一、CC2541器件概述

CC2541是一款針對低能耗以及私有2.4GHz應用的功率優化的真正片載系統（SoC）解決方案。它使得使用低總體物料清單成本建立強健網絡節點成為可能。CC2541將領先RF收發器的出色性能和一個業界標準的增強型8051MCU、系統內可編程閃存存儲器、8kBRAM和很多其它功能強大的特性和外設組合在一起。CC2541非常適合應用于需要超低能耗的系統。這由多種不同的運行模式指定。運行模式間較短的轉換時間進一步使低能耗變為可能

二、CC2541芯片的特性參數

CC2541是一款針對藍牙低能耗以及私有2.4GHz應用的功率優化的真正片載系統（SoC）解決方案。它使得使用低總體物料清單成本建立強健網絡節點成為可能。CC2541將領先RF收發器的出色性能和一個業界標準的增強型8051MCU、系統內可編程閃存存儲器、8kBRAM和很多其它功能強大的特性和外設組合在一起。CC2541上CC2541非常適合應用于需要超低能耗的系統。這由多種不同的運行模式指定。運行模式間較短的轉換時間進一步使低能耗變為可能。

如果CC2540上的USB未啟用并且CC2541上的I2C/額外I/O未啟用，那么CC2541與CC2540在6mmx6mm方形扁平無引腳（QFN）40封裝內引腳兼容。與CC2540相比，CC2541提供更低RF流耗。CC2541沒有CC2540所具有的USB接口，并在TX模式中提供較低的最大輸出功率CC2541還增加了1個HWI2C接口。

CC2541與CC2533優化RF4CEIEEE802.15.4SoC引腳兼容。CC2541有2個不同的版本：分別具有128kB和256kB閃存的的CC2541F128/F256。

1、特性

（1）射頻

–2.4GHz藍牙符合低能耗規范和私有的RF片載系統

–支持250kbps，500kbps，1Mbps，2Mbps的制器內核數據速率–出色的鏈路預算，不使用外部前段而支持長距離應用–高達0dBm的可編程輸出功率

–出色的接收器靈敏度（1Mbps時為-94dBm），可選擇性，和阻擋性能

–適合于針對符合世界范圍內的無線電頻率調節系統：ETSIEN300328和EN3004402類（歐洲），FCCCFR4715部分（美國），和ARIBSTD-T66（日本）

（2）布局

–極少的外部組件–提供參考設計支持

–6mm&mes;6mm方形扁平無引腳（QFN）-40封裝

–與CC2540引腳兼容（當不使用USB或者I2C時）（ADC）

（3）低功率

–工作模式RX低至：17.9mA

–工作模式TX（0dBm）：18.2mA–功率模式1（4μs喚醒）：270μs–功率模式2（睡眠定時器打開）：1μs–功率模式3（外部中斷）：0.5μs

（4）工作模式下TPS62730兼容低功率

–RX低至：14.7mA（3V電源）–TX（0dBm）：14.3mA（3V電源）

（5）微控制器

–具有代碼預取功能的高性能和低功率8051微控制器內核

–系統內可編程閃存，128或者256KB

–在所有功率模式下具有保持功能的8KBRAM

–支持硬件調試

–擴展基帶自動化，包括自動確認和地址解碼

–所有功率模式中對所有相關寄存器的保持

（6）外設

–功能強大的5通道直接內存訪問（DMA）

–通用定時器（1個16位，2個8位）

–紅外（IR）生成電路

–具有捕捉功能的32kHz睡眠定時器

–精確數字接收到的數字信號強度指示器（RSSI）支持

–電池監視器和溫度感應器

–含8通道和可配置分辨率的12位模數轉換器（ADC）

–高級加密標準（AES）安全協處理器

–2個功能強大的支持幾個串行協議的通用異步接收發器（UART）

–23個通用I/O引腳（21&mes;4mA，2&mes;20mA）

–I2C接口

–2個具有LED驅動功能的I/O引腳

–安全裝置定時器

–集成的高性能比較器（7）開發工具

–CC2541評估模塊工具包（CC2541EMK）

–CC2541小型開發工具包（CC2541DK-MINI）

–SmartRF?軟件

–提供IAR嵌入式Workbench?

2、軟件特性

（1）符合針對單模式藍牙低能耗（BLE）解決方案的符合藍牙4.0協議的堆棧器

–完全功率優化堆棧，包括控制器和主機

–GAP-中心設備，外設，或者廣播器（包括組合角色）

–屬性協議（ATT）/通用屬性配置文件（GATT）

–客戶端和服務器

–L2CAP說明

（2）示例應用和配置文件

–針對GAP中心和外圍作用的一般應用

–距離臨近，加速計，簡單關鍵字，和電池GATT服務

–BLE軟件棧內支持更多應用

（3）多重配置選項

–單芯片配置，允許應用運行在CC2541上

–用于運行在一個外部微處理器接口

–BTool-用于評估、開發和測試的視窗（Windows）PC應用

3、應用范圍

2.4GHz藍牙低能耗系統

私有的2.4GHz系統

人機接口器件（鍵盤，鼠標，遙控）

體育和休閑設備1個HWI2C接口。

移動電話附件?消費類電子產品

4、含有TPS62730的CC2541

TPS62730是一款具有旁通模式的2MHz降壓轉換器

延長電池壽命高達20%

在所有工作模式下減少的電流

30nA旁通模式電流以支持低功率模式

RF性能并未改變

小型封裝允許小型解決方案尺寸

CC2541可控

三、CC2541器件的用途

符合針對單模式藍牙低能耗（BLE）解決方案的符合4.0協議的堆棧

完全功率優化堆棧，包括控制器和主機GAP-中心設備，外設，或者廣播器（包括組合角色）屬性協議（ATT）/通用屬性配置文件（GATT）–客戶端和服務器對稱式對多重處理（SMP）-AES-128加密和解密L2CAP

示例應用和配置文件針對GAP中心和外圍作用的一般應用距離臨近，加速計，簡單關鍵字，和電池GATT服務BLE軟件棧內支持更多應用

多重配置選項單芯片配置，允許應用運行在CC2541上用于運行在一個外部微處理器上的網絡處理器接口

BTool-用于評估、開發和測試的視窗（Windows）PC應用

四、基于單片機的藍牙硬件接口設計 1、單片機C8051簡介

微控制器（MCu）是藍牙應用系統的核心，它的選擇將直接影響到系統的性能。C8051F120是Cygnal公司的一種與8051兼容的高速SOC單片機，它具有高速CIP．51內核、靈活的I／O交叉開關、先進的時鐘系統、JTAG系統調試接口以及多源復位系統它性能卓越，內核采用流水線結構，速度可達100MIPS，比普通的51快40倍，而且在資源豐富、體積小、功耗低、集成度高且調試方便。

下面列出了它的一些主要特性：

（1）高速、流水線結構的8051兼容的CIP．51內核；

（2）真正8位500ksps的ADC，帶PGA和8通道模擬多路開關；

（3）2周期的16&TImes;16的乘法和累加引擎；

（4）8448（8K+256）字節的片內RAM；

（5）可尋址64K字節地址空間的外部數據存儲器接口；

（6）硬件實現的SPI、SMBus／12C和兩個UART串行接El［10l；

（7）5個通用的16位定時器；

（8）具有6個捕捉／比較模塊的可編程計數器／定時器陣列；

（9）FLASH存儲器具有在系統中重新編程能力，可用于非易失性數據存儲，并允許現場更新固件；

（10）片內JTAG調試電路允許非侵入式（不占用片內資源）、全速、在系統測試；

（11）可在工業溫度范NI（．45“C一+85。c）N用2．7V～3．6V的電壓工作。

（12）C8051F120為100腳TQFP封裝。

2、單片機與藍牙模塊的連接

目前，最流行的HCI是通過通用異步收發器（UART）和通信串行總線（USB）連接的。其中UART通常更受青睞，因為其性能和數據吞吐率水平與USB接口相當，且傳輸協議較為簡單，減少了軟件開銷，是一種更為經濟高效的硬件解決方案。

①藍牙模塊電源線

藍牙模塊的電壓管理器共有4個輸入，分別是Vcc（12）、MASTER（28）、SW（27）和SW1（23）。Vcc提供電源電壓，典型值是3．3V；MASTER（28）為UART提供一個獨立的電源回路，可以與單片機邏輯接口相同，可以連接到Vcc；SW（27）信號控制內部電壓穩壓器導通或關斷。將Vcc（12）、MASTER（28）、SW（27）和SW1（23）連接在一起使用時，不需要考慮藍牙模塊的加電順序。

圖1：藍牙模塊的外圍電路

②數據線和信號線

單片機C8051F120具有兩個UART，在此選用UART0。在編程時候可通過交叉開關設置，將UART0分配到兩個管腳上，例如P3.1（TXD）和P3.0（RXD），分別與藍牙模塊的RXD和TXD相連。另外，單片機端需另外分配兩個管腳，例如P1．2和P1．3，分別作為流量控制信號CTS和RTS，分別與藍牙模塊的RTS和CTS相連。若CTS為1則允許對方發送，若CTS為0則禁止對方發送。

圖2：單片機的外圍電路

③藍牙模塊天線

藍牙模塊ANT管腳連接到50歐的天線，天線的電壓駐波比小于2：1。在本課題的實驗板的設計中，單片機和藍牙模塊是焊接在一個PCB板上的。由于藍牙模塊采用平面封裝，而且引腳很密集，要想直接焊接到PCB板上很困難，而且天線也很難焊接上去。因而自行設計了一個輔助電路板，先將藍牙模塊焊接到此輔助電路板上，然后將要用到的藍牙模塊的部分引腳引出來，通過插座將藍牙模塊連接到PCB板上，這樣就使得藍牙模塊的裝卸變得很方便。輔助電路板引出的管腳有GND．地線、VCC．3．3V、數據收發線RXD和TXD、流控線RTS和CTS、使能信號線．EN、復位信號線．RESET，其中BTEN即圖3中的ON信號，實際應用中將它與VCC接在一起，其他的與單片機相連。

圖3：CC2541與單片機的連接電路

五、軟件設計

單片機通過UART控制藍牙模塊時，最底層的數據傳輸是通過UART實現的。因而需要實現單片機UART接口函數來完成最基本的字節級的數據發送和接收。UART即通用異步通信接收發送器，它是一種同步／異步傳輸的串行接口，工作在同步傳輸的為半雙工方式，而工作在異步傳輸的為全雙工方式。單片機的UART用一個SFR（且I］SBUF）的地址可以訪問發送寄存器和接收寄存器，并允許在軟件尚未讀取前一個接收字節的情況下，開始接收第2個輸入數據字節。C8051F120的UART工作模式有模式O、模式1、模式2、模式3共4種，其中模式0是同步半雙工方式，其余全為異步全雙工方式。

相關程序如下：

#include《ioCC2540.h》

#include《reg52.h》

#include《intrins.h》

unsignedchartmp;

unsignedintc=0;

sbitled1=P2^0;//指示燈0

sbitled2=P2^1;//指示燈1

sbitled3=P2^3;//指示燈3

voidinit（）;//串口初始化

voidsend（unsignedchara）;//單字節發送函數

voidctrl（）;//接收處理函數

voidmain（）{

init（）;while（1）

{

if（RI==1）//是否有數據到來

{

RI=0;

tmp=SBUF;//暫存接收到的數據

ctrl（）;

}

}

voidinit（）//串口初始化

{

ES=0;//關中斷

SCON=0x50;//REN=1允許串行接受狀態，串口工作模式1，10

//位UART（1位起始位，8位數據位，1位停止位，

//無奇偶校驗），波特可變

TMOD=0x20;//定時器1工作于方式2，8位自動重載模式，用

//于產生波特率

TH1=TL1=0xFD;//波特率9600（本次測試采用晶振為11.0592）

PCON&=0x7f;//波特率不倍增

TR1=1;//定時器1開始工作，產生波特率

//發送標志位置1

TI=0;//接收標志位置0

RI=0;

EA=0;

ES=1;

led1=0;//初始化設置3個指示燈全亮

led2=0;

led3=0;

}

voidsend（unsignedchara）//單字節數據發送

{

//注意：若單片機TXD（P3.1）無上拉能力，必須在P3.1端接上拉電阻。本次測試需要接上拉電阻

TI=0;

SBUF=a;

while（TI==0）;

TI=0;

if（c%2）//發送指示燈標志，每接收一次，此燈亮滅交替

led3=1;

else

led3=0;

c++;

}

voidctrl（）//接收處理函數

{

switch（tmp）

{

case‘1’：

led1=1;//收到字符1，指示燈0滅

send（tmp）;

break;

case‘2’：//收到字符2，指示燈1滅

led2=1；

send（tmp）;

break;

case‘3’：//收到字符3，指示燈0、1亮

led1=0;

led2=0;

send（tmp）;

break;

case‘4’：//收到字符4，指示燈0、1滅

led1=1;

led2=1;

send（tmp）;

break;

case‘5’：//收到字符5，指示燈3亮

led3=0;

send（tmp）;

break;

default：//其他，燈全滅

led1=1;

led2=1;

led3=1;

send（tmp）;

}