基于CC2530芯片的ZIGBEE无线数据传输模块设计

Engineering工程

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基于CC2530芯片的

ZIGBEE无线数据传输模块设计

汪振中

（上海信息技术学校，上海 200331）

摘要：针对有线数据传输方式布线复杂、成本高、移动性差、维修不便等缺陷，在目前短距离无线通信技术Zigbee的基础上，将ZigBee无线技术与数据传输技术相结合，设计并实现了一套基于CC2530的高传输速率、近距离、低功耗、低成本的无线数据传输模块电路，并完成相关的硬件和软件设计。

关键词：CC2530；Zigbee；模块；无线传输；数据采集

中图分类号：TN92 文献标识码：A 文章编号：1671-0711（2017）07（下）-0133-02

1 硬件电路设计

1.1 CC2530芯片 

CC2530是ZigBee无线数据传输中的一个核心芯片， 该芯片有四种不同的闪存版本：分别具有32/64/128/256KB 的闪存。CC2530芯片能适应系统的超低功耗要求，因为CC2530芯片有多种不同的工作运行模式，用户可以根据实际情况选择不同的运行模式来降低功耗要求，而且运行模式切换时间短，耗电少。CC2530结合了德州仪器业界领先的ZigBee 协议栈，强大和完整的ZigBee 解决方案，具有行业领先的RF收发性能，标准的增强型8051CPU，8KB的RAM和可编程闪存。

1.2 晶体振荡器电路设计 

该电路有两个晶振，一个是系统时钟晶振，一个是实时时钟晶振。

系统时钟晶振用于向CC2530芯片和其他电路(RTC电路)提供工作时钟。根据CC2530的最高工作频率和系统工作频率需要，以及PLL电路的工作方式，选择频率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，最高频率可达96MHz。

实时时钟RTC的基本功能是跟踪时间和日期等信息，当然许多RTC还提供有看门狗定时器、看门系统复位、序列号、非易失存储器、涓流充电、方波输出等多种附加功能。所以在电路设计时，不仅要考虑其时间跟踪功能，而且还应该针对其具体应用综合考虑RTC的功能、尺寸、成本等要求。这里选择32.768kHz无源晶振，由于芯片内部的PLL电路兼有信号提取整形和频率倍频放大的功能，因而系统能够通过较低的外部时钟信号获得较高的工作频率，从而满足系统频率要求。1.3 复位电路设计

复位电路主要包括系统的上电复位和系统运行时用户的按键复位。系统上电时复位电路提供复位信号直

到系统电源稳定后撤销复位信号；用户的按键复位主要用来进行调试程序。这里采用RC串联组合电路，因该芯片复位低电平有效，故电阻R接电源VCC，电容C接地，串联部分接芯片复位脚。电容在通电瞬间可以看作短路，芯片复位脚为低电平。电容充电充满后， 芯片复位脚变为高电平。这样，芯片复位脚保持一段时间低电平后，最后稳定在高电平。低电平的持续时间长短由RC时间常数决定。 1.4 天线电路设计

天线的基本功能是发射和接收无线电波。在发射时，天线把高频电流转换为电磁波发射出去；在接收时，天线把电滋波转换为高频电流接收过来。在为基于CC2530无线数据传输模块选择天线时，应注意到性能的好坏。天线作为无线通信系统中的一个重要组成部分，其性能的好坏优劣直接影响着通信系统的指标，因而在选择天线时必须注意天线的频率带宽、增益、额定功率等电气指标。1.5 硬件电路图

由于CC2530内部已经集成了大量必要的电路，因此只需较少的外围电路即可完成电路硬件设计。

2 软件设计

2.1 Zigbee技术

Zigbee 是一种高稳定可靠的工业级无线数传网络，它的通讯距离从标准的 75m 到几百米、几公里，并且可以进行无限扩展。Zigbee 是一个由可多到 65000 个无线数传模块组成的无线网络平台，在整个网络平台范围内，每一个 Zigbee 网络数传模块之间都可以相互通信，而且每个网络节点间的距离可以从标准的75m到更远距离进行无限扩展。ZigBee 采用的自组织网技术，通过彼此自动相互寻找，可以很快形成一个互联互通的ZigBee 无线网络。为避免由于网络节点的移动而引发

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Research and Exploration 研究与探索·工艺与技术

的通讯中断，模块会不断对原有网络进行刷新，重新寻找通信对象，从而确定彼此间的联络进行自组织网。自组织网络有很多优点，模块能够自主寻找网络节点，自主寻找网络道路，从而实现多通道通信，保证每一个无线通道都能够始终畅通，哪怕其中几个网络节点出现故障，模块仍能够通过其他几个通道进行通讯，保证网络的稳定性和可靠性。这一点在工业现场控制中非常重要。因此Zigbee具有数据传输可靠，网络容量大，时延短，兼容性好，安全性高，自组和自愈功能强等特点，比蓝牙可靠性强，传输距离远，不易断网；同时也比WIFI功耗要低，安全性好。 2.2  ZIGBEE协议框架和分层

ZIGBEE网络协议是分成一层一层的，某一层都分配了一定的任务，它必须完成，完成之后作为上一层完成任务的基础，否则上一层没有办法实现应有的功能。IEEE 802.15.4是IEEE针对低速率无线个人局域网指定的无线通信标准。IEEE 802.15.4标准中定义了协议栈里的最下面两层：物理层（PHY）和媒体访问控制层（MAC）。ZigBee直接使用了这两层，并在此基础上定义了网络层（NWK）和应用层（APL）架构。IEEE 802.15.4标准定义的LR-WPAN网络可以在不同的载波频率（20kbps、40kbps和250kbps）下实现传输速率并且支持星型和点对点的网络拓扑结构。

星型网络首先要建立网络协调器，以网络协调器为中心，所有设备只能通过与网络协调器才能进行通信。哪个节点作为网络协调器由上层协议决定。

点对点网络中任意两个设备可以进行直接通信，不需要其他设备的转发。2.3 程序编写

无线数据传输系统需要把发射和接收到的数据用单片机进行处理，将各个功能节点硬件设备串联在一起，实现数据的交换，对采集到的数据安全发送。

设计模块的收发信息工作程序流程如图1所示。设计中的系统软件以系统各功能节点为基础，设计了软件系统包括基于ZigBee传感器数据采集、系统组网、数据上传以及无线数据通信四个模块，完成环境参数从采集到监测处理的整个过程。由于模块完成的功能多，每个功能都离不开无线模块的接受数据与发送数据，要提高模块的传输速率，就要写出最简单最实效的程序。

3 软硬件调试

3.1 观察

检查之初先不急于通电，因为整个电路板的布线多且复杂、线条较细，各元器件和芯片的引脚密集，很容易出现虚焊错焊漏焊等现象。仔细检查线路、器件的安装和焊接情况，器件引脚是否接错焊错，极性是否接错等。

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图1 模块的收发信息工作程序流程图 

3.2 测试

通电前用万用表检查电源是否短路。确认检查无误后通电测试，根据要求测出电压、电流、波形、信号传输速率、信号强度等相关参数，做好记录。如果现象有误，要根据测试参数进行电路分析，排除故障。如果是程序问题，也要对程序中的逻辑关系、语法结构进行调试。

参考文献：

[1]无线龙科技有限公司.TI-STACK按键程序讲解[J].，2010（8）. [2]高守玮，吴灿阳.无线通信技术实践教程[M].北京：航空航天大学出版社，2009.4.

[3]周武斌.Zigbee无线组网技术的研究[D].中南大学，2009.1.[4]利尔达科技.物联网/无线传感网原理与实践[M].北京：北京航空航天大学出版社，2011.2.