8-KB RAM 和许多其它强大的功能。CC2530 有四种不同的闪存版本：CC2530F32/64/128/256，分别具有32/64/128/256KB 的闪存。CC2530 具有不同的运行模式，使得它尤其适应超低功耗要求的系统。运行模式之间的转换时间短进一步确保了低能源消耗。
 

　　CC2530相关设计方案下载：

　　1.CC2530对BH1751的读取程序

　　2.基于CC2530的ZigBee数据采集系统设计

　　3.基于CC2530+及ZigBee+协议栈设计无线网络传感器节点

　　4.基于CC2530的脉搏感知节点设计

　　功能框图

　　下图是CC2530 的方框图，图中模块大致可以分为三类：CPU 和内存相关的模块；外设、时钟和电源管理相关的模块，以及无线电相关的模块。

　　引脚图

　　引脚功能说明

　　AVDD1 28 电源（模拟） 2-V–3.6-V 模拟电源连接

　　AVDD2 27 电源（模拟） 2-V–3.6-V 模拟电源连接

　　AVDD3 24 电源（模拟） 2-V–3.6-V 模拟电源连接

　　AVDD4 29 电源（模拟） 2-V–3.6-V 模拟电源连接

　　AVDD5 21 电源（模拟） 2-V–3.6-V 模拟电源连接

　　AVDD6 31 电源（模拟） 2-V–3.6-V 模拟电源连接

　　DCOUPL 40 电源（数字） 1.8V 数字电源去耦。不使用外部电路供应。

　　DVDD1 39 电源（数字） 2-V–3.6-V 数字电源连接

　　DVDD2 10 电源（数字） 2-V–3.6-V 数字电源连接

　　GND - 接地 接地衬垫必须连接到一个坚固的接地面。

　　GND 1，2，3，4 未使用的引脚 连接到GND

　　P0_0 19 数字I/O 端口0.0

　　P0_1 18 数字I/O 端口0.1

　　P0_2 17 数字I/O 端口0.2

　　P0_3 16 数字I/O 端口0.3

　　P0_4 15 数字I/O 端口0.4

　　P0_5 14 数字I/O 端口0.5

　　P0_6 13 数字I/O 端口0.6

　　P0_7 12 数字I/O 端口0.7

　　P1_0 11 数字I/O 端口1.0-20-mA 驱动能力

　　P1_1 9 数字I/O 端口1.1-20-mA 驱动能力

　　P1_2 8 数字I/O 端口1.2

　　P1_3 7 数字I/O 端口1.3

　　P1_4 6 数字I/O 端口1.4

　　P1_5 5 数字I/O 端口1.5

　　P1_6 38 数字I/O 端口1.6

　　P1_7 37 数字I/O 端口1.7

　　P2_0 36 数字I/O 端口2.0

　　P2_1 35 数字I/O 端口2.1

　　P2_2 34 数字I/O 端口2.2

　　P2_3 33 数字I/O 模拟端口2.3/32.768 kHz XOSC

　　P2_4 32 数字I/O 模拟端口2.4/32.768 kHz XOSC

　　RBIAS 30 模拟I/O 参考电流的外部精密偏置电阻

　　RESET_N 20 数字输入 复位，活动到低电平

　　RF_N 26 RF I/O RX 期间负RF 输入信号到LNA

　　RF_P 25 RF I/O RX 期间正RF 输入信号到LNA

　　XOSC_Q1 22 模拟I/O 32-MHz 晶振引脚1或外部时钟输入

　　XOSC_Q2 23 模拟I/O 32-MHz 晶振引脚2

　　特性

　　·RF/布局

　　–适应2.4-GHz IEEE 802.15.4 的RF 收发器

　　–极高的接收灵敏度和抗干扰性能

　　–可编程的输出功率高达4.5 dBm

　　–只需极少的外接元件

　　–只需一个晶振，即可满足网状网络系统需要

　　–6-mm ×6-mm 的QFN40 封装

　　–适合系统配置符合世界范围的无线电频率法规：ETSI EN 300 328 和EN 300440（欧洲），FCC CFR47 第15 部分（美国）和ARIB STD-T-66（日本）

　　·低功耗

　　–主动模式RX（CPU 空闲）：24 mA

　　–主动模式TX 在1dBm（CPU 空闲）：29mA

　　–供电模式1（4 μs 唤醒）：0.2 mA

　　–供电模式2（睡眠定时器运行）：1 μA

　　–供电模式3（外部中断）：0.4 μA

　　–宽电源电压范围（2 V–3.6 V）

　　·微控制器

　　–优良的性能和具有代码预取功能的低功耗8051 微控制器内核

　　–32-、64-或128-KB 的系统内可编程闪存

　　–8-KB RAM，具备在各种供电方式下的数据保持能力

　　–支持硬件调试

　　·外设

　　–强大的5 通道DMA

　　–IEEE 802.5.4 MAC 定时器，通用定时器（一个16 位定时器，一个8 位定时器）

　　–IR 发生电路

　　–具有捕获功能的32-kHz 睡眠定时器

　　–硬件支持CSMA/CA

　　–支持精确的数字化RSSI/LQI

　　–电池监视器和温度传感器

　　–具有8 路输入和可配置分辨率的12 位ADC

　　–AES 安全协处理器

　　–2 个支持多种串行通信协议的强大USART

　　–21 个通用I/O 引脚（19×4 mA，2×20 mA）

　　–看门狗定时器

　　模块说明

　　CPU 和内存

　　CC253x芯片系列中使用的8051 CPU内核是一个单周期的8051兼容内核。它有三种不同的内存访问总线（SFR，DATA 和CODE/XDATA），单周期访问SFR，DATA 和主SRAM。它还包括一个调试接口和一个18 输入扩展中断单元。

　　中断控制器总共提供了18 个中断源，分为六个中断组，每个与四个中断优先级之一相关。当设备从活动模式回到空闲模式，任一中断服务请求就被激发。一些中断还可以从睡眠模式（供电模式1-3）唤醒设备。

　　内存仲裁器位于系统中心，因为它通过SFR 总线把CPU 和DMA 控制器和物理存储器以及所有外设连接起来。内存仲裁器有四个内存访问点，每次访问可以映射到三个物理存储器之一：一个8-KB SRAM、闪存存储器和XREG/SFR 寄存器。它负责执行仲裁，并确定同时访问同一个物理存储器之间的顺序。

　　8-KB SRAM映射到DATA存储空间和部分XDATA存储空间。8-KB SRAM是一个超低功耗的SRAM，即使数字部分掉电（供电模式2 和3）也能保留其内容。这是对于低功耗应用来说很重要的一个功能。

　　32/64/128/256 KB闪存块为设备提供了内电路可编程的非易失性程序存储器，映射到XDATA 存储空间。除了保存程序代码和常量以外，非易失性存储器允许应用程序保存必须保留的数据，这样设备重启之后可以使用这些数据。使用这个功能，例如可以利用已经保存的网络具体数据，就不需要经过完全启动、网络寻找和加入过程。

　　时钟和电源管理

　　数字内核和外设由一个1.8-V 低差稳压器供电。它提供了电源管理功能，可以实现使用不同供电模式的长电池寿命的低功耗运行。有五种不同的复位源来复位设备。

　　外设

　　CC2530 包括许多不同的外设，允许应用程序设计者开发先进的应用。

　　调试接口执行一个专有的两线串行接口，用于内电路调试。通过这个调试接口，可以执行整个闪存存储器的擦除、控制使能哪个振荡器、停止和开始执行用户程序、执行8051 内核提供的指令、设置代码断点，以及内核中全部指令的单步调试。使用这些技术，可以很好地执行内电路的调试和外部闪存的编程。

　　设备含有闪存存储器以存储程序代码。闪存存储器可通过用户软件和调试接口编程。闪存控制器处理写入和擦除嵌入式闪存存储器。闪存控制器允许页面擦除和4 字节编程。

　　I/O控制器负责所有通用I/O引脚。CPU可以配置外设模块是否控制某个引脚或它们是否受软件控制，如果是的话，每个引脚配置为一个输入还是输出，是否连接衬垫里的一个上拉或下拉电阻。CPU 中断可以分别在每个引脚上使能。每个连接到I/O 引脚的外设可以在两个不同的I/O 引脚位置之间选择，以确保在不同应用程序中的灵活性。

　　系统可以使用一个多功能的五通道DMA控制器，使用XDATA存储空间访问存储器，因此能够访问所有物理存储器。每个通道（触发器、优先级、传输模式、寻址模式、源和目标指针和传输计数）用DMA 描述符在存储器任何地方配置。许多硬件外设（AES 内核、闪存控制器、USART、定时器、ADC 接口）通过使用DMA 控制器在SFR 或XREG 地址和闪存/SRAM 之间进行数据传输，获得高效率操作。定时器1 是一个16 位定时器，具有定时器/PWM 功能。它有一个可编程的分频器，一个16 位周期值，和五个各自可编程的计数器/捕获通道，每个都有一个16 位比较值。每个计数器/捕获通道可以用作一个PWM输出或捕获输入信号边沿的时序。它还可以配置在IR产生模式，计算定时器3 周期，输出是ANDed，定时器3 的输出是用最小的CPU 互动产生调制的消费型IR 信号。

　　MAC定时器（定时器2）是专门为支持IEEE 802.15.4 MAC或软件中其他时槽的协议设计。定时器有一个可配置的定时器周期和一个8 位溢出计数器，可以用于保持跟踪已经经过的周期数。一个16 位捕获寄存器也用于记录收到/发送一个帧开始界定符的精确时间，或传输结束的精确时间，还有一个16 位输出比较寄存器可以在具体时间产生不同的选通命令（开始RX，开始TX，等等）到无线模块。定时器3 和定时器4 是8 位定时器，具有定时器/计数器/PWM 功能。它们有一个可编程的分频器，一个8 位的周期值，一个可编程的计数器通道，具有一个8 位的比较值。每个计数器通道可以用作一个PWM 输出。

　　睡眠定时器是一个超低功耗的定时器，计算32-kHz 晶振或32-kHz RC 振荡器的周期。睡眠定时器在除了供电模式3 的所有工作模式下不断运行。这一定时器的典型应用是作为实时计数器，或作为一个唤醒定时器跳出供电模式1 或2。

　　ADC支持7到12位的分辨率，分别在30 kHz或4 kHz的带宽。DC和音频转换可以使用高达八个输入通道（端口0）。输入可以选择作为单端或差分。参考电压可以是内部电压、AVDD 或是一个单端或差分外部信号。ADC 还有一个温度传感输入通道。ADC 可以自动执行定期抽样或转换通道序列的程序。

　　随机数发生器使用一个16 位LFSR 来产生伪随机数，这可以被CPU 读取或由选通命令处理器直接使用。例如随机数可以用作产生随机密钥，用于安全。

　　AES加密/解密内核允许用户使用带有128位密钥的AES算法加密和解密数据。这一内核能够支持IEEE 802.15.4 MAC 安全、ZigBee 网络层和应用层要求的AES 操作。

　　一个内置的看门狗允许CC2530 在固件挂起的情况下复位自身。当看门狗定时器由软件使能，它必须定期清除；否则，当它超时就复位它就复位设备。或者它可以配置用作一个通用32-kHz 定时器。

　　USART 0和USART 1每个被配置为一个SPI主/从或一个UART。它们为RX和TX提供了双缓冲，以及硬件流控制，因此非常适合于高吞吐量的全双工应用。每个都有自己的高精度波特率发生器，因此可以使普通定时器空闲出来用作其他用途。

　　无线设备

　　CC2530 具有一个IEEE 802.15.4 兼容无线收发器。RF 内核控制模拟无线模块。另外，它提供了MCU 和无线设备之间的一个接口，这使得可以发出命令，读取状态，自动操作和确定无线设备事件的顺序。无线设备还包括一个数据包过滤和地址识别模块。

　　应用

　　·2.4-GHz IEEE 802.15.4 系统

　　·RF4CE 远程控制系统（需要大于64-KB闪存）

　　·ZigBee 系统（256-KB 闪存）

　　·家庭/楼宇自动化

　　·照明系统

　　·工业控制和监控

　　·低功耗无线传感网络

　　·消费型电子

　　·医疗保健

　　典型案例

　　可编程逻辑控制器

　　可编程逻辑控制器 （PLC） 的处理和控制实施包含从测试实验室和制造工厂到军事与医疗电子产品以及基本数据采集的所有范围。它们利用各种传感器和反馈机制通过收集、存储和分析数据来监视和控制本地环境和系统/机器交互。从传感器获得的数据包含精密测量和对模拟电压/电流中超低值或细微更改的处理。

　　病患监控

　　随着时间的推移，出现了多种用于测量血压、葡萄糖水平、脉搏、呼气末二氧化碳及其它各种生物值的便携式单参数监护仪/仪表。如今，病人监护仪是能够适应各种临床应用、支持各种有线和无线接口的灵活的便携式设备。无论监护仪是单参数设备还是多参数设备，目标功能、功耗和多功能系统通常是关键要求。如今，监护仪可以跟随病人出入手术室、重症监护室、病房，甚至他们的住宅。这对当今世界医疗事业极为重要。

　　当今的病人监护仪最重要的特性是可移动性、简便易用和可轻松进行病人数据传输。可移动性包含便携性和与其它医疗设备（如麻醉机或除颤器）相连的能力。简便易用可通过触摸屏和多级菜单驱动的配置文件来实现，这些配置文件可以根据环境和病人的重要统计数据进行配置。需要在从无线到 RS232 的所有设备上实现数据传输。所有地区的医院可能都会支持某个特定的基础设施；而救护车、住宅和其它环境则需要支持不同的协议。最大程度地降低医疗成本这一不断增加的需要正在促使医疗供应商在医院外进行病人治疗和监控。为新兴经济体中人口高度集中的农村和偏远地区提供医疗正在推动对远程病人监控和远程医疗的需要。