nRF51822芯片详解

0、功能简介IC功能包括：256kB片上闪存和16kBRAM；数字和混合信号周边，包括SPI、2-wire、ADC以及正交解码器；16PPI通道；撘配片上LDO时电源范围为1.8-3.6V，LDO旁路模式为1.75-1.95V；片上下拉DC/DC转换器用于3V电池（例如，纽扣电池）；片上+/-250ppm32kHZRC振荡器，在蓝牙低功耗应用，不需外部32kHz晶体，可节省成本和电路板空间；6x6mm48脚QFN封装，提供最多可达32个GPIO；完整的蓝牙协议堆栈（到配置文件的链接层）。nRF51822的S110是可下载、免版税、预编译二进制蓝牙低功耗堆栈，可独立编程和更新。功能包括：异步和事件驱动SVC的API；运行时保护；GATT、GAP和L2CAP级别API；周边和广播器角色；GATT客户端和服务器；和2.4GHzRF专用协议的非并行多协议操作；少于128kB的代码和6kB的RAM，为应用程序留有超过128kB的闪存和10kB的RAM；与使用上一代nRF8001的双芯片应用相比，运行S110堆栈的nRF51822削减了高达50%的功耗。S110堆栈和nRF51822加上nRF518SDK相互配合，nRF518包含全面的蓝牙低功耗配置文件、服务以及示例应用集合。1、架构围绕两条内部总线展开：AHB,APBAHB(AdvancedHighPerformanceBUS)：CPU:(Cortex-m0，NVIC,BBB，DAP)Memory:(RAM,Flash)GPIO:P0(P0.0~P0.31)AHBtoAPBBridgeAPB(AdvancedPeripheralBUS):左半边：Power：电源控制WDT：看门狗SPI0,SPI1TIMER0(32位),TIMER1(16位),TIMER2(16位)QDEC：正交译码器，CLOCK：提供两个时钟：HFCLK(16MHZ),LFCLK（32.768KHZ）TWI0,TWI1：两线接口，兼容I2C右半边：NVMC:非易失性存储控制器RADIO:2.4GHZ无线广播的数据率：250KBPS,1MBPS,2MBPSECB:加密功能（AES），产生HASH序列，数字签名，生成密钥流等RNG：产生随机数用于加密（基于内部热噪声），无需种子值。TEMP：温度传感器ADC：10位增量ADCPPI：可编程外设互联UART：串口GPIOTE:GPIO监测外部电平或由其他外设触发GPIO翻转。RTC0：4个捕获/比较寄存器RTC1：3个捕获/比较寄存器2、时钟管理系统依赖两种时钟（可以由内部产生）:1、HFCLK:16MHZ2、LFCLK：32.768kHzLFCLK有3种时钟源：1、32.768kHz外部晶振2、32.768kHz内部RC振荡器3、32.768kHz合成时钟（synthesizedclock）当系统从OFF模式切换到ON模式时，LFCLK时钟默认的会关闭。启动：通过低频时钟源寄存器（LFCLKSRCregister）选择优先的低频时钟源，使其起振，并执行一个低频起振任务（LFCLKSTARTtask），若外部晶振无法直接起振，则会自动切换到内部低频RC振荡器，直到外部晶振能够起振为止。停止：通过执行LFCLKSTOPtask.可以停止低频时钟，低频时钟源选择寄存器（LFCLKSRCregister）在LFCLK处于running状态时，不能被修改。HFCLK有2个时钟源：1、16/32MHz外部晶振（crystaloscillator）2、16MHz内部RC振荡器（RCoscillator)当用到32M晶振时，XTALFREQregister必须做相应的配置。启动：当系统进入ON模式时，会自动的启动内部16MRC振荡器，为CPU或系统的其他部件提供HFCLK。执行HFCLKSTARTtask能使外部高频晶振启动停止：通过执行HFCLKSTOPtask使外部高频晶振停止。当外部高频晶振启动时，内部16MRC振荡器会自动关闭，当外部高频晶振停止时，内部16MRC振荡器又会自动打开。校准32.768RC振荡器:当32.768RC振荡器启动并运行时，可以通过触发CALtask对其进行校准，此时需临时借用HFCLK，使用外部16/32M晶振进行校准时精度最高，校准完成后产生一个DONEevent.当一个应用程序使能某个模块并需要时钟做参考，但是又不需要晶振运行时，时钟管理系统会自动使能RC振荡器选项，并提供时钟，当该模块回到IDLE状态时，RC振荡器也回到IDLE状态。当然，为了避免启动延时，应用程序可以不顾时钟管理系统，而使晶振始终处于激活状态。外部高频晶振可以是16M或32M但是系统时钟始终是16M。32.768K的时钟可以由16M的时钟得到，减少了资源，但是会增加功耗电气特性:时钟源起振时间稳定时间频率误差蓝牙低功耗频率误差功耗16M晶振400~500us800us±60ppm±40ppm400uA32M晶振300~400us750us±60ppm±40ppm440uA16MRC2.5~3.5us±1~±5%750uA32.768K晶振0.3~1s±250ppm？？？0.4~1uA32.768KRC100us±2%0.8uA32.768合成时钟100usFTOL,XO16M±840uA3、电源管理1、3种供电方式：1、internalDC/DCconvertersetup；（降压型）2、internalLDOsetup；（内部LDO）3、LowVoltagemodesetup1：DC/DC转换器用来给VDD降压，降压后输出给LDO，为系统体统电力。为了省电，一般在VDD低于最低电压或FDCDC1时，应该关闭DC/DC2、不通过DC/DC转换器，而直接把VDD与LDO相连，3、不通过DC/DC及LDO，而直接用外部VDD为系统供电2、两种系统模式SystemONmode、SystemOFFmode.SystemOFFmode：系统可进入的终极省电模式。系统核心功能将被关闭，并停止所有正在执行的任务。唯一还在工作并且可产生回应的机制是复位。SystemOFFisthedeepestpowersavingmodethesystemcanenter.Inthismode,thesystem’scorefunctionalityispowereddownandallongoingtasksareterminated.Theonlymechanismthatisfunctionalandresponsiveinthismodeistheresetmechanism.通过设置RAMON寄存器，可以在SystemOFF模式下保留RAM块中的内容。从SystemOFF唤醒（wakeup）到SystemON模式：1，由GPIO产生的检测信号（DETECTsignal）唤醒2，由Reset唤醒当系统从SystemOFF模式唤醒时，会执行Reset操作WhenthesystemwakesupfromOFFmode,asystemresetisperformed.RAM被分块，可以单独的上电和关闭。在SystemOFF模式，RAM中的数据可以被保留，SystemONmode：所有功能模块会根据需要处于IDEL或RUN模式在该模式下，CPU可以被激活（active）或者睡眠（sleeping）.CPU进入睡眠的方式：1、执行WFI指令2、执行WFE指令1通过WFI睡眠的CPU，能够被中断请求唤醒，前提是在NVIC中把相应的中断开关打开。2通过WFE睡眠的CPU，无论NVIC中是否打开了相应的中断开关，都能够被中断请求唤醒。InWFIsleeptheCPUwillwakeupasaresultofaninterruptrequestiftheassociatedinterruptisenabledintheNVICInWFEsleeptheCPUwillwakeupasaresultofaninterruptrequestregardlessoftheassociatedinterruptbeingenabledintheNVICornot.子电源模式（Subpowermodes）在SystemON模式下，CPU睡眠期间，系统可以处于下列两种子电源模式中的一种•固定延时（ConstantLatency）•低功耗（LowPower）1、固定延时模式：CPU的唤醒潜伏期和PPI的响应时间是一个不变量，代价是功耗较高。2、低功耗模式：在此模式下，电源管理系统会被最高效的利用，节省最多的电能，代价是CPU的唤醒潜伏期和PPI的响应时间就会多种多样。当系统进入SystemON模式,会默认进入低功耗（LowPower）子模式。3、复位方式nRF51系列提供多种复位方式，当复位发生的时候，CPU会查询复位原因寄存器RESETREAS（resetreasonregister），以判断复位产生的原因。1、上电复位（Power-onreset）2、引脚复位（Pinreset）3、从SystemOFF模式醒来复位(WakeupfromOFFmodereset)4、软件复位（Softreset）5、看门狗复位（Watchdogreset）6、欠压复位（Brown-outreset）Note:除了全局电源系统开关（SystemONandOFFmode），CPU,RadioTransceiver等外设，都有独立的电源状态控制。4、电气特性5、CPU功耗:4、存储所有存储块（memoryblocks）和寄存器（registers）映射在同一个地址空间。AllmemoryandregistersarefoundinthesameaddressspaceasshownintheDeviceMemoryMap.DevicesinthenRF51seriesuseflashbasedmemoryintheCode,FICR,andUICRregions.TheRAMregionisSRAM.主要的存储类别：•Codememory•RandomAccessMemory(RAM)•Peripheralregisters(PER)另外，还有两个信息块(FICR,UICR),FICR包含设备的详细配置（只读），UICR是用户可配置.存储方式：•Volatilememory(VM)•Non-volatilememory(NVM)Codememory:非易失性，通常用来存放CPU运行的程序，和芯片掉电之后保留的数据常量（dataconstants）RAM:CPU程序的临时数据存储，也可以从RAM运行CPU程序。易失性，掉电丢数。Peripheralregisters：外设的入口，TIMER,Radio,ADC等。Note：NVMC、外设的内存映射将在六中详解。5外设接口Peripheralinterface所有外设可通过AHB和APB总线寄存器被访问，就如同通过task,event,interrupt寄存器进行访问一样.1、外设ID:每个外设都分配了0X1000bytes的空间，也就是说每个外设在APB总线上一共有1024个4bytes的寄存器(0X1000=4096),第一个外设的基地址是0x40000000,ID号为0.基地址为0x40001000的外设ID号为1，依次类推基地址为0x4001F000的外设ID号为31.2、TASK:作用：用来触发外设的动作(actions)，例如开始某个特定的行为。外设都能实现不同的Task，每个Task在该外设任务寄存器组(peripheral’staskregistergroup)中都有一个单独的寄存器触发条件：可以通过软件写“1”到任务寄存器（taskregister）或者由外设本身或其他外设触发相应的任务信号来触发某个TASK2、Event：作用：用来通知外设或CPU某个事件发生了，例如某个外设的状态改变了。一个外设能够产生多个Event，每个Event在事件寄存器组（periphe