Zee無線單片機(jī)C介紹

1、第三章 ZigBee 無線單片機(jī)TI 公司的 CC2530是真正的系統(tǒng)級(jí) SoC, 適用于 IEEE 和RF4CE應(yīng)用。 CC2530包括了極好性能的一流 的RF收發(fā)器，工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)增強(qiáng)型 8051 MCU，系統(tǒng)中可編程的閃存， 8KB RAM，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)，以及許多其它功能強(qiáng)大的特性，結(jié)合德州儀器的業(yè)界領(lǐng)先的黃金單 元 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。CC2530可廣泛應(yīng)用在 IEEE 系統(tǒng)， RF4CE遙控控制系統(tǒng)， ZigBee 系統(tǒng)，家庭 / 建筑物，照明系 統(tǒng)，工業(yè)控制和監(jiān)視，低功耗傳

2、感器網(wǎng)絡(luò)，消費(fèi)類電子和衛(wèi)生保健等領(lǐng)域。CC2530 芯片的特點(diǎn)CC2530是一個(gè)真正的用于 IEEE 與 Zigbee 應(yīng)用的 SOC解決方案。這種解決方案能夠提高性能并滿足 以ZigBee為基礎(chǔ)的 GHz ISM波段應(yīng)用對(duì)低成本、低功耗的要求。它結(jié)合了一個(gè)高性能GHz DSSS(直接序列擴(kuò)頻 ) 射頻收發(fā)器核心和一顆工業(yè)級(jí)小巧、高效的8051控制器。CC2530芯片方框圖如圖所示。內(nèi)含模塊大致可以分為三類：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，以及射頻率相關(guān)的模塊。CC2530在單個(gè)芯片上整合了 8051兼容微控制器、ZigBee射頻 (RF)前端、內(nèi)存和 FLASH存儲(chǔ)

3、器等，還包含串行接口 (UART)、模 / 數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC) 、多個(gè)定時(shí) 器(Timer) 、 AESl28安全協(xié)處理器、看門狗定時(shí)器 (WatchDog Timer) 、32 kHz 晶振的休眠模式定時(shí)器、 上電復(fù)位電路 (Power 0n Reset) 、掉電檢測(cè)電路 (Brown Out Detection)以及 21個(gè)可編程 IO 口等外設(shè)接口單元。CC2530芯片采用 CMOS工藝生產(chǎn)，工作時(shí)的電流損耗為 20 mA；在接收和發(fā)射模式下，電流損耗分別 低于 30 mA或40 mA。CC2530的休眠模式和轉(zhuǎn)換到主動(dòng)模式的超短時(shí)間的特性，特別適合那些要求電池壽 命非常長(zhǎng)的應(yīng)用。CC

4、2530的主要特點(diǎn)如下：高性能、低功耗、帶程序預(yù)取功能的8051微控制器內(nèi)核。 32KB/64KB/128KB 或 256KB的在系統(tǒng)可編程 Flash 。 8KB 在所有模式都帶記憶功能的 RAM。 IEEE 兼容 RF收發(fā)器。 優(yōu)秀的接收靈敏度和強(qiáng)大的抗干擾性能力。 精確的數(shù)字接收信號(hào)強(qiáng)度 (RSSI) 指示 / 鏈路質(zhì)量指示 (LQI) 支持。 最高到的可編程輸出功率。 集成 AES安全協(xié)處理器，硬件支持的 CSMA/CA功能。 具有 8路輸入和可配置分辨率的 12位 ADC。 強(qiáng)大的 5 通道 DMA。 IR 發(fā)生電路。 帶有 2 個(gè)強(qiáng)大的支持幾組協(xié)議的 UART。 以及 1個(gè)符合 I

5、EEE 802 15 4規(guī)范的 MAC定時(shí)器、 1個(gè)常規(guī)的 16位定時(shí)器和 2個(gè)8位定時(shí)器 看門狗定時(shí)器，具有捕獲功能的 32-kHz 睡眠定時(shí)器。 較寬的電壓工作范圍。 具有電池監(jiān)測(cè)和溫度感測(cè)功能。 在休眠模式下僅的電流損耗，外部的中斷或RTC能喚醒系統(tǒng)。 在待機(jī)模式下低于 1uA 的電流損耗，外部的中斷能喚醒系統(tǒng)。 調(diào)試接口支持，強(qiáng)大和靈活的開發(fā)工具。 僅需很少的外部元件。 圖 CC2530 方框圖CC2530 引腳圖示及描述1、CC2530采用 6mm6mm的 QFN40 封裝 ,共有 40個(gè)引腳。引腳如圖所示。圖 引腳頂視圖2、引腳描述CC2530全部引腳可分為 I O端口線引腳、電源

6、線引腳和控制線引腳3類。 CC2530有21個(gè)可編程的I/O 口引腳， PO、 P1口是完全的 8位口， P2口只有 5個(gè)可使用的位。通過軟件設(shè)定一組SFR寄存器的位或字節(jié)，可使這些引腳作為通常的 I/O 口或作為連接 ADC、定時(shí)器 / 計(jì)數(shù)器或 UART部件的外圍設(shè)備接口使用。CC2530的引腳描述見表所示：表 CC2530 引腳描述引腳名稱引腳引腳類型描述AVDD128電源（模擬）模擬電源連接AVDD227電源（模擬）模擬電源連接AVDD324電源（模擬）模擬電源連接AVDD429電源（模擬）模擬電源連接AVDD521電源（模擬）模擬電源連接AVDD631電源（模擬）模擬電源連接DCOU

7、PL40電源（數(shù)字）數(shù)字電源去耦。不使用外部電路供應(yīng)。DVDD139電源（數(shù)字）數(shù)字電源連接DVDD210電源（數(shù)字）數(shù)字電源連接GND-接地接地襯墊必須連接到一個(gè)堅(jiān)固的接地面GND1，23，4未使用的引腳連接到 GNDP0 019數(shù)字 I/O端口P0 118數(shù)字 I/O端口P0 217數(shù)字 I/O端口P0 316數(shù)字 I/O端口P0 415數(shù)字 I/O端口P0 514數(shù)字 I/O端口P0 613數(shù)字 I/O端口P0 712數(shù)字 I/O端口P1 011數(shù)字 I/O端口 驅(qū)動(dòng)能力P1 19數(shù)字 I/O端口 驅(qū)動(dòng)能力P1 28數(shù)字 I/O端口P1 37數(shù)字 I/O端口P1 46數(shù)字 I/O端口P1

8、 55數(shù)字 I/O端口P1 638數(shù)字 I/O端口P1 737數(shù)字 I/O端口P2 036數(shù)字 I/O端口P2 135數(shù)字 I/O端口P2 234數(shù)字 I/O端口P2 333數(shù)字 I/O端口 kHz XOSCP2 432數(shù)字 I/O端口 kHz XOSCRBIAS30模擬 I/O參考電流的外部精密偏置電阻RESET N20數(shù)字輸入復(fù)位 , 活動(dòng)到低電平RF N26RF I/ORX 期間負(fù) RF輸入信號(hào)到 LNARF P25RF I/ORX 期間正 RF輸入信號(hào)到 LNAXOSC Q122模擬 I/O32MHz晶振引腳 1 或 RF 外部時(shí)鐘輸入XOSC Q223模擬 I/O32MHz晶振引腳

9、2CC2530片上 8051 內(nèi)核CC2530芯片使用的 8051 CPU內(nèi)核是一個(gè)單周期的 8051兼容內(nèi)核。它有三種不同的內(nèi)存訪問總線 （SFR，DATA 和CODE/XDAT）A ，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)18位輸入擴(kuò)展中斷單元。中斷控制器總共提供了18個(gè)中斷源，分為六個(gè)中斷組，每個(gè)與四個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)之一相關(guān)。當(dāng)設(shè)備從IDLE模式回到活動(dòng)模式，任一中斷服務(wù)請(qǐng)求也能響應(yīng)。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ㄟ^ SFR總線把 CPU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

10、四個(gè)內(nèi)存訪問點(diǎn)，每次訪問可以映射到三個(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。增強(qiáng)型 8051 內(nèi)核增強(qiáng)型 8051內(nèi)核使用 8051指令集。指令運(yùn)行比標(biāo)準(zhǔn)的 8051更快，因?yàn)椋?每條指令 1個(gè)時(shí)鐘周期，而普通 8051 為每條指令 12個(gè)時(shí)鐘周期。 除去了被浪費(fèi)掉的總線狀態(tài) :因?yàn)?1條指令周期是和可能的存儲(chǔ)器獲取對(duì)齊的，大部分單指令的執(zhí)行時(shí)間為1個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期。為了速度的提高，CC2530增強(qiáng)型內(nèi)核還增加了兩個(gè)部分：另一個(gè)數(shù)據(jù)指針以及擴(kuò)展的 18個(gè)源的中斷單元。 CC2530 內(nèi)核的目標(biāo)代碼兼容

11、標(biāo)準(zhǔn) 8051微處器。換句話說， CC2530的 8051目標(biāo)碼與標(biāo)準(zhǔn) 8051完 全兼容，可以使用標(biāo)準(zhǔn) 8051的匯編器和編譯器進(jìn)行軟件開發(fā)，所有CC2530的 8051指令在目標(biāo)碼和功能上與同類標(biāo)準(zhǔn)的 8051產(chǎn)品完全等價(jià)。不管怎樣，由于CC2530的 8051內(nèi)核使用不同于標(biāo)準(zhǔn)的指令時(shí)鐘，且外設(shè)如定時(shí)器、串口等不同于標(biāo)準(zhǔn)的 8051，因此在編程時(shí)與標(biāo)準(zhǔn)的 8051代碼略有不同。存儲(chǔ)空間CC2530包含1個(gè)DMA控制器。 8 KB靜態(tài)RAM（SRAM。） 32 KB、64 KB、128 KB或256KB的片內(nèi)提供在系統(tǒng) 可編程的非易失性存儲(chǔ)器 （FLASH）。 8051 CPU結(jié)構(gòu)有 4個(gè)

12、不同的存儲(chǔ)器空間。 8051 有獨(dú)立的程序存儲(chǔ)器和 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間。1、CODE程序存儲(chǔ)器空間：一塊只讀程序存儲(chǔ)器空間，地址空間為 64KB。如圖所示。2、DATA數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間：一塊 8 位的可讀 / 可寫的數(shù)據(jù)儲(chǔ)器空間，可通過單周期的CPU指令直接或間接存取。地址空間為 256 字節(jié)，低 128 字節(jié)可通過直接或間接尋址訪問，而高128字節(jié)只能通過問接尋址訪問3、XDATA數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間： 一塊 16 位的可讀 / 可寫的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間， 通常訪問需要 4、5 個(gè)指令周期，地址空間為 64KB。如圖所示。4、SFR特殊功能寄存器：一塊可通過 CPU的單周期指令直接存取的可讀 / 可寫寄存器空

13、間。 地址空間為 128 字節(jié)，特殊功能寄存器可進(jìn)行位尋址。以上 4 塊不同的存儲(chǔ)空間構(gòu)成了 CC2530的存儲(chǔ)器空間，可通過存儲(chǔ)管理器來進(jìn)行統(tǒng)一管理。為方便DMA傳送和硬件調(diào)試，此 4塊存儲(chǔ)器空間在器件中是部分重疊的。關(guān)于這4塊存儲(chǔ)空間是如何映射到 3個(gè)物理空間的（FLASH、SRAM、SFR），請(qǐng)查看圖和圖。圖 程序存儲(chǔ)器空間圖 片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間 （ 顯示 SFR和DATA映射 ）特殊功能寄存器特殊功能寄存器控制 CC2530的8051 內(nèi)核以及外設(shè)的各種重要功能。大部分的CC2530特殊功能寄存器與標(biāo)準(zhǔn) 8051特殊功能寄存器功能相同，小部分與標(biāo)準(zhǔn) 8051 的不同。不同的特 殊功能寄

14、存器主要用于控制外設(shè)以及射頻收發(fā)功能。表 列出了所有特殊功能寄存器的地址。大寫字母為CC2530的特殊功能寄存器，小寫字母為標(biāo)準(zhǔn) 8051 的特殊功能寄存器。下面我們來了解一下 CC2530的 8051內(nèi)核的內(nèi)在寄存器。1、數(shù)據(jù)指針 DPTR0與 DPTR12個(gè)數(shù)據(jù)指針， DPTR0與 DPTR1，可加快數(shù)據(jù)塊在存儲(chǔ)器之間的交換速度。2、寄存器 R0 R7CC2530提供了 4組工作寄存器，每組包括8個(gè)功能寄存器。這 4組寄存器分別映射到數(shù)據(jù)寄存器空間的 Ox00 0x07 、 Ox08 0x0F 、 OxlO 0x17 、 Oxl8 OxlF 。每個(gè)寄存器組包括 8個(gè) 8位寄存器 R0R7。

15、可以通過程序狀態(tài)字 PSW來選擇這些寄存器組。3、程序狀態(tài)字 PSW程序狀態(tài)字包含一些反映 CPU狀態(tài)的位，程序狀態(tài)字可作為特殊功能器訪問。 程序狀態(tài)字包括進(jìn)位標(biāo)志、輔助進(jìn)位標(biāo)志、寄存器組選擇、溢出標(biāo)志以及奇偶標(biāo)志 等。其余 2位沒有定義而留給用戶定義。4、累加器 ACCACC是累加器。 . 是大部分算術(shù)指令、數(shù)據(jù)傳輸及其它指令的源及目的存儲(chǔ)器。5、寄存器 BB寄存器用于在乘除法運(yùn)算指令時(shí)，提供第2個(gè) 8位的參數(shù)。6、堆棧指針 SP堆 棧駐留在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間并向上生長(zhǎng)，通過PUSH和 POP指令進(jìn)行堆棧操作。當(dāng)復(fù)位R0時(shí)，堆棧初始化到 0x07, 如進(jìn)行一次 PUSH操作，則其值為 0x08,

16、 就會(huì)和第二個(gè)寄存器組的 重合，所以 SP應(yīng)初始化到一個(gè)不同位置，一個(gè)不被使用的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址。表 特殊功能寄存器地址對(duì)應(yīng)表CC2530 主要特征外設(shè)CC2530有 21個(gè)數(shù)字 I/O 引腳，能被配置為通用數(shù)字I/O 口或作為外設(shè) I/O 信號(hào)連接到ADC、定時(shí)器、或串口外設(shè)。輸入/ 輸出接口CC2530包括 3組輸入 / 輸出 （I/O） 口，分別是 P0、 P1、 P2。其中， P0和P1分別有 8個(gè)引 腳， P2有5個(gè)引腳，共 21個(gè)數(shù)字 I/O引腳。 這些引腳都可以用作通用的 I/O 端口，同時(shí)通過 獨(dú)立編程還可以作為特殊功能的輸人/ 輸出，通過軟件設(shè)置還可以改變引腳的輸入/ 輸出硬件

17、狀態(tài)配置。1、 CC2530的 I/O 引腳具有以下功能：作輸入口時(shí)，可選擇輸入弱上拉或下拉 所有 I/O 引腳均可作為外部中斷輸入引腳。 外部中斷接口也可以用于從睡眠模式喚醒器件，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 為0、 1或2） ：引腳輸出，或輸入引腳狀態(tài)。PERCFG為外設(shè)控制寄存器，選擇哪個(gè)外設(shè)功能。PxSEL（x為0、 1或2） ：為端口功能選擇寄存

18、器，選擇是I/O 口還是外設(shè)接口功能。PxDIR（x 為0、1或2） ：為端口方向寄存器，選擇是輸入還是輸出。PxINP（x 為0、1或2） ：為端口模式寄存器，選擇輸入上拉、下拉，還是三態(tài)PxIFG（x 為0、1或2） ：端口中斷狀態(tài)標(biāo)志寄存器，某I/O 口有中斷時(shí)，對(duì)應(yīng)位置 1PICTL ：端口中斷控制，是上升沿中斷還是下降沿中斷PxIEN（x 為0、1或2） ：中斷使能寄存器。某位置1，則對(duì)應(yīng)中斷使能。直接存取 （DMA）控制器中斷方式解決了高速內(nèi)核與低速外設(shè)之間的矛盾，從而提高了單片機(jī)的效率。但在中 斷方式中，為了保證可靠地進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，必須花費(fèi)一定的時(shí)間，如重要信息的保護(hù)以及 恢復(fù)等

19、，而它們都是與輸入 / 輸出操作本身無關(guān)的操作。因此對(duì)于高速外設(shè)，采用中斷模 式就會(huì)感到吃力。為了提高數(shù)據(jù)的存取效率，CC2530專門在內(nèi)存與外設(shè)之間開辟了一條專用數(shù)據(jù)通道。這條數(shù)據(jù)通道在DMA控制器硬件的控制下，直接進(jìn)行數(shù)據(jù)交換而不通過8051內(nèi)核，不用 I/O 指令。DMA控制器可以把外設(shè) （ 如ADC、射頻收發(fā)器 ） 的數(shù)據(jù)移到內(nèi)存而不需要CC2430內(nèi)核的干涉。這樣，傳輸數(shù)據(jù)速度上限取決于存儲(chǔ)器的速度。采用DMA方式傳送時(shí)，由 DMA控制器向8051 內(nèi)核發(fā)送 DMA請(qǐng)求，內(nèi)核響應(yīng) DMA請(qǐng)求，這時(shí)數(shù)據(jù)輸入 / 輸出完全由 DMA控制器指揮。1、DMA控制器主要具有以下特征： 5 個(gè)獨(dú)

20、立的 DMA通道。 3 個(gè)可配置的通道優(yōu)先級(jí)。 32 個(gè)可配置的傳輸觸發(fā)事件。 獨(dú)立控制的源與目的地址。 單個(gè)的、塊的、或批傳輸數(shù)據(jù)模式。 數(shù)據(jù)傳輸長(zhǎng)度可變。 可進(jìn)行字、位操作。2、DMA控制寄存器有：DMAARM（DM通A道使能 ） 、 DMAREQ（DM通A道初始請(qǐng)求及狀態(tài) ） 、 DMAIRQ（DMA中斷標(biāo)志 ）、 DMA0CFGL（DM通A道0配置低地址 ）以及 DMA0CFGH（DM通A道 0配置高地址 ） ， DMA1CFGL（DM通A道 14配置低地址 ） 、DMA1CFGH（DM通A道 1 4配置高地址 ）。定時(shí)器（ Timer ）CC2530包含 2個(gè)16位的定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器

21、 （Timer1 和Timer2） 和2個(gè)8位的定時(shí)器 / 計(jì)數(shù)器 （Timer3 和 Timer4） 。其中 Timer2 主要用于 MAC的定時(shí)器。Timer1 、 Timer3 、 Timer4 為支持典型的如輸入、捕獲、輸出比較與PWM功能的定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器。這些功能和標(biāo)準(zhǔn)的 8051 是差不多的。我們下面重點(diǎn)介紹 Timer2 。Timer2 主要用于 CSMA-CA算法與 MAC層的計(jì)時(shí)。如果定時(shí)器 2 與睡眠定時(shí)器一起使 用，當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)人低功耗模塊時(shí)，定時(shí)器2將提供定時(shí)功能，使用睡眠定時(shí)器設(shè)置周期。Timer2 的特點(diǎn)如下： 16 位定時(shí) / 計(jì)數(shù)器。提供 16ms/320ms 的

22、符號(hào) / 幀周期。 可變周期，可精確到 3125 ns 。 帶 2個(gè) 16 位比較功能定時(shí)器。 24 位溢出計(jì)數(shù)。 帶 2個(gè) 24 位溢出比較功能。 幀首定界符捕捉功能。 定時(shí)器啟動(dòng) / 停止同步于外部時(shí)鐘以及由睡眠定時(shí)器提供定時(shí)。 比較和溢出產(chǎn)生中斷。 具有 DMA觸發(fā)能力。復(fù)位后，定時(shí)器 2處于定時(shí)器空閑模式，定時(shí)器2停止。當(dāng)設(shè)置為 1時(shí)，定時(shí)器 2啟動(dòng)運(yùn)行并進(jìn)入運(yùn)行模式。此時(shí)，定時(shí)器2要么立即運(yùn)行，要么同步于KHz 時(shí)鐘運(yùn)行?？赏ㄟ^向?qū)懭?O來停止正在運(yùn)行的定時(shí)器2。此時(shí)，定時(shí)器 2將進(jìn)入空閑模式，定時(shí)器2停止要么立即執(zhí)行，要么同步于時(shí)鐘執(zhí)行。定時(shí)器 2不僅只用于定時(shí)，而且與普通的定時(shí)器

23、一樣，它也是一個(gè)16 位的計(jì)數(shù)器。定時(shí)器 2 使用的寄存器如下：T2MSEL: 定時(shí)器 2 多功能選擇寄存器。T2M1: 定時(shí)器 2 多功能計(jì)數(shù)值高字節(jié)。T2M0: 定時(shí)器 2 多功能計(jì)數(shù)值低字節(jié)。T2MOVF2: 定時(shí)器 2 溢出計(jì)數(shù) 2 。T2MOVF1: 定時(shí)器 2 溢出計(jì)數(shù) 1 。T2MOVF0: 定時(shí)器 2 溢出計(jì)數(shù) 0 。T2IRQF: 定時(shí)器 2 中斷標(biāo)志。T2IRQM: 定時(shí)器 2 中斷屏蔽。T2CSPCNF：定時(shí)器 2 事件輸出配置。T2CTRL: 定時(shí)器 2 配置14 位模 / 數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC)CC2530的ADC支持 14位的模 / 數(shù)轉(zhuǎn)換，這跟一般的單片機(jī)8位 AD

24、C不同，如圖所示。這個(gè)ADC包括 1 個(gè)參考電壓發(fā)生器和 8 個(gè)獨(dú)立可配置通道。轉(zhuǎn)換結(jié)果可通過DMA寫到存儲(chǔ)器中。有多種操作模式。圖 ADC 方框圖1、 CC2530 的 ADC具有以下特征： ADC 轉(zhuǎn)換位數(shù) 8 14 位可選。 8 個(gè)獨(dú)立輸入通道，可配置為單端或雙端輸入。 參考電壓可選擇內(nèi)部、外部單端、外部雙端或AVDD5。 可產(chǎn)生中斷； 轉(zhuǎn)換完成可觸發(fā) DMA； 溫度檢測(cè)傳感輸人； 電池電壓檢測(cè)輸入。當(dāng)使用 ADC時(shí)， P0口必須配置成 ADC輸入。把 P0相應(yīng)的引腳當(dāng)作 ADC輸入使用時(shí)，寄存 器 ADCCFG相應(yīng)的位應(yīng)設(shè)置為 1 ；否則寄存器 ADCCFG的各位初始值為 0，則不當(dāng)作

25、 ADC輸入使 用。 ADC完成順序模 / 數(shù)轉(zhuǎn)換以及把結(jié)果送至內(nèi)存(使用DMA模式)時(shí)，不需要 CPU的干預(yù)2、 ADC寄存器包括： ADCL: ADC 數(shù)據(jù)采集值低字節(jié)。 ADCH: ADC 數(shù)據(jù)采集值高字節(jié)。 ADCCONl： ADC控制寄存器 1，啟動(dòng)、啟動(dòng)方式設(shè)置及轉(zhuǎn)換是否完成指示。 ADCCON2: ADC控制寄存器 2 ，順序轉(zhuǎn)換的通道、分辨率設(shè)置，及參考電壓選擇 ADCCON3: ADC控制寄存器 3 ，單通道轉(zhuǎn)換的通道號(hào)、分辨率設(shè)置，及參考電壓選擇。串行通信接口 (USART)CC2530有2個(gè)串行接口： USART0和 USART0。可以獨(dú)立操作在異步 UART模式或同步

26、SPI模 式。 2個(gè)USART有相同的功能，對(duì)應(yīng)分配到不同的I/O 口， 2線制或 4線制，硬件流控支持。1、 UART模式時(shí)有如下特點(diǎn)： 8 位或 9 位數(shù)據(jù)負(fù)載。 奇、偶，或無奇偶校驗(yàn)。 可配置起始或停止位位數(shù)。 可配置最高位還是最低位先發(fā)送。 獨(dú)立的接收和發(fā)送中斷。 獨(dú)立的接收和發(fā)送 DMA觸發(fā)。 奇偶錯(cuò)誤與幀格式錯(cuò)誤狀態(tài)指示。2、 USART寄存器包括： UxCSR: USART x UART 及SPI 控制及狀態(tài)寄存器。 UxUCR: USART x UART 控制寄存器。 UxGCR: USART x 處理方式控制寄存器。 UxDBUF:USART x 接收 / 發(fā)送數(shù)據(jù)緩存區(qū)。

27、UxBAUD:USART x 波特率控制寄存器。AES-128安全協(xié)處理器CC2530的數(shù)據(jù)加密由一個(gè)支持先進(jìn)的高級(jí)加密技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)AES的協(xié)處理器來實(shí)現(xiàn)。該協(xié)處理器允許加密 / 解密時(shí)，最小化 CPU的使用率。1、 AES-128 安全協(xié)處理器具有如下特征： 支持 IEEE 下的所有安全處理。 ECB 、 CBC、 CFB、 OFB、 CTR和 CBC-MAC多種加密模式。 硬件支持 CCM加密模式。 128 位數(shù)據(jù)加密密匙。 具有 MDA傳輸觸發(fā)能力。2、加密 / 解密一組信息，必須經(jīng)過以下步驟：1) 加載密鑰；2) 加載初始化向量 (IV) ；3) 加密 / 解密上傳下載的數(shù)據(jù)。AES安全協(xié)

28、處理器工作在 128位。一組 128 位的數(shù)據(jù)下載到協(xié)處理器中加密，必須在下 一組數(shù)據(jù)送至協(xié)處理器前完成加密。每組數(shù)據(jù)送至協(xié)處理器加密前，必須給協(xié)處理器一個(gè) 開始指令。由于 AES協(xié)處理器加密的數(shù)據(jù)都是以128 位為一組的，因此當(dāng)一組數(shù)據(jù)不足128位時(shí)，必須在后面添加 O后才能把數(shù)據(jù)送至協(xié)處理器加密。3、CC2530的內(nèi)核 CPU使用如下 3 個(gè)特殊功能寄存器與AES協(xié)處理器進(jìn)行通信：1) ENCCS：加密控制和狀態(tài)寄存器；2）ENCDI，加密輸入寄存器； 3）ENCDO，加密輸出寄存器。CPU直接讀 / 寫寄存器狀態(tài)；對(duì)輸入/ 輸出寄存器的訪問，應(yīng)使用DMA執(zhí)行。當(dāng) AES協(xié)處理器使用 DM

29、A時(shí)，必須使用 2個(gè) DMA通道，一個(gè)用于數(shù)據(jù)輸入，另一個(gè)用于數(shù)據(jù)輸出。在把 開始指令寫入 ENCCS寄存器前必須初始化 DMA通道。開始指令寫入 ENCCS寄存器后，即使用 DMA方式傳送一次數(shù)據(jù)。在每一組數(shù)據(jù)傳送完成后產(chǎn)生一個(gè)中斷。這個(gè)中斷將把一個(gè)新的 開始指令寫入 ENCCS寄存器。4、下面介紹加密模式。當(dāng)使用 CFB、 0FB和 CTR模式時(shí)， 128位的數(shù)據(jù)組被劃分為 4塊，每塊為 32位。在第 1塊 32 位數(shù)據(jù)塊傳送至 AES協(xié)處理器加密完成后， AES把已加密的數(shù)據(jù)傳送出去，再把第2塊 32位數(shù)據(jù)塊送至 AES協(xié)處理器加密。就這樣，一直完成1組 128位數(shù)據(jù)的加密。解密與加密過

30、程相同。CBC模式的加密首先也是將明文分成固定長(zhǎng)度（128 位） 的組，然后將前面一個(gè)加密塊輸出的密文與下一個(gè)要加密的明文塊進(jìn)行XOR（異或 ） 操作計(jì)算，再將計(jì)算結(jié)果用密鑰進(jìn)行加密得到密文。第一個(gè)明文塊加密的時(shí)候，因?yàn)榍懊鏇]有加密的密文，所以需要一個(gè)初始化向 量 (IV)CBC-MAC模式不同于 CBC模式，除了最后一組數(shù)據(jù)，其他數(shù)據(jù)組都是一次性地將一組MAC信128 位數(shù)據(jù)送至 AES協(xié)處理器加密。最后一組數(shù)據(jù)將用CBC模式加密。最后一組數(shù)據(jù)是息， MAC信息必須經(jīng)過 MAC的檢驗(yàn)。 CBC-MAC加密與解密過程相似。CCM模式是 CBC-MAC和 CTR兩種模式的結(jié)合，因此CCM的部分加

31、密必須由軟件完成。5、使用 CCM模式加密數(shù)據(jù)必須按如下步驟執(zhí)行（密鑰已加載 ） ：1）數(shù)據(jù)認(rèn)證，包括加載初始化向量；2）創(chuàng)建 BO數(shù)據(jù)塊；3）補(bǔ)滿數(shù)據(jù)長(zhǎng)度 （ 如果數(shù)據(jù)位不夠 128位 ） 等；4）數(shù)據(jù)加密。CC2530 無線收發(fā)器一個(gè)基于的 CC2530無線收發(fā)器如圖所示。無線核心部分是一個(gè)CC2420射頻收發(fā)器。圖 CC2530 無線收發(fā)器方框圖CC2530接收器是一款中低頻接收器。接收到的射頻信號(hào)首先被一個(gè)低噪放大器(LNA)放大，并把同相正交信號(hào)下變頻到中頻 (2MHz) ，接著復(fù)合的同相正交信號(hào)被濾波放大，再 通過 AD 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，其中自動(dòng)增益控制、最后的信道濾波、擴(kuò)頻

32、、相關(guān)標(biāo)志 位、同步字節(jié)都是以數(shù)字的方法實(shí)現(xiàn)的。CC2530收發(fā)器通過直接上變頻器來完成發(fā)送，待發(fā)送的數(shù)據(jù)存在一個(gè)128 字節(jié)的 FIFO發(fā)送單元 (與FIFO接收單元相互獨(dú)立 ) 中，其中幀頭和幀標(biāo)識(shí)符由硬件自動(dòng)添加上去。按照 中的擴(kuò)展順序，每一個(gè)字符 (4bits) 都被擴(kuò)展成 32 個(gè)碼片，并被送到數(shù)模轉(zhuǎn)換器以模擬信 號(hào)的方式輸出。一個(gè)模擬低通濾波器把信號(hào)傳遞到積分 (quadrature) 上變頻混頻器，得到的射頻信號(hào) 被功率放大器 (PA) 放大，并被送到天線匹配。1、 CC2530 無線部分特點(diǎn)如下： RF 收發(fā)器 直接擴(kuò)頻序列收發(fā)器?250 kbps 數(shù)據(jù)傳輸速率， 2 MChi

33、p/s 芯片速率?QPSK 半波正弦調(diào)制 ?極低的電流消耗(發(fā)送mA，接收 mA)?高的靈敏度 (-95 dBm)?臨近信道沖突排斥 (30/45 dB)?間隔信道沖突排斥 (53/54 dB) ?低電壓(使用內(nèi)部電壓調(diào)節(jié)器時(shí)V)接收器?可編程的輸出功率 ?軟件控制的同相正交相(I/Q) 信號(hào)的低中頻 (low-IF) 同相正交相信號(hào)直接上轉(zhuǎn)換傳送器2 、獨(dú)立的發(fā)送和接收FIFO 128 byte 發(fā)送數(shù)據(jù) FIFO 128 byte 接收數(shù)據(jù) FIFO3 、硬件支持 MAC 層功能 自動(dòng)前導(dǎo)序列產(chǎn)生器 ?同步字節(jié)插入 / 偵測(cè)?對(duì) MAC數(shù)據(jù)完整的 CRC-16校驗(yàn)?空閑信道評(píng)估?能量檢測(cè)

34、/數(shù)字 RSSI?連接質(zhì)量指示?全自動(dòng)的 MAC安全機(jī)制 (CTR, CBC-MAC, CCM)頻率和通道編程通過 7位的頻率設(shè)置字 6:0 可以設(shè)置載波頻率。改變?cè)谙乱淮沃匦?zhǔn)時(shí)發(fā)生。載波頻率 fc 的計(jì)算公式為： fC = (2394 + 6:0) ，單位為 MHz。編程的步長(zhǎng)為 1MHz，在頻段給定 了16個(gè)通道。數(shù)字從 11到26，5MHz的間距，通道 K的RF頻率由如下公式給定：fc = 2405+?5(k-11)MHz? ，?k = 11 、 12、 26 。對(duì)于通道 K的操作，寄存器因此應(yīng)設(shè)置為：= 11 + 5 (k 11) 。調(diào)制格式IEEE 的數(shù)字高頻調(diào)制使用直接序列擴(kuò)頻(

35、DSSS)技術(shù)。擴(kuò)展調(diào)制功能如圖所示：圖 調(diào)制格式方框圖每個(gè)字節(jié)分為 2個(gè)符號(hào)，每個(gè)符號(hào)由 4個(gè)位組成。最低的有效位首先發(fā)送。對(duì)于多字節(jié) 區(qū)段，最低序字節(jié)首先傳送，與加密相關(guān)的區(qū)段除外，它們是高序字節(jié)先傳送。在比特 - 符號(hào)轉(zhuǎn)換時(shí)，將每個(gè)字節(jié)中的低 4位轉(zhuǎn)換成一個(gè)符號(hào)，高 4位轉(zhuǎn)換成另一個(gè)符 號(hào)。每一個(gè)字節(jié)都要逐個(gè)進(jìn)行處理，即從它的前同步碼字段開始到最后一個(gè)字節(jié)。在每個(gè) 字節(jié)的處理過程中，優(yōu)先處理低 4 位，隨后處理高 4位。從32個(gè)碼元中抽取 16個(gè)偽隨機(jī)序列 (PN序列 ) ，將每個(gè) 4位的符號(hào)數(shù)據(jù)與其對(duì)應(yīng)。符號(hào) 到碼片的映射關(guān)系見表所示。根據(jù)所發(fā)送連續(xù)的數(shù)據(jù)信息將所選出的PN序列串接起來

36、，并使用 O-QFSK的調(diào)制方法將這些集合在一起的序列調(diào)制到載波上。這些PN序列通過循環(huán)移位或相互結(jié)合 ( 如奇數(shù)位取反 ) 等相互關(guān)聯(lián)。擴(kuò)展后的碼元序列通過采用半正弦脈沖形式的O-QPSK調(diào)制方法，將符號(hào)數(shù)據(jù)信號(hào)調(diào)制到載波信號(hào)上。其中，編碼為偶數(shù)的碼元調(diào)制到I 相位的載波上，編碼為奇數(shù)的碼元調(diào)制Q相位的碼元相對(duì)于 I 相位到 Q相位的載波上。為了使I 相位和 Q相位的碼元調(diào)制存在偏移，的碼元要延遲 Tc(1/4 碼元單位 ) 發(fā)送。圖所示為半正弦脈沖形式的基帶碼元序列的樣圖。表 符號(hào)到碼片映射表圖 傳送 0 符號(hào)碼元序列的 I/Q 相位波形 Tc=幀格式從圖可以看到，定義了物理層以及MAC層

37、的通信數(shù)據(jù)格式。圖 幀格式原理圖1、物理層物理層由同步頭、物理頭和物理服務(wù)數(shù)據(jù)單元組成。同步頭 (SHR) 由前導(dǎo)序列碼和幀開始定界符(SFD) 組成。在 IEEE 規(guī)范中，前導(dǎo)序列碼有 4個(gè)字節(jié)的 0x00 組成，幀開始定界符為 1個(gè)字節(jié) , 值為 0xA7 。物理頭僅包含幀長(zhǎng)度區(qū)，幀長(zhǎng)度區(qū)定義了MPDU的字節(jié)數(shù)。幀長(zhǎng)度不包含幀長(zhǎng)度本身，但包含幀校驗(yàn)序列 (FCS) ，即使幀校驗(yàn)序列是硬件自動(dòng)插入的。物理層服務(wù)數(shù)據(jù)單元 (PSDU)包含 MAC協(xié)議數(shù)據(jù)單元 (MPDU)， 包含 MAC的完整內(nèi)容。2、 MAC層下面介紹 MAC的數(shù)據(jù)是如何構(gòu)成的。從圖可以看到，MAC層數(shù)據(jù)格式包括以下幾部分：

38、MAC頭、 MAC載荷以及 MFR。其中， MAC頭由幀控制 ( FCF)、序列號(hào)和尋址信息組成。從表可 以看出幀控制( FCF)詳細(xì)數(shù)據(jù)組成。序列號(hào)由軟件配置而成，不支持硬件設(shè)置。表 幀控制詳細(xì)數(shù)據(jù)格式Bits:02345679101112131415幀類型安全使能幀待決請(qǐng)求確認(rèn)PAN保留目的地址模式保留源地址模式發(fā)送模式在發(fā)送模式中，和位僅與RXFIFO相關(guān)。圖所示為位在發(fā)送數(shù)據(jù)幀中的狀態(tài)。SFD完整發(fā)送后，中斷標(biāo)志為高，同時(shí)產(chǎn)生RF中斷。當(dāng)發(fā)送 MPDU(MAC Protocol DataUnit MAC 協(xié)議數(shù)據(jù)單元 )后或檢測(cè)到下溢發(fā)生時(shí)，中斷標(biāo)志為低。圖 SFD 信號(hào)定時(shí)接收模式接

39、收模式中，在開始幀分隔符被接收到后，中斷標(biāo)志為高，同時(shí)產(chǎn)生射頻 (RF) 中斷。 如果地址識(shí)別禁止或成功，則僅當(dāng) MPDU的最后一個(gè)字節(jié)接收到后，為低；如果在接收幀中 沒有地址識(shí)別，則立即轉(zhuǎn)為低。當(dāng)需讀出接收幀時(shí)， FIFO 和 FIFOP信號(hào)是有用的，如圖所示。在 RXFIFO中有一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)時(shí)，變?yōu)楦撸诮邮找绯鰰r(shí)，變?yōu)榈?；在RXFIFO中的有效字節(jié)數(shù)超過編程進(jìn) FIFOPCTRL的 FIFOP門限值時(shí)，或當(dāng)幀濾波使能，而直到幀已經(jīng)接收， 在幀頭中的字節(jié)仍不被認(rèn)為是有效數(shù)據(jù)時(shí)，變?yōu)楦?。一個(gè)新的幀的最后一個(gè)字節(jié)被接收，即使FIFOP 門限未超過，也變?yōu)楦?。在下一次RXFIFO讀訪問時(shí)， F

40、IFOP 變?yōu)榈汀．?dāng)用 FIFOP作為微處理器的一個(gè)中斷源時(shí)，F(xiàn)IFOP應(yīng)該在中斷服務(wù)例程中進(jìn)行調(diào)整，以準(zhǔn)備下一次中斷。當(dāng)準(zhǔn)備用于一幀的最后一個(gè)中斷時(shí)，門限值應(yīng)和剩下的字節(jié)數(shù)一致。圖 SFD 、 FIFO、 FIFOP 信號(hào)定時(shí)CSMA/CA協(xié)處理器在 CC2530中，命令鎖存 /CSMA-CA處理器（ CSP）提供在 CPU和射頻之間的控制接口。CMSA-CA控制處理器（ CSP）通過特殊功能寄存器 RFST以及 RF寄存器 CSPX、 CSPY、CSPZ、CSPT、 CSPSTAT、 CSPCTRL與CSPPROG其（ 中n的范圍為 0到23） 接口到 CPU。CSMA-CA控制處 理器（

41、 CSP）可向 CPU產(chǎn)生中斷請(qǐng)求。另外，通過監(jiān)測(cè) MAC定時(shí)器事件， CSP也和 MAC定時(shí)器接口。 CSP允許 CPU發(fā)出命 令到射頻，控制射頻的操作。CSP 有兩種操作模式，描敘如下：1 ）直接命令操作；2 ）程序控制操作。參考設(shè)計(jì)電路CC2530 操作只需要極少的外部元件。圖是典型的應(yīng)用電路。外部元件的典型值和描 述見表。圖 CC2530 應(yīng)用電路表 外部元件概述（不包括電壓去耦電容）元件描述值C251RF 匹配網(wǎng)絡(luò)的部分18pFC261RF 匹配網(wǎng)絡(luò)的部分18pFL252RF 匹配網(wǎng)絡(luò)的部分2nHL261RF 匹配網(wǎng)絡(luò)的部分2nHC262RF 匹配網(wǎng)絡(luò)的部分1pFC252RF 匹配網(wǎng)

42、絡(luò)的部分1pFC253RF 匹配網(wǎng)絡(luò)的部分C33132kHz xtal 負(fù)載電容15pFC32132kHz xtal 負(fù)載電容15pFC23132MHz xtal 負(fù)載電容27pFC22132MHz xtal 負(fù)載電容27pFCC2530 涉及的無線通信技術(shù)為了更好地處理網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用操作的帶寬，CC2530集成了大多數(shù)對(duì)定時(shí)要求嚴(yán)格的一系列 IEEE MAC 協(xié)議以減輕微控制器的負(fù)擔(dān)。清潔信道評(píng)估 (CCA)清潔信道評(píng)估 (CCA) 狀態(tài)信號(hào)指示通道是否可用。當(dāng)接收器已經(jīng)使能至少8個(gè)符號(hào)周期時(shí)， CCA信號(hào)有效。 RSSI_VALID 狀態(tài)指示能夠用于確認(rèn)這一點(diǎn)。CCA基于 RSSI值和一個(gè)可編

43、程的門限。精確的操作通過CCACTRL0和 CCACTRL1寄存器配置。在ZigBee 物理層中可通過如下 3種方法來進(jìn)行清潔信道評(píng)估(CCA) ：1) 超出閾值的能量：當(dāng) CCA檢測(cè)到一個(gè)超出能量檢測(cè)的閾值能量時(shí)，給出一個(gè)忙的信 息。2) 載波判斷：當(dāng) CCA檢測(cè)到一個(gè)具有 IEEE 標(biāo)準(zhǔn)特性的擴(kuò)展調(diào)制信號(hào)時(shí)，給出一個(gè)忙 的信息。3) 帶有超出閾值能量的載波判斷：當(dāng)CCA檢測(cè)到一個(gè)具有 IEEE 標(biāo)準(zhǔn)特性并超出閾值能量的擴(kuò)展調(diào)制信號(hào)時(shí)，給出一個(gè)忙的信息。對(duì)于上述模式中的任何一種CCA模式，如果物理層正在接收一個(gè)物理層協(xié)議數(shù)據(jù)單元( PPDU)時(shí)收到 PLME-CCA請(qǐng)求， CCA也給出一個(gè)忙

44、的信息。在ZigBee 設(shè)備中，在幀定界符檢測(cè)到后，才考慮接收物理層協(xié)議數(shù)據(jù)單元。幀定界符的檢測(cè)時(shí)間為檢測(cè)到物理層包頭的 8 位數(shù)據(jù)為止。一個(gè)忙通道將通過帶忙狀態(tài)的PLME-CCA確認(rèn)原語(yǔ)指示一個(gè)干凈通道將通過帶空閑狀態(tài)的PLME-CCA確認(rèn)原語(yǔ)指示。物理層的個(gè)人網(wǎng)絡(luò)信息庫(kù) (PIB) 的屬性 phyCCAMode表示所選擇的清潔信道評(píng)估的工作 模式。通常清除信道評(píng)估的參數(shù)符合以下標(biāo)準(zhǔn)：能量檢測(cè)閾值最多超出協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)接收機(jī)靈敏度的10 dB ；清潔信道評(píng)估的檢測(cè)時(shí)間等于8個(gè)符號(hào)周期。無線直接序列擴(kuò)頻技術(shù) (DSSS)CC2530數(shù)字高頻部分采用了直接序列擴(kuò)頻DSSS(Direct Sequenc

45、e Spread Spectrum)技術(shù)，不僅能夠非常方便地與短距離無線通信標(biāo)準(zhǔn)兼容；而且大大提高了無線通信的可靠 性。下面簡(jiǎn)單介紹直接序列擴(kuò)頻DSSS的原理。直接序列擴(kuò)頻 DSSS( Direct seqcuence spread spectrdm)，是直接利用具有高碼率的擴(kuò)頻碼序列、采用各種調(diào)制方式、在發(fā)端擴(kuò)展信號(hào)的頻譜，而在收端，用相同的擴(kuò)頻碼 序去進(jìn)行解碼，把擴(kuò)展寬的擴(kuò)頻信號(hào)還原成原始的信息。它是一種數(shù)字調(diào)制方法，具體 說，就是將信源與一定的 PN碼(偽噪聲碼) 進(jìn)行摸二加。例如說在發(fā)射端將1 用，而將 0用去代替，這個(gè)過程就實(shí)現(xiàn)了擴(kuò)頻，而在處只要把收到的序列是就恢復(fù)成1 ，是就恢復(fù)成

46、 0 ，這就是解擴(kuò)。這樣信源速率就被提高了11 倍，同時(shí)也使處理增益達(dá)到10dB以上，從而有效地提高了整機(jī)倍噪比。1、直接序列擴(kuò)頻通信的優(yōu)點(diǎn)1) 直擴(kuò)系統(tǒng)射頻帶寬很寬。小部分頻譜衰落不會(huì)使信號(hào)頻譜嚴(yán)重衰落。2) 多徑干擾是由于電波傳播過程中遇到各種反射體高山，建筑物) 引起，使接收端接收信號(hào)產(chǎn)生失真，導(dǎo)致碼間串?dāng)_，引起噪音增加。而直擴(kuò)系統(tǒng)可以利用這些干擾能量提 高系統(tǒng)的性能。3) 直擴(kuò)系統(tǒng)除了一般通信系統(tǒng)所要求的同步以外，還必須完成偽隨機(jī)碼的同步，以 便接收機(jī)用此同步后的偽隨機(jī)碼去對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行相關(guān)解擴(kuò)。直擴(kuò)系統(tǒng)隨著偽隨機(jī)碼字的加長(zhǎng)， 要求的同步精度也就高，因而同步時(shí)間就長(zhǎng)。4) 直擴(kuò)系統(tǒng)有很強(qiáng)的保密性能。對(duì)于直擴(kuò)系統(tǒng)而言，射頻帶寬很寬，譜密度很低， 甚至淹沒在噪音中，就很難檢查到信號(hào)的存在。由于直擴(kuò)信號(hào)的頻譜密度很低，直擴(kuò)系統(tǒng) 對(duì)其它系統(tǒng)的影響就很小。5) 直擴(kuò)系統(tǒng)一般采用相干解調(diào)解擴(kuò)，其調(diào)制方式多采用B