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2012

CC2530 开发板硬件资源详解 佳杰科技

Dan

H T T P : / / J I E L O V E D A N . T A O B A O . C O M /

前言

进行 ZigBee 无线传感器网络开发，首先，需要有相应的硬件支持（尤其是需要支持

ZigBee 协议栈的硬件）；此外还需要相应的软件支持（最好是相应的支持 ZigBee 协议的软

件协议栈），当然，还需要下载器将程序下载到相应的硬件。本章主要讲解硬件电路方面的

设计方法。 为了让大家能够更方便地学习 Zigbee，佳杰科技打造了一套本土化的高性价比学习套

件。我们的学习平台是 IAR8.1 + Z-stack 2007 PRO，采用 TI 公司的 CC2530F256 芯片，

RF2530N 发送距离达到 400 米，RF2530A 发送距离 1.6KM，全网效果最好的模块，RF2530N可以穿过2-3面墙，150平方米的室内完全覆盖。也是目前国内最流行的且资料最全的 Zigbee 学习和应用方案。配套有《ZigBee 入门与实战演练》该教程每章一个文件夹，文件夹内有

教程提到的图片，程序代码，工具软件、原理图、HEX 文件。配套面上的例程也是基于本

学习平台开发的，所以可以直接下载使用，有 16 个基础实验，以及 26 个组网实验。网上所

谓最全的教程资料其实更本不到我的内容的 1/5. 该教程包含如下内容： 第一章、 Zigbee 简介 第二章、 IAR 开发环境的搭建以及一个工程的建立实例一些工具软件的安装 第三章、 开发板硬件资源详细介绍 第四章、 16 个基础实验掌握 CC2530 第五章、 Zigbee无线网络入门 每个实验都有协调器 终端节点的编程有些有路由器的编

写，从 0 开始编写指的是从新建立一个.C .H 一个简单的无线传输组网实验从 0 开始编写 数据收发无线组网实验从 0 开始编写 无线开关灯实验组网实现从 0 开始编写 OSAL 详细分析之 NV 操作实验从 0 开始编写 无线串口，无线聊天程序从 0 开始编写与讲解 无线数据采集网络从 0 开始编写实现空余时间睡眠功能 Zigbee 无线点对点组网实验 Zigbee 群发信息组网实验 Zigbee 组发信息组网实验 Zigbee 获得 IEEE 地址 段地址 PAN 组网实验 无线传感网络通用系统设计组网实验 太阳能供电无线传感网络组网实验 无线温度采集实验 无线电灯实验基于基本的无线收发非组网 信道质量检测实验非组网实验 串口控制 LED 灯组网实验 终端自动发送数据实验 TI 官方实验 GenericApp TI 官方实验 SampleLight SampleSwitch TI 官方实验 GenericApp TI 官方实验 SampleApp TI 官方实验 SensorDemo TI 官方实验 SimpleApp

TI 官方实验 SerialApp TI 官方实验 Transmit

项目实战教程 通过对 Zigbee 的学习，深入掌握这款 51+430+无线模块的单片机，独立开发项目。跃升物

联网开发团队。我们一直在努力。

目录 CC2530 开发板硬件资源详解 ......................................................................................................... 1

前言........................................................................................................................................... 2 3.1 核心板硬件资源 ........................................................................................................... 4

3.1.1 CC2530 简介 ..................................................................................................... 5 3.4.1 天线及巴伦配置电路设计 ............................................................................... 5 3.4.2 晶振电路设计 ................................................................................................... 5 3.4.3 核心板原理图 ................................................................................................... 6 3.4.4 核心板尺寸图 ................................................................................................... 6 3.4.5 核心板资源 ....................................................................................................... 7

3.2 底板硬件资源 ............................................................................................................... 7 3.4.1 电源电路设计 ................................................................................................... 7 3.4.2 LED 电路设计 .................................................................................................... 8 3.4.3 AD 转换电路设计 ............................................................................................. 8 3.4.4 串口电路设计 ................................................................................................... 9 3.4.5 按键电路 ........................................................................................................... 9 3.4.6 液晶电路 ........................................................................................................... 9 3.4.7 底板资源 ......................................................................................................... 10

3.3 仿真器 ......................................................................................................................... 11 3.4 本章小结 ..................................................................................................................... 11 3.5 扩展阅读之天线基本理论 ......................................................................................... 11

3.5.1 天线的一些基本参数 ..................................................................................... 11 3.5.2 ZigBee 模块天线选型 ..................................................................................... 12

3.1 核心板硬件资源

RF2530A 核心板主要包括 CC2530 单片机、天线接口、晶振以及 I/O 扩展接口，RF2530A核心板如图 3-1 所示。

图 3-1 RF2530A 核心板

3.1.1 CC2530 简介

CC2530 单片机是一款完全兼容 8051 内核，同时支持 IEEE 802.15.4 协议的曲线射频单片

机。它有 3 个不同的内存器访问总线： 特殊功能寄存器（SFR）； 数据（DATA）； 代码/外部数据（CORE/XDATA）。

CC2530 单片机使用单调期访问 SFR、DATA 和主 SRAM。当 CC2530 处于空闲模式时，任

何中断可以把 CC2530 恢复到主动模式。某些中断还可以将 CC2530 从睡眠模式唤醒。位于

系统核心存储器交叉开关使用 SFR 总线将 CPU、DMA 控制器与物理存储器和所有的外接设

备连接起来。 CC2530 的 Flash 容量可以选择，有 32KB、64KB、128KB、256KB，这就是 CC2530 单片

机在在线刻编程非易失性存储器，并且映射到代码和外部数据存储器空间。除了保持程序代

码和常量以外，非易失性存储器允许应用程序保存必要的数据，以保证这些数据在设备重启

后可用。使用此功能，可以保存具体网络参数，当系统再次上电后就可以直接加入网络中。

3.4.1 天线及巴伦配置电路设计

在基于 ZigBee 协议的曲线传感器网络构建过程中，天线以及巴伦匹配电路的设计较为

重要，这涉及射频通路指标是否优良，对通信距离、系统功耗都有较大影响。 天线设计可以使用 PCB 天线，如倒 F 天线、螺旋天线等，也可以使用 SMA 接口的杆状

天线，根据不同的应用来选择。天线及巴伦匹配电路设计如图 3-2 所示。

图 3-2 天线及巴伦配置电路设计

3.4.2 晶振电路设计

CC2530 需要 2 个晶振，32MHz 晶振和 32.768KHz 晶振，晶振电路接口如图 3-3 所示。

C1

C4

C5

C2

C3

L1

L2

GND

GND

RF_N

RF_P

E1

图 3-3 晶振电路接口

3.4.3 核心板原理图

图 3-4 RF2530N 核心板原理图

3.4.4 核心板尺寸图

图 3-5 尺寸图

12

Y?32MHz

12

Y?32.768KHz

GND GND

C?

C?

C?

C?

Q1

Q2

Q3

Q4

GND

P2_1P2_2P2_3P2_4

P2_011335577991111

2 24 46 68 8

10 1012 12

1313 14 14

P1

J_2X7

P1_0P1_1P1_2P1_3P1_4P1_5P1_6P1_7

11335577991111

2 24 46 68 8

10 1012 12

P2

J_2×6

P0_0 P0_1P0_2 P0_3P0_4 P0_5P0_6 P0_7

VDDVDD

GNDRESET

DVDD10AVDD_DREG39

DGND_USB1USB_M2USB_P3DVDD_USB4

P2_036P2_135P2_234P1_011P1_19P1_28P1_37P1_46P1_55P1_638P1_737P0_019P0_118P0_217P0_316P0_415P0_514P0_613P0_712

RESET_N20

AVDD3 24

AVDD2 27AVDD1 28AVDD4 29

AVDD_GUARD 31

RF_P 25

RF_N 26

P2_4 32P2_3 33

XOSC32M_Q1 22XOSC32M_Q2 23

DCOUPL 40

RBIAS 30

GND 41

AVDD5/AVDD_SOC 21U1

CC2530

RESET

P0_7P0_6

P0_0P0_1P0_2P0_3P0_4P0_5

P2_0P2_1P2_2P1_0P1_1P1_2P1_3P1_4P1_5P1_6P1_7

C11uF

C2100nF

C3100nF

C4100nF C5

100nFC6220pF

C7100nF

C82.2uF

L1bead

C9

18pFC10

18pF

C111pF

VDD

R156k C16

1uF

C15 2.2pF GND1RF2GND3 GND 4

P3

SMA-KE

OUT OUT

3 1X1

32M

C1827pF

C1727pF

4 1X2

32.738K

C1915pF

C2015pF

P2_4P2_3

L32nH

L42nH

C12

1pF

R21k

D1LED2

VCC

VCC

3.4.5 核心板资源

图 3-6 核心板资源

3.2 底板硬件资源

进行 ZigBee 无线传感器网络的开发，需要使用到相应的硬件，针对不同的传感器需要

有不同的传感器信号调理电路，在此不赘述，但是，ZigBee 无线网络通信部分的硬件电路时

不变的，下面对其进行讲解。

3.4.1 电源电路设计

电源电路可以采用 5V 电源通过 DC-DC 变换器得到 3.3V 工作电压，此外也可以采用 2节 5 号电池供电的方案，电源电路如图 3-4 所示。

32.768K 晶振

全部的 IO 口

20dBm 输出功放

电源指示灯

32MHz 晶振电路

CC2530F256 RF2530N 无功放 400 米 RF2530A 带功放 1.6 公里

图 3-7 电源电路

3.4.2 LED 电路设计

LED 主要用于指示电路的工作状态，如:加入网络、网络信号良好、正在传输数据等信息，

LED 电路如图 3-5 所示。

图 3-8 LED 电路

3.4.3 AD 转换电路设计

AD 转换电路主要用于模拟传感器，通过调节滑动变阻器的阻值大小，来改变电位器电

压，可以在网络实验部分测试遥控端电路板上的AD输出电压值，AD转换电路如图 3-6所示。

图 3-9 AD 转换电路

GN

D1

Vout 2Vin3Vout 4

U1AS1117AR-3.3

GND

C20.1uF C11

0.1uF

GND GND

5V 3.3V

R191k

R201k

D4

D7

VDD33V

R211k

R171k

R181k

D1 D2 D3

P1_1 P1_4 P0_1P1_0 P0_2 P0_3

R11k

R21k

D5 D6

R1

VCC

GND

R20AD

组网指示灯 D1 D2 D3

用户指示灯 D4

串口收发指

示灯 D5 D6

电源指示灯 D7

3.4.4 串口电路设计

串口电路主要用于实现 CMOS/TTL 电平到 RS232 电平的转换，串口电路如图 3-7 所示。

图 3-10 串口电路

3.4.5 按键电路

按键电路有 5 个独立按键，分别为 S0-S4 其中 S0-S3 为组网和用户自己使用的按键，S4为复位按键，接口关系如下表所示：

表 3-1

按键标号 对应处理器管脚 功能 S0 P2_0 组网按键 S1 P0_1 组网按键 S2 P1_3 组网按键 S3 P1_2 用户按键 S4 REST 复位按键

图 3-11 按键原理图

3.4.6 液晶电路

液晶可以显示组网信息，是学习开发十分方便快捷。液晶采用串行接口方式，节约了 IO口，可以显示汉字，数字，图片：连接 IO 对应关系如下表。

表 3-2 液晶与处理器接口连接

TXD1DTR_N2RTS_N3VDD_2324RXD5RI_N6GND7NC8DSR-N9DCD_N10CTS_N11SHTD12CLK13DATA14 DP 15DM 16VDD 3.3 17GND 3.3 18RESET 19VDD 20GND 21TRI_STATE 22LD_MODE 23VDD_PLL 24GND_PLL 25PLL 26OSC1 27OSC2 28

U2 PL2303

D-D+

JT18M

P0_2

P0_3

VDD33V

VDD33V

P0_2 P0_3

VDD33V

VDD33VR3 10k

R610k

R4 33

R733

R5

10K

C90.1uF C11

0.1uF

C7

0.1uF

R11k

R21k

D5Comment:

D6

C20.1uF

C20.1uF

S4SW-PB

RESET

VDD33V

S3SW-PB

VDD33V

R810k

R12

1k

R910k

R14

1kS2

SW-PB

VDD33V

R1010k

R15

1kS1

SW-PB

VDD33V

R1110k

R16

1kP1_2 P1_3

S0SW-PB

R2210k

R23

1kP0_1 P2_0

VDD33V

液晶部分 CC2530 部分 VSS GND VDD VCC SDA P1_6 SCLK P1_5 A0 P0_0 RST TRSRT CS P1_2

图 3-12 液晶接口电路

3.4.7 底板资源

1234567

P7

Header 7

VSS

SDASCLKA0RSTCS

VCCGND

RESETP1_2

P0_0P1_5P1_6

VDD33V

全部 IO 口外接

仿真器下载接口

12MHz 晶振

铜柱固定

USB 转串口接口

DC 电池供电接口

DC 电源开关

射频板接口

稳压芯片 3.3V

USB 转串口电

LED 指示灯

用户按键

复位按键

128x64 液晶接口

图 3-13 硬件资源

3.3 仿真器

仿真器采用官方电路制作，配有芯片包含电路，网络很多为了减少成本，让仿真器直接

连接底板，减少了仿真器的稳定性，增加了使用危险系数。

图 3-24 仿真器

3.4 本章小结

本章主要讲解了 ZigBee 无线传感器网络的硬件构成，给出了具体的硬件电路，在具体

项目开发过程中，读者需要结合自己系统所需的硬件资源进行设计。

3.5 扩展阅读之天线基本理论

作为无线通信系统中的一个关键部件，天线主要是用来辐射或接收电磁波，因此可以将

天线看成是无线电磁波的出口与入口，是一种导行波与自由空间波之间的转换器件。对于发

射机，高频电流经过馈线送到发射天线，发射天线将高频电流变换成电磁波，向规定的方向

发射出去；而对于接收机，则是将来自一定方向的电磁波转换为高频电流，通过馈线送入接

收机的输入回路。

3.5.1 天线的一些基本参数

为了表征天线的电特性，需要使用方向图、输入阻抗、驻波系数、增益、带宽和极化等

特性参量对天线进行表述。 下面对各个特性参量进行了简单解释，以便读者对于天线理论有一个基本的认识。

1) 辐射方向图 天线辐射的功率在有些方向上大，有些方向上小，而这种表示辐射功

率大小在空间的分布图，就称为天线的辐射方向图。在工程上一般采用两个相互正

交的主平面上的方向图来表示天线的方向性，通常称为 E 面和 H 面（E 面指的是通

电源芯片

USB 接口

电源指示灯

状态指示灯

保护缓冲芯

片

下载接口

固件升级接

复位按键口

过天线最大辐射方向并平行于电场矢量的平面，H 面是通过天线最大辐射方向并垂

直于 E 面的平面）。不同形式的天线，其方向图也不相同；对于同样的一幅天线，

其 E 面和 H 面方向图也不相同。如对于半波天线，其 E 面方向图为八字形，而 H面方向图为圆形。

2) 输入阻抗 天线的输入阻抗指的是天线输入端电压与输入端电流的比值，输入阻

抗的大小表征了天线与发射机或接收机的匹配状况。 3) 驻波系数 主要用来表征天线与馈线匹配状况，通过它的大小可以计算从天线反

射回发射机或接收机的功率多少。 4) 增益 在相同的输入功率下，天线在某方向某点产生的场强平方与点源天线在同

方向同一点产生场强平方的比值，表征了天线集中辐射的程度。 5) 带宽 电性能下降到容许值的频率范围称为天线的带宽，因此有驻波带宽、方向

图带宽、圆极化轴比带宽等，一般情况下带宽指驻波带宽。 6) 极化 用来描述天线辐射电磁波矢量空间指向的参数。接收和发射天线的极化不

匹配将会影响接收效果。

3.5.2 ZigBee 模块天线选型

对于 ZigBee 模块，要求天线的辐射方向图为全向，因此，一般使用偶极子、单极子和

倒 F 天线等。在设计过程中可以将天线单独设计，也可以将天线和整个模块整体设计，这取

决于具体的应用，因此需要按照具体的情况来选择天线，一般主要从性能、尺寸和成本三方

面来考虑。两种可以用于 ZigBee 模块的天线是倒 F 天线和折叠偶极子天线。