一、前言
1.1 开发背景
CC2530是一款基于8051内核的片上系统（SoC），广泛应用于低功耗无线通信和物联网设备开发。该芯片集成了丰富的硬件资源，如多功能GPIO、UART、SPI、I2C等通信接口，适合连接各种外部传感器及模块。同时，CC2530还支持ZigBee协议栈，是实现无线数据传输的理想选择。
DHT11是一种数字温湿度传感器，内置电容式湿度传感器和NTC温度传感器，并搭载一个8位单片机，用于处理和输出温湿度数据。它通过单总线接口与主控芯片通信，接口简单且传输可靠，支持环境温湿度的实时检测。DHT11的测量范围覆盖0℃至50℃的温度，以及20%RH至90%RH的湿度，适合普通环境监测场景。
在基于CC2530的开发项目中，通过将DHT11连接到P0.7引脚，可以实现温湿度数据的实时采集。数据采集完成后，通过串口0将测量结果发送到串口调试助手进行显示和分析。这种设计便于开发和调试，同时可以为物联网设备的数据交互提供基础支持。
DHT11的低功耗特性与CC2530的高效性能相结合，使得整体系统具备较高的能效比，适用于对功耗敏感的场景。通过这种模块化设计，可以满足智能家居、环境监测等多种应用需求，为更复杂的系统开发打下坚实的基础。
这是当前实验使用的CC2530板子的实物图：
1.2 DHT11传感器
DHT11是一种经济实用的温湿度传感器，广泛应用于环境监测、家用电器、气象站等领域。它体积小巧，功耗低，能够以数字信号形式输出温度和湿度数据，便于与各种主控芯片或单片机的对接，成为入门级开发者和专业设计者的常用选择。
DHT11内部集成了电容式湿度传感器和NTC温度传感器，并配备了一个高性能的8位单片机，用于处理和传输传感器数据。它采用单总线数字信号接口，这种设计极大简化了硬件连接，仅需一根数据线即可完成通信。同时，DHT11支持数据校验功能，在传输过程中附加一个8位校验位，以确保数据的完整性和可靠性。
DHT11的测量范围能够覆盖0℃至50℃的温度，以及20%RH至90%RH的相对湿度，基本满足日常环境监测需求。其温度测量精度为±2℃，湿度测量精度为±5%RH。尽管精度和范围相对较低，但对于对成本和功耗有要求的场景来说，它是一个性价比极高的选择。
DHT11的物理外形采用模块化设计，通常具有四个引脚：VCC、GND、DATA和NC。其中，DATA引脚用于与主控芯片进行单总线通信，数据线既可以输出传感器数据，也能够接收主控芯片发送的指令。模块内部通常会集成一个上拉电阻，方便开发者直接使用而无需外部搭建电路。
DHT11的运行电压范围为3.3V到5.5V，这使得它能够兼容多种主控芯片，包括3.3V的低功耗芯片和传统5V单片机。工作电流极低，通常为0.5mA以下，在休眠模式下则仅消耗几十微安，非常适合低功耗应用。
1.3 项目硬件模块组成
(1) CC2530主控芯片 作为系统的核心控制单元，负责传感器数据的采集、处理和通过串口传输数据。
(2) DHT11温湿度传感器 用于采集环境中的温度和湿度数据，通过单总线接口与CC2530进行通信。
(3) P0.7 GPIO接口 用于连接DHT11传感器的数据引脚，实现传感器与主控芯片的数据交互。
(4) 电源模块 提供系统运行所需的电源，支持3.3V的稳定输出以满足CC2530和DHT11的工作需求。
(5) 串口通信模块 通过CC2530的UART0接口，将采集到的温湿度数据发送到PC端，用于显示和调试。
(6) 串口调试助手 作为调试工具运行在PC端，用于接收和显示CC2530发送的串口数据，便于实时监测和系统验证。
1.4 项目实现的功能
| 功能模块 | 具体描述 | 实现方式 |
|---|---|---|
| 温湿度数据采集 | 使用DHT11传感器采集环境的温度和湿度信息 | DHT11传感器通过单总线与CC2530通信获取数据 |
| 数据处理 | 对采集的温湿度数据进行解析，提取有效信息 | 在CC2530内通过软件处理传感器输出的数字信号 |
| 数据传输 | 将解析后的温湿度数据通过串口发送到串口调试助手进行显示 | 利用CC2530的UART0模块进行串口通信 |
| 引脚配置 | 通过配置P0.7为输入端口以接收DHT11传感器的数据 | 通过CC2530寄存器配置GPIO |
| 实时监测 | 系统实现了对环境温湿度的实时采集和输出，方便用户查看当前环境状况 | 数据采集、解析和传输均在程序主循环中实现 |
| 低功耗运行 | 系统功耗较低，适合持续运行的环境监测场景 | CC2530的低功耗特性与DHT11的节能设计相结合 |
| 调试支持 | 提供调试数据的串口输出功能，方便开发过程中对系统的验证和问题排查 | 串口调试助手接收和显示串口数据 |
| 系统扩展性 | 具备接入其他传感器或模块的潜力，可扩展为更复杂的环境监测或控制系统 | 依托CC2530的多功能引脚和外设资源 |
二、CC2530基础知识科普
2.1 CC2530 与 ZigBee 的含义
CC2530是什么
CC2530是一款由德州仪器（Texas Instruments，TI）推出的无线微控制器芯片，专为低功耗和无线通信应用设计。它基于8051内核，具有丰富的片上资源，包括128 KB的闪存、8 KB的RAM、多个UART和SPI接口、ADC模块等。此外，CC2530支持IEEE 802.15.4标准，这是ZigBee协议栈的基础。CC2530的低功耗特性和高集成度使其特别适用于智能家居、物联网（IoT）设备和工业自动化等应用场景。
ZigBee是什么
ZigBee是一种基于IEEE 802.15.4标准的无线通信协议，专为低功耗、低数据速率和短距离应用场景设计。它的主要特点是功耗低、组网灵活、支持大规模网络节点（如星型、网状和树形拓扑），并且具有较强的抗干扰能力。ZigBee常用于智能家居（如智能灯控、温湿度传感器）、工业物联网、医疗设备和农业监控等领域。与Wi-Fi和蓝牙相比，ZigBee适合需要低功耗、低数据速率和高网络节点容量的应用。
CC2530与ZigBee的联系
CC2530是支持ZigBee协议的硬件平台之一。CC2530的硬件架构和无线射频模块完全符合IEEE 802.15.4标准，而ZigBee协议栈则是运行在该标准之上的通信协议。通过在CC2530芯片上加载ZigBee协议栈（如TI提供的Z-Stack），用户可以构建完整的ZigBee无线通信系统。
CC2530作为ZigBee设备的实现平台，可以配置为不同类型的ZigBee节点，包括协调器（Coordinator）、路由器（Router）和终端设备（End Device）。协调器负责整个ZigBee网络的建立和管理，路由器用于中继信号扩展网络范围，终端设备通常是低功耗的传感器或执行器。
CC2530是支持ZigBee协议的硬件芯片，而ZigBee是运行在像CC2530这样的硬件平台上的通信协议。CC2530为ZigBee提供硬件支持，ZigBee则为CC2530提供实现复杂网络功能的能力。这种软硬结合使得CC2530成为ZigBee应用中的主流选择之一。
2.2 CC2530的开发环境
CC2530官方推荐的开发环境是 IAR Embedded Workbench（IAR EW8051）。
CC2530的开发环境：IAR Embedded Workbench
IAR Embedded Workbench（简称IAR）是开发CC2530的主要集成开发环境（IDE）。它是一款专业的嵌入式软件开发工具，提供了编辑、编译、调试和优化等功能，广泛支持各种嵌入式微控制器平台，包括基于8051内核的CC2530。IAR针对低功耗和无线设备开发进行了深度优化，特别适合CC2530这类资源有限的嵌入式芯片。
IAR支持德州仪器的ZigBee协议栈（如Z-Stack），并提供了配套的调试工具和编译器，使开发者能够轻松集成ZigBee协议、编写应用代码和调试固件。此外，IAR具有良好的代码优化能力，能有效减少CC2530有限内存的占用，提高程序运行效率。
为什么使用IAR开发CC2530
使用IAR开发CC2530主要是由于以下原因：
- 官方支持 德州仪器推荐使用IAR开发CC2530，因为其ZigBee协议栈（如Z-Stack）是专门为IAR优化的，许多示例代码和参考项目直接在IAR环境中运行，减少了开发者的移植工作。
- 代码优化能力强 IAR的编译器提供了高效的代码优化功能，包括针对代码大小和运行速度的优化选项。对于资源受限的CC2530（如闪存128 KB和RAM 8 KB），IAR可以显著减小二进制文件大小，让更多复杂功能得以实现。
- 调试工具完善 IAR集成了强大的调试工具，支持CC2530的片上调试功能（On-Chip Debugging）。通过与TI的调试硬件（如CC Debugger）配合，开发者可以实时查看和控制程序运行状态，进行断点设置、变量监控和性能分析。
- 多功能集成 IAR提供了丰富的功能模块，如静态分析、运行时调试和内存分析工具。这些功能特别适合复杂协议栈（如ZigBee）的开发，帮助开发者迅速定位和解决问题。
IAR与Keil的区别
Keil也是一款非常流行的嵌入式开发工具，但在开发CC2530时，IAR相比Keil具有以下显著区别：
- 官方适配支持 TI官方的ZigBee协议栈和示例项目主要为IAR设计，Keil并没有直接支持这些协议栈。因此，使用Keil开发CC2530需要进行额外的移植工作，而IAR则可以开箱即用。
- 编译器优化效果 IAR的编译器在优化代码大小方面普遍优于Keil，这对于资源有限的CC2530尤为重要。在存储和性能受限的情况下，IAR可以更高效地利用芯片资源。
- 协议栈复杂度支持 ZigBee协议栈本身较为复杂，对编译器和开发环境的要求较高。IAR对复杂嵌入式协议的支持更为成熟，而Keil的侧重点更多在通用8051开发。
- 工具链兼容性 IAR与CC2530配套的调试工具（如CC Debugger）无缝集成，调试体验更流畅。Keil在支持TI调试硬件方面不够完善，可能需要第三方工具或插件进行适配。
IAR是CC2530开发的首选环境，其强大的优化能力、完善的调试功能和与ZigBee协议的高兼容性，使得开发者能够更加高效地完成项目。而Keil尽管也支持8051平台，但在CC2530开发中的表现和适配性稍逊一筹。
2.3 IAR新建工程的步骤
三、代码设计
代码的含义看中文注释,这里不再单独写文字介绍代码含义。
3.1 main.c
/****************************************************************************
* 文 件 名: main.c
* 描 述: 将采集到的温湿度通过串口发送到串口调试助手上显示 9600 8N1
****************************************************************************/
#include <ioCC2530.h>
#include <string.h>
#include "UART.H"
#include "DHT11.H"
/****************************************************************************
* 程序入口函数
****************************************************************************/
void main(void)
{
uchar temp[3];
uchar humidity[3];
uchar strTemp[13]="Temperature:";
uchar strHumidity[10]="Humidity:";
Delay_ms(1000); //让设备稳定
InitUart(); //串口初始化
while(1)
{
memset(temp, 0, 3);
memset(humidity, 0, 3);
DHT11(); //获取温湿度
//将温湿度的转换成字符串
temp[0]=wendu_shi+0x30;
temp[1]=wendu_ge+0x30;
humidity[0]=shidu_shi+0x30;
humidity[1]=shidu_ge+0x30;
//获得的温湿度通过串口输出到电脑显示
UartSendString(strTemp, 12);
UartSendString(temp, 2);
UartSendString(" ", 3);
UartSendString(strHumidity, 9);
UartSendString(humidity, 2);
UartSendString("\n", 1);
Delay_ms(3000); //延时，2S读取1次
}
}
3.2 DHT11.c
#include <ioCC2530.h>
typedef unsigned char uchar;
typedef unsigned int uint;
#define DATA_PIN P0_7
//温湿度定义
uchar ucharFLAG,uchartemp;
uchar shidu_shi,shidu_ge,wendu_shi,wendu_ge=4;
uchar ucharT_data_H,ucharT_data_L,ucharRH_data_H,ucharRH_data_L,ucharcheckdata;
uchar ucharT_data_H_temp,ucharT_data_L_temp,ucharRH_data_H_temp,ucharRH_data_L_temp,ucharcheckdata_temp;
uchar ucharcomdata;
//延时函数
void Delay_us() //1 us延时
{
asm("nop");
asm("nop");
asm("nop");
asm("nop");
asm("nop");
asm("nop");
asm("nop");
asm("nop");
asm("nop");
}
void Delay_10us() //10 us延时
{
#if 0
Delay_us();
Delay_us();
Delay_us();
Delay_us();
Delay_us();
Delay_us();
Delay_us();
Delay_us();
Delay_us();
Delay_us();
#else
int i = 10;
while(i--);
#endif
}
void Delay_ms(uint Time)//n ms延时
{
unsigned char i;
while(Time--)
{
for(i=0;i<100;i++)
Delay_10us();
}
}
//温湿度传感
void COM(void) // 温湿写入
{
uchar i;
for(i=0;i<8;i++)
{
ucharFLAG=2;
while((!DATA_PIN)&&ucharFLAG++);
Delay_10us();
Delay_10us();
Delay_10us();
uchartemp=0;
if(DATA_PIN)uchartemp=1;
ucharFLAG=2;
while((DATA_PIN)&&ucharFLAG++);
if(ucharFLAG==1)break;
ucharcomdata<<=1;
ucharcomdata|=uchartemp;
}
}
void DHT11(void) //温湿传感启动
{
DATA_PIN=0;
Delay_ms(19); //>18MS
DATA_PIN=1;
P0DIR &= ~0x80; //重新配置IO口方向
Delay_10us();
Delay_10us();
Delay_10us();
Delay_10us();
if(!DATA_PIN)
{
ucharFLAG=2;
while((!DATA_PIN)&&ucharFLAG++);
ucharFLAG=2;
while((DATA_PIN)&&ucharFLAG++);
COM();
ucharRH_data_H_temp=ucharcomdata;
COM();
ucharRH_data_L_temp=ucharcomdata;
COM();
ucharT_data_H_temp=ucharcomdata;
COM();
ucharT_data_L_temp=ucharcomdata;
COM();
ucharcheckdata_temp=ucharcomdata;
DATA_PIN=1;
uchartemp=(ucharT_data_H_temp+ucharT_data_L_temp+ucharRH_data_H_temp+ucharRH_data_L_temp);
if(uchartemp==ucharcheckdata_temp)
{
ucharRH_data_H=ucharRH_data_H_temp;
ucharRH_data_L=ucharRH_data_L_temp;
ucharT_data_H=ucharT_data_H_temp;
ucharT_data_L=ucharT_data_L_temp;
ucharcheckdata=ucharcheckdata_temp;
}
wendu_shi=ucharT_data_H/10;
wendu_ge=ucharT_data_H%10;
shidu_shi=ucharRH_data_H/10;
shidu_ge=ucharRH_data_H%10;
}
else //没用成功读取，返回0
{
wendu_shi=0;
wendu_ge=0;
shidu_shi=0;
shidu_ge=0;
}
P0DIR |= 0x80; //IO口需要重新配置
}
四、总结
通过CC2530单片机与DHT11传感器的结合，系统实现了对环境温湿度的实时采集与数据输出。利用DHT11的数字化接口和CC2530的强大功能，整个设计结构简洁、通信稳定，满足了环境监测的基本需求。同时，采用串口调试助手进行数据输出与分析，为开发和调试提供了便捷的工具。
该系统的设计不仅充分利用了CC2530的资源优势，还体现了DHT11在成本、功耗和易用性方面的特点。将传感器直接接入CC2530的GPIO端口，结合灵活的软件设计，实现了快速部署和功能扩展的可能性，为类似的物联网项目提供了参考。
这种硬件与软件相结合的方案展示了物联网设备开发的高效路径。在满足基础监测功能的同时，系统的扩展性也为后续接入更多传感器或通信模块奠定了基础。未来，结合无线传输功能或更高精度的传感器，该设计可以进一步拓展应用场景，为环境监控和智能设备开发提供更多可能性。
