【正文】 SART0、1） 硬件乘法器液晶驅(qū)動(dòng)器 10 位/12 位 ADC 14 位 ADC端口 0（P0） 端口 16（P1_P6） 基本定時(shí)器（Basic Timer）以上外圍模塊再加上多種存儲(chǔ)器方式就構(gòu)成了不同型號(hào)的器件。?系統(tǒng)工作穩(wěn)定基于 eZ430RF2500 的無(wú)線(xiàn)溫度傳感器的設(shè)計(jì)2上電復(fù)位后，首先由 DCOCLK 啟動(dòng) CPU，以保證程序從正確的位置開(kāi)始執(zhí)行，保證晶體振蕩器有足夠的起振及穩(wěn)定時(shí)間。溫度傳感器終端節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)溫度數(shù)據(jù)的采集，同時(shí)實(shí)現(xiàn)溫度數(shù)據(jù)的顯示和無(wú)線(xiàn)發(fā)送。MSP430 系列是眾多單片機(jī)系列中的一顆耀眼的新星?；?eZ430RF2500 的無(wú)線(xiàn)溫度傳感器的設(shè)計(jì)12 MSP430單片機(jī)介紹2．1 MSP430 單片機(jī)的用途單片機(jī)技術(shù)如今已經(jīng)滲透到人類(lèi)生活的方方面面，在家用電器、通信產(chǎn)品等日用電子設(shè)備中都可以看見(jiàn)單片機(jī)，估計(jì)全世界人均有幾片單片機(jī)，此技術(shù)正在積極地影響著人類(lèi)的生活。選擇和開(kāi)發(fā)功耗低、可靠性高、適應(yīng)低速率、小數(shù)據(jù)量傳輸?shù)臒o(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)和數(shù)據(jù)傳輸。溫度傳感器系統(tǒng)逐漸由單點(diǎn)、集中式向多點(diǎn)、分布式演變．由于溫度采樣點(diǎn)數(shù)量不斷增加，與監(jiān)控中心的距離越來(lái)越遠(yuǎn)，它們之間的數(shù)據(jù)交換必須通過(guò)傳輸網(wǎng)絡(luò)．當(dāng)前國(guó)內(nèi)廣泛應(yīng)用的溫度變送器大多采用兩線(xiàn)制，兩線(xiàn)制雖然解決了電源線(xiàn)和信號(hào)線(xiàn)的復(fù)用問(wèn)題，很大程度上減少了布線(xiàn)成本，但沒(méi)有徹底擺脫導(dǎo)線(xiàn)的束縛。低成本、低功耗、應(yīng)用簡(jiǎn)單的 IEEE802．15．4 和 ZigBee 協(xié)議的誕生為無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)提供了互聯(lián)互通酶規(guī)范?；?eZ430RF2500 的無(wú)線(xiàn)溫度傳感器的設(shè)計(jì)【摘 要】隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，人類(lèi)目前已經(jīng)置身于信息時(shí)代，信息的獲取是實(shí)現(xiàn)信息他的前提，獲取信息的一種重要工具就是傳感器。ZigBee 協(xié)議是由 IEEE802．15 4 標(biāo)準(zhǔn)的 PHY 和 MAC 層再加上 ZigBee 的網(wǎng)終層和應(yīng)用層組成的，由于網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)具有成本低、體積小、能量和通信能力有限等特點(diǎn)，所以此種網(wǎng)絡(luò)的突出特點(diǎn)是兩絡(luò)系統(tǒng)支持低成本、易實(shí)現(xiàn)、低功耗等。很多情況下，布線(xiàn)成本很高，或者根本無(wú)法布線(xiàn)，導(dǎo)致溫度傳感器系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)范圍受到限制。實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)之間的連接。TI 公司的 MSP430 系列是一個(gè)超低功耗類(lèi)型的單片機(jī)，特別適合于電池應(yīng)用的場(chǎng)合或手持設(shè)備。2．2 MSP430 單片機(jī)的功能TI 公司的 MSP430 系列單片機(jī)是 16 位超低功耗微控制器，其中包括一系列器件，它們針對(duì)不同的應(yīng)用而由各種不同的模塊組成，這些微控制器被設(shè)計(jì)為可用電池工作，而且可以有很長(zhǎng)的使用時(shí)間。MSP430 系列單片機(jī)具有以下一些共同的特點(diǎn)?低電壓、超低功耗MSP430 系列單片機(jī)，在 電壓、1MHZ 的時(shí)鐘條件下運(yùn)行，耗電電流因不同的工作模式而不同；具有 16 個(gè)中斷源，并且可以任意嵌套，使用靈活方便；用中斷請(qǐng)求將 CPU 喚醒只要 6μs，可編制出實(shí)時(shí)性特別高的源代碼；可將 CPU 置于省電模式，以用中斷方式喚醒程序。然后軟件可設(shè)置適當(dāng)?shù)募拇嫫鞯目刂莆粊?lái)確定最后的系統(tǒng)時(shí)鐘頻率。其中，看門(mén)狗可以使程序時(shí)空是迅速?gòu)?fù)位；比較器進(jìn)行模擬電壓的比較，配合定時(shí)器可以設(shè)計(jì)為 A/D 轉(zhuǎn)換器；定時(shí)器具有捕獲/比較功能，可用于時(shí)間技術(shù)、時(shí)序發(fā)生、PMW 等；有的器件更具有兩個(gè)串口，可方便地實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信等應(yīng)用；具有較多的并行端口，最多可達(dá) 200Kbps，能滿(mǎn)足大多數(shù)數(shù)據(jù)采集應(yīng)用；能直接驅(qū)動(dòng)液晶多達(dá) 120 段。對(duì)于 OTP 型和 ROM 型的器件是用相對(duì)應(yīng)的 EPROM 型器件作為開(kāi)發(fā)片，或使用仿真器開(kāi)發(fā)成功之后再燒寫(xiě)或掩膜芯片；而對(duì)于FLASH 型則有十分方便的開(kāi)發(fā)調(diào)試環(huán)境，因?yàn)槠骷瑑?nèi)有 JTAG 調(diào)試接口，還有可電擦寫(xiě)的 FLASH 存儲(chǔ)器，因此采用先下載程序到 FLASH 內(nèi)，再在器件內(nèi)通過(guò)軟件控制程序的運(yùn)行，由 JTAG 就扣讀取片內(nèi)信息供設(shè)計(jì)者調(diào)試使用的方法進(jìn)行開(kāi)發(fā)。其內(nèi)部帶有 10 位 A/ D ,1. 8～ 3. 6V 的工作電壓,5 種低功耗省電模式,從待機(jī)到喚醒的響應(yīng)時(shí)間不超過(guò) 1μs ,片內(nèi)高頻時(shí)鐘源,頻率高達(dá)16MHZ,內(nèi)部還有低功耗低頻振蕩器 VLO ,32KHZ 晶振模塊。中央處理單元 CPU 采用了精簡(jiǎn)的、高透明的、高效率的正交設(shè)計(jì)。表 對(duì) 16 個(gè)寄存器做了簡(jiǎn)要的說(shuō)明。 SP系統(tǒng)堆棧在系統(tǒng)調(diào)用子程序或進(jìn)入中斷服務(wù)程序是，保護(hù)程序計(jì)數(shù)器 PC。系統(tǒng)對(duì)堆棧的操作為隱式，主要為自動(dòng)保存 PC 的數(shù)值?；?eZ430RF2500 的無(wú)線(xiàn)溫度傳感器的設(shè)計(jì)4位 1 Z 零標(biāo)志 當(dāng)運(yùn)算結(jié)果為 0 時(shí)置位，否則復(fù)位。位 4 CPUOFF CPU 控制位 置位使 CPU 進(jìn)入關(guān)閉模式，此時(shí)除了 RAM內(nèi)容、端口、寄存器保持外，CPU 處于停止?fàn)顟B(tài)，可用所有允許的中斷將 CPU 從此狀態(tài)喚醒。位 8 V 當(dāng)算術(shù)運(yùn)算結(jié)果超出有符號(hào)數(shù)范圍時(shí)置位。MSP430F2274 的通用寄存器是 430 活動(dòng)的打不風(fēng)場(chǎng)所，可以執(zhí)行算術(shù)邏輯運(yùn)算，也可以作為臨時(shí)的暫存單元；可以字操作，也可以字節(jié)操作。2．3．2 MSP430F2274 的存儲(chǔ)器組織MSP430F2274 的存儲(chǔ)空間采用“馮諾依曼”結(jié)構(gòu)，ROM 和 RAM 在同一地址空間，使用一組地址數(shù)據(jù)總線(xiàn)。當(dāng)存儲(chǔ)器組織為 64KB 或更少時(shí)采用小模式，地址空間為最低的 64KB，而目前的器件都設(shè)計(jì)成小模式，最大的程序存儲(chǔ)空間 60KB 空間中?？梢宰植僮?，也可以字節(jié)操作，通過(guò)指令后綴加以區(qū)別。程序存儲(chǔ)器 ROM程序 ROM 區(qū)位 0FFFFH 以下一定數(shù)量存儲(chǔ)空間，可存放指令代碼和數(shù)據(jù)表 格。2．3．3 MSP430F2274 的尋址模式MSP430F2274有 7種尋址方式，其中源操作數(shù)可用全部的 7種方式尋址，而目的操作數(shù)只有 4種方式尋址。CC2500 具有片上載波感應(yīng)指示燈和數(shù)字 RSSI 輸出，有助于提高無(wú)線(xiàn)鏈路的質(zhì)量。CC2500 的選擇性和敏感性質(zhì)數(shù)超過(guò)了 IEEE8 標(biāo)準(zhǔn)的要求，可確保短距離通信的有效性和可靠性，且其數(shù)據(jù)傳輸速率最高可達(dá) 500kpbs，因此可以實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的快速組網(wǎng)。5)所需外圍元件很少。CC2500 從天線(xiàn)接收到射頻信號(hào)時(shí)，首先經(jīng)過(guò)低噪聲放大器(Low Noise Amplifier,LNA)，然后在正交下變頻到2MHz 的中頻上，形成中頻信號(hào)的同向分量和正交分量。CC2500 的 FIFO 緩存區(qū)保存 MAC 幀的長(zhǎng)度、MAC 幀頭和 MAC 幀負(fù)載數(shù)據(jù)三個(gè)部分，而不保存幀校驗(yàn)碼?；鶐盘?hào)的同相分量和正交分量直接被數(shù)模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，通過(guò)低通濾波器后，直接變頻到設(shè)定的信道上。每個(gè)服務(wù)實(shí)體通過(guò)一個(gè)服務(wù)接入點(diǎn)(SAP)為其上層提供服務(wù)接口，并且每個(gè) SAP 提供了一系列的基本服務(wù)指令來(lái)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。ZigBee 聯(lián)盟提供了網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層(APL)框架的設(shè)計(jì)，其中應(yīng)用層的框架包括了應(yīng)用支持子層(APS)、ZigBee 設(shè)備對(duì)象(ZDO)和由制造商制訂的應(yīng)用對(duì)象。從能量、成本和效率來(lái)看，不同的數(shù)據(jù)速率能為不同的應(yīng)用提供較好的選擇。管理服務(wù)通過(guò) MAC 層管理實(shí)體(MLME)服務(wù)接入點(diǎn)(SAP)訪(fǎng)問(wèn)高層，MAC 層數(shù)據(jù)服務(wù)使 MAC 層協(xié)議數(shù)據(jù)單元(MPDU)的收發(fā)可以通過(guò)物理層數(shù)據(jù)服務(wù)。超幀的格式由傳感器網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)器定義，超幀被分為 16 個(gè)大小相等的時(shí)隙 n 別，由協(xié)調(diào)器發(fā)送，如圖 4．2所示。所有的傳輸要在下一個(gè)信標(biāo)到來(lái)之前結(jié)束。GTS 由無(wú)競(jìng)爭(zhēng)時(shí)段(CFP)組成，它總是緊跟著 CAP，在活躍的超幀尾部。4．2．1 PHY(物理)層ZigBee 的通信頻率在物理層來(lái)規(guī)范，ZigBee 根據(jù)不同的國(guó)家和地區(qū)為其提供不同的工作頻率范圍，ZigBee 所使用的頻率范圍分別為 2．4GHz 和868／915MHz。2．4GHz 的物理層通過(guò)采用 16 相調(diào)制技術(shù)，能夠提供250kb／s 的傳輸速率，從而提高了數(shù)據(jù)吞吐率，縮短了通信時(shí)延和數(shù)據(jù)收發(fā)的時(shí)間，所以更加省電。PHY 數(shù)據(jù)服務(wù)：在物理無(wú)線(xiàn)信道上接收和發(fā)送 PHY 協(xié)議數(shù)據(jù)單元(PPDUs)，物理層負(fù)責(zé)下面的任務(wù)：無(wú)線(xiàn)收發(fā)信機(jī)的激活和去激活；在當(dāng)前信道上的能量監(jiān)測(cè)(ED)；鏈路質(zhì)量指示(LQI)，用在接收的數(shù)據(jù)包上；清除信道評(píng)估(CCA)；信道頻率選擇；數(shù)據(jù)發(fā)送和接收；IEEE 在物理層中還規(guī)范了傳輸速率以及調(diào)制方式等相關(guān)要求。通過(guò)這兩個(gè)服務(wù)接入點(diǎn)提供如下服務(wù)：通過(guò)物理層數(shù)據(jù)服務(wù)接基于 eZ430RF2500 的無(wú)線(xiàn)溫度傳感器的設(shè)計(jì)12入點(diǎn)(PD—SAP)為物理層數(shù)據(jù)提供服務(wù)；通過(guò)物理層管理實(shí)體(PLME)服務(wù)的接入點(diǎn)(PLME—SAP)為物理層管理提供服務(wù)。如果數(shù)據(jù)包的長(zhǎng)度類(lèi)型為 5 字節(jié)或大于8 字節(jié)，那么物理層服務(wù)數(shù)據(jù)單元(PSDU)攜帶 MAC 層的幀信息，即 MAC 層協(xié)議數(shù)據(jù)單元。MAC 子層處理所有物理層無(wú)線(xiàn)信道的接入，其主要工作有：網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器產(chǎn)生并發(fā)送網(wǎng)絡(luò)信標(biāo)幀：支持多個(gè)域網(wǎng)(PAN)的關(guān)聯(lián)和取消關(guān)聯(lián)；為設(shè)備的安全提供支持；與網(wǎng)絡(luò)信標(biāo)同步；信道接入方式采用載波監(jiān)聽(tīng)多址接入／沖突避免(CSMA／CA)機(jī)制；處理和維護(hù)保護(hù)時(shí)隙(GTS)機(jī)制：基于 eZ430RF2500 的無(wú)線(xiàn)溫度傳感器的設(shè)計(jì)13在兩個(gè)對(duì)等的 MAC 實(shí)體之間提供一個(gè)可靠的通信鏈路。圖 4．7 給出了 MAC 子層的數(shù)據(jù)包格式。圖 MAC 子層參考模型圖 MAC 幀格式MAC 子層載荷，其長(zhǎng)度可變，不同的幀類(lèi)型包含不同的信息，如 MAC 子層業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)單元(MSDU)：但整個(gè),MAC 幀的長(zhǎng)度應(yīng)該小于 127 字節(jié)，其內(nèi)容取決于幀類(lèi)型。廣播幀和確認(rèn)幀不需要接收方的確認(rèn)；數(shù)據(jù)幀和 MAC 命令幀的幀頭包含幀控制域，指示收到的幀是否需要確認(rèn)，如果需要，并且已經(jīng)通過(guò)了 CRC 檢驗(yàn)，接收方將立即發(fā)送確認(rèn)幀，若發(fā)送方在一定時(shí)間內(nèi)收不到確認(rèn)幀，將自動(dòng)重傳該幀，這就是 MAC 子層可靠傳輸?shù)幕具^(guò)程。這是一種時(shí)隙化的載波偵聽(tīng)／沖突避免(CSMA／CA)信道接入算法。從應(yīng)用角度看，通信的本質(zhì)就是端點(diǎn)到端點(diǎn)的連接(例如，一個(gè)帶開(kāi)關(guān)組件的設(shè)備與帶一個(gè)或多個(gè)燈組件的遠(yuǎn)端設(shè)備進(jìn)行通信，目的是將這些燈點(diǎn)亮)。端點(diǎn) 0 用于整個(gè) ZigBee 設(shè)備的配置和管理，應(yīng)用程序可以通過(guò)端點(diǎn) 0 與 ZigBee 協(xié)議棧的其他層通信，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)這些層的初始化和配置，附屬在端點(diǎn) 0 的對(duì)象被稱(chēng)為 ZigBee 設(shè)備對(duì)象(ZDO)；端點(diǎn)255 用于向所有端點(diǎn)的廣播。APS 使用網(wǎng)絡(luò)層(NWK)提供的服務(wù)。ZigBee 規(guī)范定義了三種類(lèi)型的設(shè)備，每種都有自己的功能要求。三種設(shè)備根據(jù)功能完整性分為全功能(FFD)和減功能(RFD)設(shè)備。NWK 支持的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溆行菭?、?shù)(串)狀和網(wǎng)格狀。網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)實(shí)體通過(guò)網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)實(shí)體服務(wù)接入點(diǎn)(NLDESAP)提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，網(wǎng)絡(luò)管理層實(shí)體通過(guò)網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體服務(wù)接入點(diǎn)(NLMESAP)提供網(wǎng)絡(luò)管理服務(wù)。網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體提供如下服務(wù)：配置一個(gè)新設(shè)備：為操作按照要求充分布局協(xié)議棧的能力。NLDE 應(yīng)能夠送 NPDU 到一個(gè)適當(dāng)?shù)难b置，此設(shè)備是通信的最終目標(biāo)或是通信鏈路下一步的最后目的；4．3．2 網(wǎng)絡(luò)層幀結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議數(shù)據(jù)單元(NPDU)即網(wǎng)絡(luò)層幀的結(jié)構(gòu)，如圖 4．9 所示。幀控制域是 16 位長(zhǎng)，包含定義幀類(lèi)型的信息、尋址和序列域和其它控制標(biāo)識(shí)的信息，其格式如圖 4．10 所示，可以看到幀控制域包括幀類(lèi)型、協(xié)議版本、發(fā)現(xiàn)路由、安全和保留位。各項(xiàng)服務(wù)通過(guò)服務(wù)原語(yǔ)來(lái)實(shí)現(xiàn)?；?eZ430RF2500 的無(wú)線(xiàn)溫度傳感器的設(shè)計(jì)17它的定義與其他任何接口的實(shí)現(xiàn)無(wú)關(guān)。原語(yǔ)通常分為如下 4 種類(lèi)型(如下原語(yǔ)環(huán)境設(shè)置為一個(gè)具有 1 個(gè)用戶(hù)的網(wǎng)絡(luò)中，兩個(gè)對(duì)等用戶(hù)及其與 J 層或子層對(duì)等協(xié)議實(shí)體建立連接的服務(wù)原語(yǔ))：Request：請(qǐng)求原語(yǔ)從第 1l 用戶(hù)發(fā)送到它的第 J 層，請(qǐng)求服務(wù)開(kāi)始。Confirm：確認(rèn)原語(yǔ)由第 J 層向第 11 用戶(hù)發(fā)送，用來(lái)傳遞一個(gè)或多個(gè)前面服務(wù)請(qǐng)求原語(yǔ)的執(zhí)行結(jié)果。4．4 ZigBee 應(yīng)用層ZigBee 應(yīng)用層框架包括應(yīng)用支持層 (APS)、 ．ZigBee 設(shè)備對(duì)象(ZDO)和制造商所定義的應(yīng)用對(duì)象。ZDO 的任務(wù)包括在網(wǎng)絡(luò)層定義設(shè)備的功能。應(yīng)用支持子層為網(wǎng)絡(luò)層(NWK)和應(yīng)用層之間提供一個(gè)接口。ZigBee 設(shè)備對(duì)象(ZDO)，描述了功能的基本分類(lèi)，這些功能在應(yīng)用對(duì)象設(shè)備范圍和 APS 間提供一個(gè)接口?；?eZ430RF2500 的無(wú)線(xiàn)溫度傳感器的設(shè)計(jì)18ZDO 為應(yīng)用幀層中的應(yīng)用對(duì)象提供了公共的接口，以控制設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)功能。如果攜帶較多的電池，雖然可以解決電源問(wèn)題，但必然會(huì)增大體積，提高成本，更加積極的方法是降低無(wú)線(xiàn)傳感器節(jié)點(diǎn)的功耗．可靠性與安全性：系統(tǒng)在應(yīng)用中必須保證能夠可靠的運(yùn)行，在特定條件下對(duì)數(shù)據(jù)的安全性也有較高的要求．系統(tǒng)應(yīng)具有較高的可靠性，能確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、完整性和一致性，在系統(tǒng)故障或事故造成中斷后，具備迅速恢復(fù)的功能，同時(shí)系統(tǒng)應(yīng)具有一整套完整的管理策略，可以保證系統(tǒng)的運(yùn)行安全．系統(tǒng)設(shè)計(jì)中從硬件到軟件都必須考慮可靠性要求．在設(shè)計(jì)過(guò)程中。3：MSP430 系列單片機(jī)具有高度整合，超低功耗的特點(diǎn)4：2 個(gè)通用的數(shù)字 I/O 接口直接連到紅綠 LED 燈，以便視覺(jué)反饋?；?eZ430RF2500 的無(wú)線(xiàn)溫度傳感器的設(shè)計(jì)195．2．1 存取點(diǎn)（A