基于CC2530的无线数据传输模块的设计定稿.doc

1、基于CC2530的无线数据传输模块的设计 基于CC2530的无线数据传输模块的设计摘 要针对有线数据传输方式成本高、移动性差等缺陷，在目前短距离无线通信技术的基础上，设计并实现了一套基于CC2530的数据无线传输模块。模块以构建近距离、低功耗、高传输速率、低成本的无线通信网络为标准，将ZigBee技术与数据传输技术相结合。在硬件方面，根据模块化的设计思路，完成了数据处理模块、电源模块、RS-232串口通信模块、外接传感器I/V转换模块和无线通信模块的硬件设计，并预留处理器芯片的I/O引脚以供扩展传感器接口，满足多种模拟数据处理的需求。在软件方面，通过分析模块实现的功能，规范模块工作的方式，编写

2、出简捷的数据采集和无线通信等模块功能程序。关键词CC2530；模块；无线传输；数据采集Design of Wireless Data Transmission Module Based on CC2530Electronic Science and Technology Specialty XU Xiang-li Abstract：For the cable data transmission way high cost, poor mobility of defects, on the basis of the short distance wireless communication te

3、chnology, designs and realizes a data wireless transmission module based on CC2530. Modules to build close distance, low power consumption, high transmission rate, low cost of wireless communication network, combines the ZigBee technology and data transmission technology. In the aspect of hardware,

4、according to the modular design idea, completes the data processing module, power module, RS - 232 serial interface communication module, external sensor I/V conversion module and the hardware design of a wireless communication module, and obligate processor chip I/O pins for expanded sensor interfa

5、ces, meet the needs of a variety of simulation data processing. In terms of software, through the analysis of the function of module implements, standard module work, write a simple data acquisition and wireless communication module functions such as program. key word: CC2530; module;wireless transm

6、ission; data collection目 录1 引言11.1 设计的背景及意义11.2 无线数据传输技术的现状及发展趋势21.3 无线数据传输技术设计的必要性32 总体设计42.1 基于CC2530的无线数据传输模块的功能分析42.2 无线传输模块整体设计思想43 硬件电路设计63.1 设计模块的基本功能63.2 CC2530芯片介绍63.2.1 CC2530芯片引脚73.2.2 CC2530芯片功能介绍73.2.3 CC2530芯片模块说明83.2.4 其他83.3 电源电路设计93.4 晶体振荡器电路设计103.5 复位电路设计113.6 仿真跳线模块设计123.7 串口模块设计1

7、33.8 外接模块设计153.9 LED指示灯模块设计163.10 RF天线电路设计173.11 硬件总体设计174 ZIGBEE技术概况和网路配置184.1 物理层（PHY）184.2 媒体访问控制层（MAC）规范204.3 ZigBee网络节点构成225 相关仿真程序编写235.1 CC2530无线数据传输并显示在液晶上245.2 CC2530一对多(多对一)无线数据传输246 无线模块抗干扰分析和硬件调试256.1 无线传输抗干扰分析256.2 无线数据传输模块调试25结束语27参考文献28附录29致谢35351 引言随着微电子技术的不断进步极大地推动了计算机和通信设备的普及迅猛发展，P

8、C机、掌上（平板）电脑、智能手机、移动电话、无绳电话等进入了人们日常和工作中，成为了人们生活中不可缺少的一部分。有线网络速度快，数据流量大，可靠性强，对于基本固定的设备来说无疑是比较理想的选择，的确在实际应用中也达到了比较满意的效果。例如布线麻烦、线路故障难以检查等渐渐阻碍了有线网络的发展。在现代追求快捷方便时尚的今天，人们不禁把目光转向了无线通信方式，尤其是一些机动性要求较强的或在人们不方便随时到达现场的条件下使用的设备。因此，一些典型的无线应用产品顺势而生。但随着各种网络终端的出现、工业控制的自动化和家庭的智能化的快速发展、各种便携式个人通信设备和家用电器设备的增加，人们享受无线信息传输系

9、统带来的便利的同时，又同时针对发展的新的需求而不断探索。1.1 设计的背景及意义近年来，随着我国计算机和通信网络的普及，无线信息传输功能已经成为人们日常生活和工作中不可缺少的一部分。设备与终端、移动终端与基站之间交流需求使得信息传送系统也获得前所未有的发展。目前，在Intended网信息传送方面主要有电信、网通、铁通等有线信息传输；在移动终端数据传送方面有中国移动、中国联通、中国电信以及短距离的Wifi、遥控器、长距离的3G网络、4G网络等；但大多数这些设备和使用终端间的信息传送都是依靠有线网络进行的。有线网络速度快，数据流量大，可靠性强，对于基本固定的设备来说无疑是比较理想的选择，的确在实际

10、应用中也达到了比较满意的效果。例如布线麻烦、线路故障难以检查、设备重新布局就要重新布线、不能随意移动等这些有线网络先天带有的缺憾却愈发地突出，渐渐阻碍了有线网络的发展。在追求自由和便捷通信的今天，人们不禁把目光转向了无线通信方式，尤其是一些机动性要求较强的或在人们不方便随时到达现场的条件下使用的设备。因此，一些典型的无线应用产品顺势而生。但随着各种网络终端的出现、工业控制的自动化和家庭的智能化的快速发展、各种便携式个人通信设备和家用电器设备的增加，人们享受无线信息传输系统带来的便利的同时，又同时针对发展的新的需求而不断探索。因此采用先进集成芯片研制开发一种多模块、数据收发于一体的无线数据传输，

11、不仅能满足当前移动终端信息交流发展的需求，集中实现各项功能，还能较大地简化电路，在提高设备的整体抗干扰能力的同时也提高设备的性价比。这种满足国家低功率标准，智能化标准，信息交流无处不在和随时随地可以接收信息对现代信息化建设发展有着重大的意义。1.2 无线数据传输技术的现状及发展趋势随着我国经济水平的逐渐提高，无线通信技术在人们生活中的应用越来越普遍，无线通信技术的广泛应用，不仅便捷了人们生活中的沟通，而且也促进了通信技术的逐步更新。随着时代的逐步发展，现代无线技术面临着新的要求和挑战,现状分析及其发展前景, 以便实现现代无线通信技术发展的科学化、创新化。随着科学技术水平的逐步提高，无线通信技术

12、也在不断地更新，与以往的通信技术相比，无论在技术水平还是应用方式上, 现代无线通信技术都有了新的转变与突破。一、无线通信技术的现状分析（1）20年代初到50年代初为无线通信技术发展的第一阶段，此时，无线通信技术主要应为了满足军用的需要，它主采用的技术存在一定局限性，因此，它的传输不仅受客观条件的制约，同时也没有达到最初的传输速率。（2）50年代到60年代为通信技术的第二阶段，此时，通信设备器件已被应用于移动环境的专用系统中，并实现了从半导体器件技术的过度，这在无形中解决了通信技术中安装公用电话网的问题，同时实现了公用电话与移动电话的持续性。 （3）70年代初到80年代初为通信技术的第三阶段，此

13、时，不仅扩展了通信技术的频段，同时也制造出第一代的通信技术系统，并根据贝尔实验室所提出的蜂窝移动网理论，研制出新的实验系统。（4）80年代到90年代为通信技术的第四阶，此时，在通信领域中，继第一代数字移动通信兴起后，出现了第二代的数字移动通信，这些都在无形中促进了各类电信系统的正常运行。（5）90年代后至今为通信技术的第五阶段，此时，第三代的移动通信技术已逐步兴起，这不仅满足了通信技术逐步发展的需要，同时也促使了移动通信与多媒体运转的结合，随着全球化标准的制定，无线通信技术仍有待于实现多样化与创新化。二、现代通信技术的发展前景实现未来无线网络趋势的融合体根据目前无线通信的发展现状，不同接入网为

14、了满足不同应用场合的需要，而移动通信网与不同范围存在着一定的互补性，由此可见，LTE技术将成为无线通信技术的主导，而促使通信技术与计算机的融合体，这样，不仅提高了网络环境的检测，同时也在一定程度上了减少了不同用户间通信的干涉。可见，实现未来无线网络的融合体是现代无线通信技术的发展趋势。由于不同通信技术的接入方式不同，因此，不同通信技术在使用范围、覆盖面、接入速度等方面都存在着一定的差异性，例如，WLAN所解决的是距离中数据传输的问题，3G是为了实现移动漫游中的需要。因此，为了促使无线通信技术发展的多元化，应适时提高无线通信技术之间的互补性，以便促进现代无线通信技术的开发与发展。由于不同行业对无

15、线通信技术的需要不同。因此，应将无线通信技术与其它学科有效的链接，以便满足不同用户对无线通信技术的需求，这在无形中实现了无线通信技术的跨行发展，并且要适时实现无线通信技术的创新化，以便促进现代无线通信技术的改革与完善。1.3 无线数据传输技术设计的必要性随着无线通信技术的逐步完善，主要是为了满足个体信息化发展的需要，无论是在智能手机、还是无线电脑都得到了广泛的使用，这在无形中推动了无线通信技术的快速发展，同时也增加了用户对无线通信技术的服务要求，可见，现代无线通信技术的发展已经势在必行。现今阶段，需求无线数据传输主要体现在以下几个方面：（1）无线数据传输市场改革的需要：信息化带动了企业的高速发

16、展，在厂商推动和企业需求的天平两端，企业用户的需求正在逐渐加重。无线网络自诞生以来就被认为是为用户提供前所未有的灵活性、便利性以及显著提高工作效率，在减少工作压力、改善生活水平，乃至提高企业用户社会地位方面具有得天独厚的优势。现代企业随着业务规模的不断扩大和对工作效率的提高要求上，越来越渴望灵活的无线网络技术能帮他们解决问题。甚至有很多的企业是在租用写字楼的办公室，考虑到建设传统网络的繁琐和成本问题，也希望可以通过无线网络技术实现他们的目的。事实上，无线应用已经深入到了企业当中，虽然它不会取代传统的有线网络，但它已经成为传统有线网络灵活扩展的重要技术。随着无线网络技术的不断发展，以及各种无线安

17、全协议的成功商用，使得越来越多的企业可以接受无线网络技术部署在自己的办公环境中，并且随着无线网络技术与传统有线网络的无缝融合，使得已有有线网络环境的企业也希望通过无线网络技术对企业做一定的延伸和扩展。（2）现有无线数据传输存在的不足：无线数据传输虽然解决了有线数据传送无法克服的困难，拥有很多优势，但与有线相比，仍然有不足之处。无线传输速率较慢，一般容易受到干扰，功率受限。现在用户最好最高只能是11mbps的速度发送和接受信息，移动局域网能力较强的完全分布型无线数据传输更是结构复杂、成本高并存在多路径干扰。而且，由于无线传输介质脆弱不足，导致了它除了具有有线数据传输的不安全因素外，还容易遭受窃听

18、和干扰、冒充、欺骗等形式的攻击，安全性问题一直是无线数据传输迫切需要解决的问题。目前无线传输还不能完全脱离有线，无线传输与有线传输只是互补的关系。（3）结构简单节省投资：无线数据传输的系统构成主要有点对点型、点对多点型和完全分布型三种形式。其中点对点型和点对多点型是日常生活中接触最多的两种无线数据传输方式。它们都有结构组成和用户设备简单的特点，而且点对多点型无线数据传送更可以与微蜂窝技术结合。无线数据传输系统的建设可以省去了难度大、费用高、耗时长的布线施工，减少了对施工周边环境的影响，节约了大量经济费用。安装简单快捷，一般只要安装一个或多个接入点设备，就可建立覆盖整个建筑或地区的局域数据传输系

19、统，在这个信号覆盖区域内，任何一个位置都可以接入此系统，用户使用极为方便。此系统减少了电线等贵重金属的消耗，有利于社会的可持续发展，结构简洁，升级扩展容易，重复投资少。2 总体设计2.1 基于CC2530的无线数据传输模块的功能分析基于CC2530的无线数据传输模块应以发送数据、接收收据、处理数据为主，实现信息的A/D转换及收发。此模块需要设计信号I/V转换电路、A/D 转换及相应的接口电路，才能把采集到的模拟信号转换成数字信号送到计算机去处理。利用微机原理及接口技术，实现先进、可靠、集成、低功率的无线数据传输模块，以全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化为基本要求，自动完成信息收集、

20、A/D转换、发送、接收、处理等基本功能，并可根据需要支持实现无线区域覆盖、协同互动等高级功能，实现与相邻无线发射点互动的无线传送模块。该模块的多接口采集、多通道发送、高速率A/D转换、通讯功能互动于一体，集成度高，功能强大，经济可靠，具有很好的实用价值。2.2 无线传输模块整体设计思想 模块设计重点研究的、关键的问题是以CC2530芯片为核心模块，设计了一个可以完成多功能采集，传输的模块，整合市场现有的无线传输设备（主要是基于Z-STACK协议栈自动组网的系统）。解决思路可采用先进、可靠、集成、的开发板，以信息数字化、硬件平台软件化、信息共享标准化为基本要求，利用微机原理及接口技术，进行本次毕

21、业设计。无线数据传输模块设计应遵循的主要原则：（1）安全性原则：充分评估各种新技术、新设备的应用风险，有计划、有步骤、采取由低端的CC2530开发板到多功能接口的无线数据传输开发板，逐步试点推广应用的风险控制措施，稳步推动CC2530无线数据传输模块的不断更新，以保障数据能安全稳定、精确高效地传输。（2）先进性原则：跟踪无线数据传输技术的最新发展，依靠科技创新和技术进步，最终建成功能合理、技术先进，符合无线传输发展需求的协调器（基于CC2530的ZigBee开发板）。（3）实用性原则：充分注重系统的优化和整合，力求实现技术、经济、需求三方面的平衡性与合理性。系统的排版和设计采用统一的标准和规范

22、，利于实现资源共享，提高效率和信息资源的综合开发利用。无线传输模块系统结构方框图如图1所示。指示灯模块P3口模块仿真跳线模块供电选择CC2530芯片模块外部供电接口系统复位模块MAX232串口接口仿真器驱动模块外部供电接口P2图1 系统结构框图本设计的难点就在CC2530芯片的工作原理应用上。CC2530是ZigBee网络数据传输的其中一个核心芯片。它能够以非常低的总材料成本建立强大的网络节点。CC2530 结合了领先的RF 收发器的优良性能，业界标准的增强型8051CPU，系统内可编程闪存，8KB RAM 和许多其他强大的功能。CC2530芯片有四种不同的闪存版本，具有32KB、64KB、1

23、28KB、256KB的闪存。CC2530芯片工作时具有不同的运行模式，使得它适应超低功耗要求的系统。核心芯片的优良性再加上外围电路的配合，可以实现多功能，高效率的无线数据传输。模块外围可以安装传感器模块，采集温度、湿度、高度、网口等数据传输模块。然后，对数据进行A/D转换，数字化后进行数据与PC间的串口数据传输，在计算机上进行数据深程度处理。那么CC2530所接收的信号不全是模拟信号，还可以接受其他无线设备所发送的数字信号。在接收到数据后，芯片对数据进行简单的分类后，再发送给其他接受终端，这需要软件的控制，芯片中所集成的增强型8051CPU完全可以处理这些逻辑问题。在数据传输的同时，由LED灯

24、亮灯灭等去辨别模块工作的正常性，LED灯出现正常的闪烁，其模块工作正常。模块还设置了专门的供电线路和滤波电路，确保电压的正常。其次，还设置了仿真跳线电路和PC串口电路等。3 硬件电路设计 3.1 设计模块的基本功能基于CC2530无线传输模块包括数据处理模块、外接模块I/V转换电路、电源模块、串口通信模块和无线传输模块。从而实现模拟数据A/D转换、发送数据、两个或多个无线模块建立简单的无线连接和数据交换为一体的功能。数据采集一般是采样方式，即在一个采样周期对同一点数据重复采集。采集的数据大多是瞬时值，也可是某段时间内的一个特征值。准确的数据量测是数据采集的基础。数据量测方法有接触式和非接触式，

25、检测元件多种多样。模拟数据A/D转换则起到多样性数据采集与整个无线数据传输模块相连的桥梁作用。由于采集数据的实际对象往往都是一些模拟量，根据无线传输局限性的需要，必须首先将这些模拟信号转换成数字信号，在无线传输中，处理这些信号，更容易、安全、可靠。发送数据则是在以上各项功能的基础上实现的数据包寻找终端进行数据交换的功能。数据包发送前首先要对数据包的格式进行配置，数据包的格式化配置主要包含对前导字节、同步词汇、数据包长度和CRC校验等信息的设置。发送模块与接收终端之间的地址配对，是软件初始化已经做好的工作。CC2530芯片具有地址配对的功能，只需要在写入程序时，设置配对终端的地址即可。 两个或多

26、个无线模块建立简单的无线连接和数据交换是实现点对点型、点对多点型和完全分布型最基本的条件，支持实现无线区域覆盖、协同互动等高级功能，实现与相邻无线发射点互动的最关键的功能。此功能多用于现代的无线网络，例如Wifi，蓝牙，这些短距离数据传输场合。在实现无线数据传输的条件下，基于CC2530的无线数据传输模块实际上就是一个多接口采集、多功能数据收发的数据传送点，是整个无线区域覆盖的一个基本服务终端。它可以发送采集模块所采集到的任何数据和无线接收到的任何信息，也可将它所获得的信息和数据传送到移动终端或下多个基本服务终端。3.2 CC2530芯片介绍CC2530是ZigBee无线数据传输其中的一个核心

27、芯片，它能够以非常低的总材料成本建立强的网络节点。CC2530芯片有四种不同的闪存版本：分别具有32/64/128/256KB 的闪存。CC2530芯片工作实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。在业界内，CC2530结合了德州仪器的业界领先的黄金单元ZigBee 协议栈，提供了一个强大和完整的ZigBee 解决方案。那么CC2530芯片的实物如图2所示。图2 CC2530芯片3.2.1 CC2530芯片引脚CC2530芯片共包含了40个引脚，引脚的排布如图3所示。图3 CC2530引脚图CC2530是集合型芯片，所以其本身就有4

28、0个引脚。那么CC2530芯片引脚功能描述表见附录1。3.2.2 CC2530芯片功能介绍CC2530结合了领先的RF收发器的优良性能，业界标准的增强型8051CPU，系统内可编程闪存，8-KBRAM 和许多其他强大的功能。（1）RF/布局功能：适应2.4-GHz IEEE 802.15.4 的RF 收发器；极高的接收灵敏度和抗干扰性能；可编程的输出功率高达4.5 dBm；只需极少的外接元件；只需一个晶振，即可满足网状网络系统需要；6-mm 6-mm 的QFN40 封装；适合系统配置符合世界范围的无线电频率法规。（2）具有低功耗优点：主动模式RX（24 mA）；主动模式TX 在1dBm（CPU

29、 空闲）29mA；供电模式1（2 mA）；供电模式21 A；供电模式3（外部中断）0.4 A；宽电源电压范围（2 V3.6 V）。（3）微控制器功能：优良的性能和具有代码预取功能的低功耗8051（CPU）微控制器内核；32KB、64KB或128-KB的系统内可编程闪存；8KB-RAM，具备在各种供电方式下的数据保持能力；支持硬件调试。（4）外设部分：强大的5 通道DMA；IEEE 802.5.4 MAC定时器，通用定时器（一个16位定时器，一个8位定时器）；IR 发生电路；具有捕获功能的32-kHz 睡眠定时器；硬件支持CSMA/CA；支持精确的数字化RSSI/LQI；电池监视器和温度传感器；

30、具有8 路输入和可配置分辨率的12 位ADC；AES安全协处理器；2 个支持多种串行通信协议的强大USART；21个通用I/O引脚（194 mA，220 mA）；看门狗定时器。3.2.3 CC2530芯片模块说明CC2530芯片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无线电相关的模块。（1）CPU 和内存：CC253x芯片系列中使用的8051CPU内核是一个单周期的8051兼容内核。（2）调试接口：执行一个专有的两线串行接口，用于内电路调试。（3）I/O控制器：负责所有通用I/O引脚。（4）五通道DMA控制器：系统可以使用一个多功能的五通道DMA控制器，

31、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。（5）定时器1：是一个16位定时器，具有定时器PWM功能。（6）内置MAC定时器：是专门为支持IEEE 802.15.4，MAC或软件中其他时槽的协议设计。（7）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。（8）睡眠定时器：是一个超低功耗的定时器，计算32kHz晶振或32 kHz RC振荡器的周期。（9）看门狗：一个内置的看门狗，允许CC2530在固件挂起的情况下复位自身。3.2.4 其他除了上面所含的高级功能，CC2530内部还安置了RF无线收发器等，还有CC2530芯片的运行坏境温度和供电电压。（1）无线设

32、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。（2）运行条件CC2530在良好的环境中运行才能达到最好的效果，其环境参数如表1。表1 CC2530运行环境最小值最大值单位运行环境温度-40125运行供电电压23.6V3.3 电源电路设计在模块设计中，CC2530芯片及部分外围器件需3.3V电源和1.8V电源供电，另外，部分器件需要5V电源、12V电源和24V电源，为简化模块电源电路的设计，要求整个模

33、块的输入电压为24V直流稳压电源。为了得到可靠的稳定电压，此处选用美国国家半导体公司生产的三端可调正稳压器集成DC-DC变换器LM317，它的输入电压范围是1.2V至37V，负载电流最大为1.5A。它的使用非常简单，仅需两个外接电阻来设置输出电压。此外它的线性调整率和负载调整率也比标准的固定稳压器好。LM317内置有过载保护、安全区保护等多种保护电路。另外在用的时候要注意功耗问题和散热问题。24V转5V和12V电源电路，如图4所示。图4 24V转换电路LM317输出电压计算方法如公式（1）： （1）因为控制在小于l00uA，这一项的误差在多数应用中可忽略。24V转8V、12V可以利用LM317

34、芯片和外围电路顺利转换而来。那么1.8V和3.3V的转换电压也要利用芯片，在这里选用AS1117芯片。AS1117是一款低压差的线性稳压器，当输出1A电流时，输入输出的电压差典型值仅为1.2V。AS1117除了能提供多种固定电压版本外，还提供可调端输出版本，该版本能提供的输出电压范围为1.25V-13.8V。AS1117本身功能已经很齐全，所以，外围应用电路非常简单，固定电压版本只需输入输出两个电容和负载即可工作。5V转18V和33V电源电路，如图5所示。图5 5V电源转换电路电路中存在的交流分量会影响到电路的稳定性，而经过电容滤波电路后，即可保留直流分量，又可滤掉一部分交流分量，改变了交直流

35、分量的比例，减小了电路的脉动系数，改善了直流电压的质量。对于脉动直流电中的交流成分，旁路电容C相当于短路，交流量经过电容，而不经过负载，负载被电容短路。对于脉动直流电中的直流成分，旁路电容C相当于开路，直流量不能通过电容，而加在负载上，从而达到了滤除脉动直流电中交流成分的目的。滤波电路如图6所示。图6 滤波电路3.4 晶体振荡器电路设计该电路用于向CC2530芯片和其他电路(RTC电路)提供工作时钟。根据CC2530的最高工作频率及PLL电路的工作方式，选择25MHz的无源晶体振荡器，其频率经过微处理器内部PLL电路倍频后，最高可达96MHz。对于RTC电路，选择32768KHz无源晶振。内部

36、PLL电路兼有频率放大和信号提纯的功能，因此，系统可以以较低的外部时钟信号获得较高的工作频率。系统晶体振荡器电路如图7所示。 图7 系统晶体振荡电路实时时钟的基本功能是保持跟踪时间和日期等信息，但许多RTC还提供有多种附加功能，如：看门狗定时器、系统复位、非易失存储器（NV RAM）、序列号、方波输出、涓流充电等。因此，在进行电路设计时，选择RTC芯片出了需要考虑其时间和日期跟踪功能外，通常还需要针对具体应用来对RTC的功能、成本、尺寸等要求进行综合考虑。实时时钟晶振振荡器电路如图8所示。 图8 实时时钟晶体振荡电路系统晶振电路和实时时钟震荡电路是置在CC2530芯片外围，所以需要对应的引脚连

37、接。系统晶体震荡电路属于对称电路，两个引脚不过与区分，所以，芯片对应的引脚为引脚22（XOCS_Q1）、引脚23（XOCS_Q2）。实时时钟晶体振荡电路也属于对称电路，两个引脚不过与区分，所以，芯片对应的引脚为引脚32（P2-41XOCS32K_Q1）、引脚33（P2-31XOCS32K_Q2）。3.5 复位电路设计该电路主要完成系统的上电复位和系统运行时用户的按键复位功能，有助于用户调试程序。复位电路的基本功能是系统上电时提供复位信号直至系统电源稳定后撤销复位信号为可靠起见电源稳定后还要经一定的延时才撤销复位信号以防电源开关或电源插头分-合过程中引起的抖动而影响复位。复位电路如图9所示。图9

38、 复位电路RESET_LN脚在CC2530芯片上的引脚号为 20，复位时活动到低电平。上电复位的情况：通电瞬间电容可以当短路，所以RESET_LN脚为低电平。随着时间的飞逝（电容充电），稳定后+3.3V的电压实际上是加在电容C23上的。电容上极板也就是RESET_LN脚最终为高电平。这样，引脚RESET_LN持续一段低电平后，最终稳定在高电平，低电平持续时间由RC时间常数决定。按键按下去就相当于上电那一瞬，让电容短路。3.6 仿真跳线模块设计JTAG是一种国际标准测试协议，主要用于芯片内部测试及对系统进行仿真、调试。JTAG技术是一种嵌入式测试技术。通过JTAG接口可对芯片内部的所有部件进行访

39、问，是开发调试嵌入式系统的一种简洁高效的手段。标准的JTAG接口是4线接口：TIVIS、TCK、TDI以及TDO，分别为模式选择、时钟、数据输入和数据输出信号线。JTAG各引脚核心功能定义如表2。表2 JTAG引脚功能描述表管脚名名称功能描述TDL测试数据输入管脚JTAG指令和测试编程数据的串行输入管脚，数据在TCK信号的上升沿时读入。TDO测试数据输出管脚JTAG指令和测试编程数据的串行输出管脚，数据在TCK信号的下降沿时读出，如果数据没有输出，则处于三态。TMS测试模式选择管脚该数据管脚是控制信号，它决定TTAP控制器的转换。TMS信号必须在TCK上升沿之前建立，在用户状态下TMS信号应是

40、高电平。TCK测试时钟输入管脚JTAG链路的时钟信号，直接输入到边界扫描电路，所有操作都在其上升沿或下降沿时刻发生。TRST测试复位输入管脚用于异步初始化或复位JTAG边界扫描电路，低电平有效。JTAG最初是用来对芯片进行测试的，基本原理是在器件内部定义一个TAP端口，通过专用的JTAG测试工具对进行内部节点进行测试。此外，JTAG协议允许多个器件通过JTAG接口串联在一起，形成一个JTAG链，能实现对各个器件分别测试。此外，JTAG接口还常用于实现在线编程，对FLASH等器件进行编程。JTAG在线编程的特征也改变了传统生产流程，将以前先对芯片进行预编程再装到板上的工艺简化为：先固定器件到电路

41、板上，再用JTAG编程，从而大大加快工程进度。它有2种连接标准，即14针接口和20针接口。此处选择20针接口的标准。JTAG接口电路如图10所示。图10 JTAG接口电路JTAG经过外围电路后，还需要七个引脚接入CC2530芯片中，除了RESET_LN复位有明确的引脚外，其余六个需要用编程指定相应的引脚。其余六个引脚的对应P0接口如表3所示。表3 JTAG对应接口表JTAG（管脚）3（TRST）5（TDI）7（TMS）9（TCK）11（PTCK）13（TDO）CC253012（P0_7）13（P0_6）14（P0_5）15（P0_4）18（P0_1）19（P0_0）3.7串口模块设计RS232

42、是个人计算机上的通讯接口之一，由电子工业协会所制定的异步传输标准接口。通常RS-232接口以9个接脚或是25个接脚的型态出现，一般个人计算机上会有两组RS-232接口，分别称为COM1和COM2。在多数情况下主要使用主通道，对于一般双工通信，仅需几条信号线就可实现，如一条发送线、一条接收线及一条地线。RS-232-C标准规定的数据传输速率为每秒50、75、100、150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200波特。RS-232-C标准规定，驱动器允许有2500pF的电容负载，通信距离将受此电容限制，例如，采用150pF/m的通信电缆时，最大通信距离为15m；若每米电

43、缆的电容量减小，通信距离可以增加。传输距离短的另一原因是RS-232属单端信号传送，存在共地噪声和不能抑制共模干扰等问题，因此一般用于20m以内的通信。串行通信接口标准经过使用和发展，目前已经有几种。但都是在RS-232标准的基础上经过改进而形成的。所以，以RS-232C为主来讨论。RS-232C标准是美国EIA(电子工业联合会)与BELL等公司一起开发的1969年公布的通信协议。它适合于数据传输速率在020000b/s范围内的通信。这个标准对串行通信接口的有关问题，如信号线功能、电器特性都作了明确规定。由于通行设备厂商都生产与RS-232C制式兼容的通信设备，因此，它作为一种标准，目前己在微

44、机通信接口中广泛采用。RS-232是单片机间，或单片机与上位机间通信联络用。MAX232作为RS-232的电平转换芯片，完成TTL电平和RS-232电平的转换。MAX232是一种双组驱动器/接收器，片内含有一个电容性电压发生器以便在单5V电源供电时提供EIA/TIA-232-E电平。典型的RS-232信号在正负电平之间摆动，在发送数据时，发送端驱动器输出正电平在+5+15V，负电平在-5-15V电平。当无数据传输时，线上为TTL，从开始传送数据到结束，线上电平从TTL电平到RS-232电平再返回TTL电平。电容可以取0.1uF到10uF、左右的电容，有极性无极性均可，但是使用有极性的电容一定注

45、意正负方向。MAX232主要特点有单5V电源工作、两个驱动器、两个接收器、+30V输入电平、低电源电流（8mA）。MAX232的不足之处：接口的信号电平值较高，易损坏接口电路的芯片，又因为与TTL电平不兼容故需使用电平转换电路方能与TTL电路连接；传输速率较低，在异步传输时，波特率最大为19200bps；接口使用一根信号线和一根信号返回线而构成共地的传输形式，这种共地传输容易产生共模干扰，所以抗噪声干扰性弱；传输距离受限。图11为MAX232串口的连接电路图，用来与数据传输终端设备进行串行通信口实验和仿真调试下载程序的。图11 MAX232串口的连接图MAX232 是用来做电平转换的，标准RS

46、-232电平很高，达正负12V。常用的TTL电平最高 5V。相互连接的话，必须进行电平转换，由于电脑串口输出电压高达12V，直接与单片机连接会烧坏芯片。所以用MAX232来进行电平转换。MAX232芯片采用单+5V电源供电，仅需几个外接电容即可完成从TTL到RS232电平的转换，共两路。其中13脚（R1IN）、12脚（R1OUT）、11脚（T1IN）、14脚（T1OUT）为第一数据通道。8脚（R2IN）、9脚（R2OUT）、10脚（T2IN）、7脚（T2OUT）为第二数据通道。TTL/CMOS数据从T1IN、T2IN输入转换成RS-232数据从T1OUT、T2OUT送到电脑DP9插头；DP9插

47、头的RS-232数据从R1IN、R2IN输入转换成TTL/CMOS数据后从R1OUT、R2OUT输出。图11是模块与PC间通信最有力的电路，是模块进行调试仿真唯一的接口。 它通过COMPIM中的2（RXD）、3（TXD）与电脑相连，进行数据间的交换。而MAX232引脚中的11（T1IN）、12（R1OUT）与对应的CC2530芯片中的17（P0_2 TXDD）、16（P0_3 RXDD）通信。3.8 外接模块设计外接模块（传感器模块）可以测量各种物理量和感知环境的，比如温度、湿度、光强、雨雪等。在设计外接模块时，首先要根据应用需求选择参数、性能合适的传感器，并设计相应的驱动电路及信号处理电路(

48、如放大、滤波、转换等)。此次设计中所选用均为模拟输出信号类传感器，包括有输出电流信号、输出电压信号和输出开关量信号三种类型。由于大部分传感器是电流输出型，针对这个特点，设计了电流电压转换电路。电路采用型电路实现电流4MA-20MA转换为0.4V-2V电压，电路如图12所示。图12 I/V转换电路在设计过程中要考虑信号的输入、输出特性，接触时对被测物体的影响，防滴滑、防爆、抗干扰、接地处理等。传感器按照其信号输出类型大致可分为：模拟信号输出类、数字信号输出类。采用模拟信号输出的传感器一般采用模数转换(ADC)进行信号采集；采用的数字输出方式的传感器主要包括脉宽调制信号输出、压频转换信号输出以及串行数字信号输出等。那么，模拟信号转数字信号的电路如图13所示。图13 A/D转