Zigbee无线单片机CC2530介绍

第三章ZigBee无线单片机TI公司的CC2530是真正的系统级SoC芯片,适用于2.4GHzIEEE802.15.4,ZigBee和RF4CE应用。CC2530包括了极好性能的一流的RF收发器，工业标准增强型8051MCU，系统中可编程的闪存，8KBRAM，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，以及许多其它功能强大的特性，结合德州仪器的业界领先的黄金单元ZigBee协议栈（Z-Stack™），提供了一个强大和完整的ZigBee解决方案。CC2530可广泛应用在2.4-GHzIEEE802.15.4系统，RF4CE遥控控制系统，ZigBee系统，家庭/建筑物自动化，照明系统，工业控制和监视，低功耗无线传感器网络，消费类电子和卫生保健等领域。3.1CC2530芯片的特点CC2530是一个真正的用于2.4-GHzIEEE802.15.4与Zigbee应用的SOC解决方案。这种解决方案能够提高性能并满足以ZigBee为基础的2.4GHzISM波段应用对低成本、低功耗的要求。它结合了一个高性能2.4GHzDSSS(直接序列扩频)射频收发器核心和一颗工业级小巧、高效的8051控制器。CC2530芯片方框图如图3.1所示。内含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，以及射频率相关的模块。CC2530在单个芯片上整合了8051兼容微控制器、ZigBee射频(RF)前端、内存和FLASH存储器等，还包含串行接口(UART)、模/数转换器(ADC)、多个定时器(Timer)、AESl28安全协处理器、看门狗定时器(WatchDogTimer)、32kHz晶振的休眠模式定时器、上电复位电路(Power0nReset)、掉电检测电路(BrownOutDetection)以及21个可编程IO口等外设接口单元。CC2530芯片采用O.18umCMOS工艺生产，工作时的电流损耗为20mA；在接收和发射模式下，电流损耗分别低于30mA或40mA。CC2530的休眠模式和转换到主动模式的超短时间的特性，特别适合那些要求电池寿命非常长的应用。CC2530的主要特点如下：●高性能、低功耗、带程序预取功能的8051微控制器内核。●32KB/64KB/128KB或256KB的在系统可编程Flash。●8KB在所有模式都带记忆功能的RAM。●2.4GHzIEEE802.15.4兼容RF收发器。●优秀的接收灵敏度和强大的抗干扰性能力。●精确的数字接收信号强度(RSSI)指示/链路质量指示(LQI)支持。●最高到4.5dBm的可编程输出功率。●集成AES安全协处理器，硬件支持的CSMA/CA功能。●具有8路输入和可配置分辨率的12位ADC。●强大的5通道DMA。●IR发生电路。●带有2个强大的支持几组协议的UART。●以及1个符合IEEE802．15．4规范的MAC定时器、1个常规的16位定时器和2个8位定时器。●看门狗定时器，具有捕获功能的32-kHz睡眠定时器。●较宽的电压工作范围(2.0～3.6V)。●具有电池监测和温度感测功能。●在休眠模式下仅0.4uA的电流损耗，外部的中断或RTC能唤醒系统。●在待机模式下低于1uA的电流损耗，外部的中断能唤醒系统。●调试接口支持，强大和灵活的开发工具。●仅需很少的外部元件。图3.1CC2530方框图3.2CC2530引脚图示及描述1、CC2530采用6mm×6mm的QFN40封装,共有40个引脚。引脚如图3.2所示。图3.2引脚顶视图2、引脚描述CC2530全部引脚可分为I／O端口线引脚、电源线引脚和控制线引脚3类。CC2530有21个可编程的I/O口引脚，PO、P1口是完全的8位口，P2口只有5个可使用的位。通过软件设定一组SFR寄存器的位或字节，可使这些引脚作为通常的I/O口或作为连接ADC、定时器/计数器或UART部件的外围设备接口使用。CC2530的引脚描述见表3.1所示：表3.1CC2530引脚描述引脚名称引脚引脚类型描述AVDD128电源（模拟）2V-3.6V模拟电源连接AVDD227电源（模拟）2V-3.6V模拟电源连接AVDD324电源（模拟）2V-3.6V模拟电源连接AVDD429电源（模拟）2V-3.6V模拟电源连接AVDD521电源（模拟）2V-3.6V模拟电源连接AVDD631电源（模拟）2V-3.6V模拟电源连接DCOUPL40电源（数字）1.8V数字电源去耦。不使用外部电路供应。DVDD139电源（数字）2V-3.6V数字电源连接DVDD210电源（数字）2V-3.6V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GND1，23，4未使用的引脚连接到GNDP0_019数字I/O端口0.0P0_118数字I/O端口0.1P0_217数字I/O端口0.2P0_316数字I/O端口0.3P0_415数字I/O端口0.4P0_514数字I/O端口0.5P0_613数字I/O端口0.6P0_712数字I/O端口0.7P1_011数字I/O端口1.0-20mA驱动能力P1_19数字I/O端口1.1-20mA驱动能力P1_28数字I/O端口1.2P1_37数字I/O端口1.3P1_46数字I/O端口1.4P1_55数字I/O端口1.5P1_638数字I/O端口1.6P1_737数字I/O端口1.7P2_036数字I/O端口2.0P2_135数字I/O端口2.1P2_234数字I/O端口2.2P2_333数字I/O端口2.3/32.768kHzXOSCP2_432数字I/O端口2.4/32.768kHzXOSCRBIAS30模拟I/O参考电流的外部精密偏置电阻RESET_N20数字输入复位,活动到低电平RF_N26RFI/ORX期间负RF输入信号到LNARF_P25RFI/ORX期间正RF输入信号到LNAXOSC_Q122模拟I/O32MHz晶振引脚1或RF外部时钟输入XOSC_Q223模拟I/O32MHz晶振引脚23.3CC2530片上8051内核CC2530芯片使用的8051CPU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位输入扩展中断单元。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IDLE模式回到活动模式，任一中断服务请求也能响应。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8KBSRAM、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。增强型8051内核增强型8051内核使用8051指令集。指令运行比标准的8051更快，因为：●每条指令1个时钟周期，而普通8051为每条指令12个时钟周期。●除去了被浪费掉的总线状态:因为1条指令周期是和可能的存储器获取对齐的，大部分单指令的执行时间为1个系统时钟周期。为了速度的提高，CC2530增强型内核还增加了两个部分：另一个数据指针以及扩展的18个源的中断单元。●CC2530内核的目标代码兼容标准8051微处器。换句话说，CC2530的8051目标码与标准8051完全兼容，可以使用标准8051的汇编器和编译器进行软件开发，所有CC2530的8051指令在目标码和功能上与同类标准的8051产品完全等价。不管怎样，由于CC2530的8051内核使用不同于标准的指令时钟，且外设如定时器、串口等不同于标准的8051，因此在编程时与标准的8051代码略有不同。存储空间CC2530包含1个DMA控制器。8KB静态RAM(SRAM)。32KB、64KB、128KB或256KB的片内提供在系统可编程的非易失性存储器(FLASH)。8051CPU结构有4个不同的存储器空间。8051有独立的程序存储器和数据存储器空间。1、CODE程序存储器空间：一块只读程序存储器空间，地址空间为64KB。如图3.3所示。2、DATA数据存储器空间：一块8位的可读/可写的数据储器空间，可通过单周期的CPU指令直接或间接存取。地址空间为256字节，低128字节可通过直接或间接寻址访问，而高128字节只能通过问接寻址访问。3、XDATA数据存储器空间：一块16位的可读/可写的数据存储空间，通常访问需要4、5个指令周期，地址空间为64KB。如图3.4所示。4、SFR特殊功能寄存器：一块可通过CPU的单周期指令直接存取的可读/可写寄存器空间。地址空间为128字节，特殊功能寄存器可进行位寻址。以上4块不同的存储空间构成了CC2530的存储器空间，可通过存储管理器来进行统一管理。为方便DMA传送和硬件调试，此4块存储器空间在器件中是部分重叠的。关于这4块存储空间是如何映射到3个物理空间的(FLASH、SRAM、SFR)，请查看图3.3和图3.4。图3.3程序存储器空间图3.4片外数据存储器空间(显示SFR和DATA映射)特殊功能寄存器特殊功能寄存器控制CC2530的8051内核以及外设的各种重要功能。大部分的CC2530特殊功能寄存器与标准8051特殊功能寄存器功能相同，小部分与标准8051的不同。不同的特殊功能寄存器主要用于控制外设以及射频收发功能。表3.2列出了所有特殊功能寄存器的地址。大写字母为CC2530的特殊功能寄存器，小写字母为标准8051的特殊功能寄存器。下面我们来了解一下CC2530的8051内核的内在寄存器。1、数据指针DPTR0与DPTR12个数据指针，DPTR0与DPTR1，可加快数据块在存储器之间的交换速度。2、寄存器R0～R7CC2530提供了4组工作寄存器，每组包括8个功能寄存器。这4组寄存器分别映射到数据寄存器空间的Ox00～0x07、Ox08～0x0F、OxlO～0x17、Oxl8～OxlF。每个寄存器组包括8个8位寄存器R0～R7。可以通过程序状态字PSW来选择这些寄存器组。3、程序状态字PSW程序状态字包含一些反映CPU状态的位，程序状态字可作为特殊功能器访问。程序状态字包括进位标志、辅助进位标志、寄存器组选择、溢出标志以及奇偶标志等。其余2位没有定义而留给用户定义。4、累加器ACCACC是累加器。.是大部分算术指令、数据传输及其它指令的源及目的存储器。5、寄存器BB寄存器用于在乘除法运算指令时，提供第2个8位的参数。6、堆栈指针SP堆栈驻留在数据存储器空间并向上生长，通过PUSH和POP指令进行堆栈操作。当复位时，堆栈初始化到0x07,如进行一次PUSH操作，则其值为0x08,就会和第二个寄存器组的R0重合，所以SP应初始化到一个不同位置，一个不被使用的数据存储器地址。表3.2特殊功能寄存器地址对应表3.4CC2530主要特征外设CC2530有21个数字I/O引脚，能被配置为通用数字I/O口或作为外设I/O信号连接到ADC、定时器、或串口外设。输入/输出接口CC2530包括3组输入/输出(I/O)口，分别是P0、P1、P2。其中，P0和P1分别有8个引脚，P2有5个引脚，共21个数字I/O引脚。这些引脚都可以用作通用的I/O端口，同时通过独立编程还可以作为特殊功能的输人/输出，通过软件设置还可以改变引脚的输入/输出硬件状态配置。1、CC2530的I/O引脚具有以下功能：●作输入口时，可选择输入弱上拉或下拉●所有I/O引脚均可作为外部中断输入引脚。●外部中断接口也可以用于从睡眠模式唤醒器件，2、2530的I/O寄存器有：P0、P1、P2、PERCFG、POSEL、P1SEI。P2SEL、PODlR、P1DIR、P2DIR、POINP、P1INP、P2INP、POIFG、P1IFG、P2IFG、PICTL、P1IEN。Px(x为0、1或2)：引脚输出，或输入引脚状态。PERCFG为外设控制寄存器，选择哪个外