CC2651R3：低功耗无线MCU的卓越之选

在当今的电子设计领域，无线通信技术的发展日新月异，低功耗、高性能的无线微控制器（MCU）成为了众多应用的核心需求。TI推出的CC2651R3正是这样一款出色的单协议2.4-GHz无线MCU，下面我们就来详细了解一下它的特性和应用。

文件下载：cc2651r3.pdf

一、主要特性

（一）强大的MCU外设

CC2651R3拥有丰富的外设资源，为开发者提供了极大的便利。它搭载了强大的48-MHz Arm® Cortex® -M4处理器，具备352KB闪存程序内存和32KB超低泄漏SRAM，还有8KB的Cache SRAM可作为通用RAM使用。其数字外设可路由到任何GPIO，拥有四个32位或八个16位通用定时器、12位ADC（200 kSamples/s，8通道）和8位DAC。此外，还集成了模拟比较器、UART、SSI、I2C、I2S、实时时钟（RTC）以及温度和电池监测器等。

这里我有个疑问，在实际应用中，如此丰富的外设会不会增加系统的复杂度和功耗呢？这就需要我们在设计时进行合理的规划和配置。

（二）安全保障

安全是物联网应用中至关重要的一环，CC2651R3在这方面表现出色。它配备了AES 128位加密加速器和真随机数生成器（TRNG），并且在软件开发工具包（SDK）中还提供了额外的加密驱动，为数据安全提供了可靠的保障。

（三）超低功耗

低功耗是这款MCU的一大亮点。在不同的工作模式下，它的功耗表现都非常优秀。例如，MCU在活动模式下的电流消耗仅为2.91 mA（CoreMark®），待机模式下（RTC、32KB RAM保留）电流低至0.8 μA，关机模式下更是低至0.1 μA 。在射频方面，接收时的电流为6.4 mA，发射时（0 dBm）为7.1 mA，（+5 dBm）为9.5 mA。这样的低功耗特性使得CC2651R3非常适合应用在对功耗要求极高的产品中，如电池供电的设备。

（四）完善的开发工具和软件支持

TI为CC2651R3提供了丰富的开发工具和软件，包括LP - CC2651P3开发套件、SimpleLink™ CC13xx和CC26xx软件开发工具包（SDK）、SmartRF™ Studio和SysConfig系统配置工具等。这些工具和软件极大地提高了开发效率，降低了开发难度。

（五）广泛的无线协议支持

该MCU支持多种无线协议，如Zigbee®、Bluetooth® 5.2 Low Energy、SimpleLink™ TI 15.4 - stack和专有系统等，为不同的应用场景提供了多样化的选择。

（六）高性能射频

在射频性能方面，CC2651R3表现卓越。它在蓝牙低功耗模式下的接收灵敏度可达 - 104 dBm，输出功率最高可达 + 5 dBm，并具备温度补偿功能。

（七）合规性

该产品符合多种标准，如ETSI EN 300 328、EN 300 440 Cat. 2和3、FCC CFR47 Part 15、ARIB STD - T66等，这为产品的国际化应用提供了保障。

二、应用领域

CC2651R3的应用领域非常广泛，涵盖了2400 - 2500 MHz ISM和SRD系统的各个方面。

（一）建筑自动化与安全

在建筑自动化系统中，可用于运动探测器、电子智能锁、门窗传感器、车库门系统和网关等设备。例如，智能门锁可以通过蓝牙或Zigbee协议与手机进行通信，实现远程开锁功能，而CC2651R3的低功耗特性可以保证门锁长时间使用而无需频繁更换电池。

（二）HVAC系统

在HVAC系统中，可用于温控器、无线环境传感器、HVAC系统控制器和网关等。通过实时监测环境温度和湿度等参数，实现对HVAC系统的精确控制，提高能源利用效率。

（三）消防安全系统

可用于烟雾和热量探测器、火灾报警控制面板（FACP）等设备，确保在火灾发生时能够及时发出警报，保障人员和财产的安全。

（四）视频监控

在IP网络摄像机中应用，实现高清视频的传输和监控，为安全监控提供可靠的支持。

（五）工业和医疗领域

在工业运输中用于资产跟踪，在医疗设备和电子销售点（EPOS）等领域也有广泛的应用。

三、详细技术分析

（一）系统CPU

CC2651R3采用了Arm® Cortex® - M4系统CPU，该CPU具有ARMv7 - M架构，优化的Thumb® - 2混合指令集，能够在小尺寸的内存中提供高性能的计算能力。它还具备快速代码执行、确定性的高性能中断处理、单周期乘法指令和硬件除法等特性，非常适合嵌入式应用。同时，它支持全调试功能，通过数据匹配实现观察点生成，并且具备跟踪支持，减少了调试和跟踪所需的引脚数量。此外，该CPU还与8KB的4路随机替换缓存紧密相连，可降低活动功耗和等待状态。

（二）射频（RF）核心

RF核心是CC2651R3的一大特色，它包含一个Arm Cortex - M0处理器，用于连接模拟RF和基带电路，处理与系统CPU之间的数据，并将信息位组装成指定的数据包结构。该核心提供了一个高级的基于命令的API，使得主CPU可以方便地进行配置和数据传输。同时，它能够自主处理无线电协议中对时间要求严格的部分，从而减轻主CPU的负担，降低功耗并为用户应用留下更多资源。此外，该核心还支持多种物理层无线电格式，部分采用软件定义无线电技术，可通过OTA更新支持未来的标准版本。

在蓝牙5.2低功耗方面，它提供了对高速2 - Mbps物理层以及500 - kbps和125 - kbps长距离PHY（编码PHY）的全面支持，不仅提高了数据传输速度，还改善了能源效率和无线共存性。在802.15.4（Zigbee和6LoWPAN）方面，通过专用的IEEE无线电API支持2.4 - GHz IEEE 802.15.4 - 2011物理层，并且TI还提供了免版税的Zigbee协议栈，实现了强大的端到端解决方案。

（三）内存管理

CC2651R3的内存管理也十分出色。它拥有高达352KB的非易失性（闪存）内存，可用于存储代码和数据，并且支持系统内编程和擦除。最后一个闪存扇区包含一个客户配置部分（CCFG），用于配置设备。系统静态RAM（SRAM）为32KB，可用于数据存储和代码执行，并且在待机模式下默认保留内容。此外，还配备了一个8KB的4路非关联缓存，可提高代码执行速度和降低功耗，也可作为通用RAM使用。ROM中包含一个串行（SPI和UART）引导加载程序，可用于设备的初始编程。

（四）定时器资源

该MCU拥有多种定时器，包括实时时钟（RTC）、通用定时器（GPTIMER）、无线电定时器和看门狗定时器。RTC运行在32 kHz低频系统时钟上，可在除关机模式外的所有电源模式下使用，并可进行频率漂移校准。GPTIMER可作为4× 32位或8× 16位定时器使用，支持多种功能，如单触发或周期性计数、脉冲宽度调制（PWM）等。无线电定时器是一个多通道32位定时器，用于无线网络通信的定时基准，并与RTC同步。看门狗定时器用于在系统出现软件错误时恢复控制，运行在1.5 MHz时钟速率上，一旦启用就无法停止。

（五）串行外设和I/O

CC2651R3的串行外设和I/O功能强大。它包含同步串行接口（SSI）、通用异步接收器和发送器（UART）、I2S接口和I2C接口等。SSI兼容SPI、MICROWIRE和TI的同步串行接口，支持主从模式，最高可达4 MHz。UART支持灵活的波特率生成，最高可达3 Mbps。I2S接口用于处理数字音频和接口脉冲密度调制麦克风（PDM），I2C接口可用于与符合I2C标准的设备通信。此外，I/O控制器（IOC）可灵活地将外设分配到I/O引脚，所有数字I/O都支持中断和唤醒功能，可进行可编程上拉和下拉配置，还可在正负边沿触发中断。

（六）电源管理

为了实现低功耗，CC2651R3支持多种电源模式，包括活动模式、空闲模式、待机模式和关机模式。在不同的电源模式下，CPU、闪存、SRAM、电源系统、寄存器和外设的状态各不相同。例如，在待机模式下，只有始终开启（AON）域是活动的，需要外部唤醒事件或RTC事件才能将设备带回活动模式，而MCU外设的保留状态在唤醒时无需重新配置。在关机模式下，设备完全关闭，但I/O状态和闪存内容会被保留，任何定义为唤醒引脚的I/O状态变化都可以唤醒设备。

这里我们思考一下，如何根据具体的应用场景选择最合适的电源模式，以达到最佳的功耗控制和性能表现呢？这需要我们对各种电源模式的特点有深入的了解，并结合实际需求进行优化配置。

四、参考设计与支持

（一）参考设计

在进行设计时，有几个参考设计需要密切关注，如CC26x1 - R3EM - 7ID、CC26x1 - P3EM - 5XS24 PA24_10dBm和LP - CC2651P3等。这些参考设计提供了原理图、布局和生产文件，为我们的设计提供了重要的参考。同时，还可以使用Sub - 1 GHz和2.4 GHz天线套件进行实际测试，以确定最佳的天线选择。

（二）器件和文档支持

TI为CC2651R3提供了全面的支持，包括丰富的开发工具和软件，如CC2651P3 LaunchPad™开发套件、SimpleLink™ CC13XXCC26XX SDK、Code Composer Studio™集成开发环境、IAR Embedded Workbench® for Arm®、SmartRF™ Studio和CCS UniFlash等。此外，还提供了详细的文档支持，包括TI Resource Explorer、硅勘误表、应用报告和技术参考手册等。同时，TI E2E™支持论坛为开发者提供了快速获取答案和设计帮助的平台。

五、总结

CC2651R3凭借其强大的性能、超低的功耗、丰富的外设资源、广泛的协议支持以及完善的开发工具和文档支持，成为了低功耗无线MCU领域的佼佼者。无论是在建筑自动化、工业控制、医疗设备还是消费电子等领域，都能发挥出其卓越的性能，为开发者提供了一个可靠的解决方案。作为电子工程师，我们在设计相关产品时，可以充分利用CC2651R3的优势，开发出更加优秀的产品。但在实际应用中，我们也需要根据具体的需求和场景进行合理的设计和优化，以充分发挥其性能优势。大家在使用CC2651R3的过程中，有没有遇到什么有趣的问题或者独特的应用经验呢？欢迎在评论区分享。