CC2530芯片簡介

CC2530(無線片上系統(tǒng)單片機(jī)) 是用于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)模塊。CC2530結(jié)合了領(lǐng)先的2.4GHz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單片機(jī)，系統(tǒng)內(nèi)可編程閃存，8KB RAM和許多其他強(qiáng)大的功能。根據(jù)芯片內(nèi)置閃存的不同容量，CC2530有4種不同的型號(hào)：CC2530F32/64/128/256，編號(hào)擴(kuò)展名分別具有32KB/64KB/ 128KB/256KB的閃存。CC253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。

CC2530F256結(jié)合了TI(德州儀器)公司的ZigBee協(xié)議棧Z-Stack，提供了一個(gè)強(qiáng)大和完整的ZigBee解決方案。CC2530F64結(jié)合了TI公司的協(xié)議棧Remo TI， 更好地提供了一個(gè)強(qiáng)大和完整的ZigBeeRF4CE遠(yuǎn)程控制解決方案。

1.主要特性

1)高性能、低功耗且具有代碼預(yù)取功能的8501微控制器內(nèi)核。

2)符合2.4GHz IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)良的無線接收靈敏度和抗干擾性能2.4G RF收發(fā)器。

3)低功耗。

①主動(dòng)模式RX (CPU空閑)：24 mA。

②主動(dòng)模式TX在ldBm (CPU空閑)：29mA。

③供電模式1 (4μs喚醒)：0.2 mA。

④供電模式2(睡眠定時(shí)器運(yùn)行)：1μA。

⑤供電模式3(外部中斷)：0.4μA。

⑥寬電源電壓范圍(2- 3.6 V)。

4)支持硬件調(diào)試。

5)支持精確的數(shù)字化RSSI幾QI和強(qiáng)大的5通道DMA。

6) IEEE 802.5.4 MAC定時(shí)器，通用定時(shí)器。

7)具有IR發(fā)生電路。

8)具有捕獲功能的32kHz睡眠定時(shí)器。

9)硬件支持CSMA/CA功能。

10)具有電池監(jiān)視功能和溫度傳感功能。

11)具有8路輸入和可配置分辨率的12位ADC。

12)集成AES安全協(xié)處理器。

13)兩個(gè)支持多種串行通信協(xié)議的強(qiáng)大USART。

14) 21個(gè)通用Do引腳(19X4 mA，2X20 mA)。

15)看門狗定時(shí)器。

16)強(qiáng)大靈活的開發(fā)工具。

2.內(nèi)部結(jié)構(gòu)

CC2530芯片大致可以分為以下幾個(gè)部分： 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)的模塊以及無線電相關(guān)的模塊。

(1) CPU和內(nèi)存

CC253x系列芯片中使用的8051 CPU內(nèi)核是一個(gè)單周期的8051兼容內(nèi)核。它有3種不同的內(nèi)存訪問總線(SFR，DATA和CODE/XDATA)， 單周期訪問SFR、DATA和主SRAM。它還包括一個(gè)調(diào)試接口和一個(gè)1 8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6個(gè)中斷組，每個(gè)與4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袰PU和DMA控制器和物理存儲(chǔ)器以及所有外設(shè)連接起來。內(nèi)存仲裁器有4個(gè)內(nèi)存訪問點(diǎn)，每次訪問可以映射到3個(gè)物理存儲(chǔ)器之一：一個(gè)8KB 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)訪問同一個(gè)物理存儲(chǔ)器之間的順序。

8KB SRAM映射到DATA存儲(chǔ)空間和部分XDATA存儲(chǔ)空間。8KB 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)用來說很重要的一個(gè)功能。

32KB/64KB/128KB/256Kl3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XL- ATA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)過完全啟動(dòng)、網(wǎng)絡(luò)尋找和加入過程。

(2)時(shí)鐘和電源管理

數(shù)字內(nèi)核和外設(shè)由一個(gè)1.8V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電池壽命的低功耗運(yùn)行。有5種不同的復(fù)位源來復(fù)位設(shè)備。

(3)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)者開發(fā)先進(jìn)的應(yīng)用。

調(diào)試接口執(zhí)行一個(gè)專有的兩線串行接口，用于內(nèi)電路調(diào)試。通過這個(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)器可通過用戶軟件和調(diào)試接口編程。閃存控制器處理寫入和擦除嵌入式閃存存儲(chǔ)器。閃存控制器允許頁面擦除和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，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)用程序中的引腳的使用不發(fā)生沖突。

系統(tǒng)可以使用一個(gè)多功能的5通道DMA控制器，使用XDATA存儲(chǔ)空間訪問存儲(chǔ)器，因此能夠訪問所有物理存儲(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DlvIA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)器和ADC接口)通過使用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，在獲得高效率操作的同時(shí)，大大減輕了內(nèi)核的負(fù)擔(dān)。

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，—個(gè)16位周期值以及5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)F，WM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，定時(shí)器3的輸出是用最小的CPU干擾產(chǎn)生調(diào)制的IR信號(hào)。

MAC定時(shí)器(定時(shí)器2)是專門為支持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(開始RX，開始TX等)到無線模塊。

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)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，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7～12位的分辨率，分別在30 kHz或4kHz的帶寬。DC和音頻轉(zhuǎn)換可以使用高達(dá)8個(gè)輸入通道。輸入可以選擇作為單端輸入或差分輸入。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)溫度傳感輸入通道釆測重內(nèi)部溫度。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)置的看門狗允許CC2530在固件掛起的情況下復(fù)位自身。當(dāng)看門狗定時(shí)器由軟件制時(shí)，它必須定期清除;否則，當(dāng)它超時(shí)就復(fù)位設(shè)備。或者它可以配置用作一個(gè)通用32-kHz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)器空閑出來用作其他用途。

(4)無線設(shè)備

CC2530具有一個(gè)IEEE 802.15.4兼容無線收發(fā)器。RF內(nèi)核控制模擬無線模塊。另外，它提供了MCU和無線設(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)操作和確定無線設(shè)備事件的順序。無線設(shè)備還包括一個(gè)數(shù)據(jù)包過濾和地址識(shí)別模塊。

3.引腳功能

CC2530芯片采用6mmX 6mm QFN40封裝，共有40個(gè)引腳，可分為I/O引腳、電源引腳和控制引腳。

(1) I/O端口引腳功能

CC2530芯片有21個(gè)可編程I/O引腳，PO和Pl是完整的8位I/O端口，P2只有5個(gè)可以使用的位。其中，Pl-0和Pl-1具有20mA的輸出驅(qū)動(dòng)能力，其他I/O端口引腳具有4mA的輸出驅(qū)功能力。在程序中可以設(shè)置特殊功能寄存器( SFR)將這些引腳設(shè)為普通I/O口或是作為外設(shè)I/O口使用。

CC2530芯片所有I/O口具有以下特性：在輸入時(shí)有上拉和下拉的能力;全部I/O口具有響應(yīng)外部中斷的能力，同時(shí)這些外部中斷可以喚醒休眠模式。

(2)電源引腳功能

AVDD1～AVDD6:為模擬電路提供2.0- 3.6V工作電壓。

DCOUPL:提供1.8V的去耦電壓，此電壓不為外電路使用。

DVDD1、DVDD2:為I/O口提供2.0一 3.6V電壓。

GND:接地。

(3)控制引腳功能

RESET-n：復(fù)位引腳，低電平有效。

RBIAS:為參考電流提供精確的偏置電阻。

RF-N: RX期間負(fù)RF輸入信號(hào)到LNA。

RF-P: RX期間正RF輸入信號(hào)到LNA。

XOSC- 01: 32MHz晶振引腳1。

XOSC- 02: 32MHz晶振引腳2。

4.應(yīng)用領(lǐng)域

1) 2.4GHzIEEE 802.15.4系統(tǒng)。

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

3) ZigBee系統(tǒng)(需要256KB閃存)。

4)家庭/樓宇自動(dòng)化。

5)照明系統(tǒng)。

6)工業(yè)控制和監(jiān)控。

7)低功耗無線傳感網(wǎng)絡(luò)。

8)消費(fèi)型電子。

9)醫(yī)療保健。