CC2530芯片及其应用

CC2530芯片简介

CC2530(无线片上系统单片机) 是用于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模块。CC2530结合了领先的2.4GHz的RF收发器的优良性能，业界标准的增强型8051单片机，系统内可编程闪存，8KB RAM和许多其他强大的功能。根据芯片内置闪存的不同容量，CC2530有4种不同的型号：CC2530F32/64/128/256，编号扩展名分别具有32KB/64KB/ 128KB/256KB的闪存。CC253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。

CC2530F256结合了TI(德州仪器)公司的ZigBee协议栈Z-Stack，提供了一个强大和完整的ZigBee解决方案。CC2530F64结合了TI公司的协议栈Remo TI， 更好地提供了一个强大和完整的ZigBeeRF4CE远程控制解决方案。

1.主要特性

1)高性能、低功耗且具有代码预取功能的8501微控制器内核。

2)符合2.4GHz IEEE 802.15.4标准的优良的无线接收灵敏度和抗干扰性能2.4G RF收发器。

3)低功耗。

①主动模式RX (CPU空闲)：24 mA。

②主动模式TX在ldBm (CPU空闲)：29mA。

③供电模式1 (4μs唤醒)：0.2 mA。

④供电模式2(睡眠定时器运行)：1μA。

⑤供电模式3(外部中断)：0.4μA。

⑥宽电源电压范围(2- 3.6 V)。

4)支持硬件调试。

5)支持精确的数字化RSSI几QI和强大的5通道DMA。

6) IEEE 802.5.4 MAC定时器，通用定时器。

7)具有IR发生电路。

8)具有捕获功能的32kHz睡眠定时器。

9)硬件支持CSMA/CA功能。

10)具有电池监视功能和温度传感功能。

11)具有8路输入和可配置分辨率的12位ADC。

12)集成AES安全协处理器。

13)两个支持多种串行通信协议的强大USART。

14) 21个通用Do引脚(19X4 mA，2X20 mA)。

15)看门狗定时器。

16)强大灵活的开发工具。

2.内部结构

CC2530芯片大致可以分为以下几个部分： 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。

(1) CPU和内存

CC253x系列芯片中使用的8051 CPU内核是一个单周期的8051兼容内核。它有3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1 8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6个中断组，每个与4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4个内存访问点，每次访问可以映射到3个物理存储器之一：一个8KB 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。

8KB SRAM映射到DATA存储空间和部分XDATA存储空间。8KB 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。

32KB/64KB/128KB/256Kl3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XL- ATA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。

(2)时钟和电源管理

数字内核和外设由一个1.8V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5种不同的复位源来复位设备。

(3)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，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引脚的使用不发生冲突。

系统可以使用一个多功能的5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DlvIA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、定时器和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，在获得高效率操作的同时，大大减轻了内核的负担。

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，—个16位周期值以及5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F，WM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，定时器3的输出是用最小的CPU干扰产生调制的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)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，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7～12位的分辨率，分别在30 kHz或4kHz的带宽。DC和音频转换可以使用高达8个输入通道。输入可以选择作为单端输入或差分输入。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釆测重內部温度。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制时，它必须定期清除;否则，当它超时就复位设备。或者它可以配置用作一个通用32-kHz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。

(4)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。

3.引脚功能

CC2530芯片采用6mmX 6mm QFN40封装，共有40个引脚，可分为I/O引脚、电源引脚和控制引脚。

(1) I/O端口引脚功能

CC2530芯片有21个可编程I/O引脚，PO和Pl是完整的8位I/O端口，P2只有5个可以使用的位。其中，Pl-0和Pl-1具有20mA的输出驱动能力，其他I/O端口引脚具有4mA的输出驱功能力。在程序中可以设置特殊功能寄存器( SFR)将这些引脚设为普通I/O口或是作为外设I/O口使用。

CC2530芯片所有I/O口具有以下特性：在输入时有上拉和下拉的能力;全部I/O口具有响应外部中断的能力，同时这些外部中断可以唤醒休眠模式。

(2)电源引脚功能

AVDD1～AVDD6:为模拟电路提供2.0- 3.6V工作电压。

DCOUPL:提供1.8V的去耦电压，此电压不为外电路使用。

DVDD1、DVDD2:为I/O口提供2.0一 3.6V电压。

GND:接地。

(3)控制引脚功能

RESET-n：复位引脚，低电平有效。

RBIAS:为参考电流提供精确的偏置电阻。

RF-N: RX期间负RF输入信号到LNA。

RF-P: RX期间正RF输入信号到LNA。

XOSC- 01: 32MHz晶振引脚1。

XOSC- 02: 32MHz晶振引脚2。

4.应用领域

1) 2.4GHzIEEE 802.15.4系统。

2) RF4CE远程控制系统(需要大于64KB闪存)。

3) ZigBee系统(需要256KB闪存)。

4)家庭/楼宇自动化。

5)照明系统。

6)工业控制和监控。

7)低功耗无线传感网络。

8)消费型电子。

9)医疗保健。