【正文】 比如缺乏綜合應(yīng)用專業(yè) 知識的能力，對 英文 材料的 閱讀的困難 ， 導(dǎo)致設(shè)計(jì)過程顯得比較艱難，對于設(shè)計(jì)理解不是很透徹，從而犯過很多低級的錯(cuò)誤。首先是學(xué)習(xí)一些基本的編程流程，思想。 在本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中的方案選擇體會： 對于 AD的選擇：可選方案有外部 AD與內(nèi)部 ADC12 為了滿足通信速度的匹配 AD 轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)緩存方案：用外加的 FIFO 進(jìn)行 緩存或 用內(nèi)部的 FLASH 模塊。 //延時(shí)，等待系統(tǒng)穩(wěn)定 nRF2401_SetRXinit()。子程序?qū)崿F(xiàn)具體的 相關(guān)共能 。在塊傳輸過程中， CPU 暫停工作，不參與數(shù)據(jù)的傳輸。當(dāng) DMAxSZ減為零的時(shí)候，它所對應(yīng)的臨時(shí)寄存器將原來的值重新置入 DMAxSZ，同時(shí)相應(yīng)的 DMAIFG標(biāo)志置位。前三個(gè)，傳輸完成后 DMAEN自動復(fù)位；再次傳輸時(shí)需要重新置位 DMAEN位以使能 DMA通道。單個(gè)、塊或突發(fā)塊傳輸模式：每次觸發(fā) DMA操作，可以根據(jù)需要傳輸不同規(guī)模的數(shù)據(jù) 。 MSP430f16x系列單片機(jī)內(nèi)部含有 DMA模塊，而且?guī)缀鮾?nèi)部所有外設(shè)都可以觸發(fā) DMA開始存取數(shù)據(jù) [2]。每個(gè)轉(zhuǎn)換器ADC12MEMx都有相應(yīng)的控制寄存器 ADC12CTLx。 ADC12內(nèi)置參考電源，而且參 考電壓有 6種可編程選擇，分別為 VR+與 VR的組合。 圖 nRF24L01無線模塊電路 NETUSB2401 無線模塊介紹 NetUSB2401為 USB接口無線通信模塊，采用 ，外形小巧（ USB大?。?，最大傳輸數(shù)率達(dá) 2Mbps，適用于室內(nèi)通過電腦無線遙控，無線數(shù)據(jù)采集等 。 中斷 ： nRF24L01的終端引腳（ IRQ）為低電平觸發(fā)，當(dāng)狀態(tài)寄存器 TXDX， RXDR或 MAXRT為高時(shí)觸發(fā) 中斷。 nRF24L01 芯片簡介 nRF24L01 是一款工作在 ~ 世界通用 ISM 頻段的單片無線收發(fā)器芯片。一般懸空不用 MAX708 NC沒連接 原理框圖： 清華 大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 10 頁 共 51 頁 圖 MXX708原理框圖 復(fù)位電路設(shè)計(jì) 電路由 MXA708 復(fù)位芯片、電阻、 PNP 三極管、按鍵、發(fā)光二級管構(gòu)成。 獨(dú)立的比較器可用于監(jiān)視第二個(gè)電源信號 ， 為處理器提供電壓跌落的預(yù)警功能 。電源的設(shè)計(jì)的好壞決定了電壓輸出的穩(wěn)定性 ，從而決定單片機(jī)是否能穩(wěn)定工作 。 系統(tǒng)框圖如下： 圖 系統(tǒng)框圖 整體電路圖 整體電路圖 主要 包括 NRF24L01 無線模塊 和 MSP430 控制模塊 。 MSP430 單片機(jī)是高度集成芯片，采用集成芯片設(shè)計(jì)后，對于電路的維護(hù)，檢修帶來了很大的方便。 課題的意義 由于測試環(huán)境的惡劣，一些測量物體的運(yùn)動，有線數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟季€困擾， 一 套 系統(tǒng)能滿足 這些 測試要求，適合于對于復(fù)雜測試環(huán)境的數(shù)據(jù)采集 傳輸 ，顯得十分必要 。 無限傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn) 1．成本廉價(jià) 有線通信方式的建立必須架設(shè)電纜，或挖掘電纜溝，因此需要大量的人力和物力；而用無線數(shù)傳電臺建立專用無線數(shù)據(jù)傳輸方式則無需架設(shè)電纜或挖掘電纜溝，只需要在每個(gè)終端連接無線數(shù)傳電臺和架設(shè)適當(dāng)高度的天線就可以了。 現(xiàn)在的單片機(jī)普遍具備通信接口，可以很方便的與計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，為在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信設(shè)備間的應(yīng)用提供了極好的物質(zhì)條件，現(xiàn)在的通信設(shè)備上都基本實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)的智能控制，從手機(jī)、電話機(jī)、小型程控交換機(jī)、樓宇自動通信呼叫系統(tǒng)、列車無線通信、再到日常工作中隨時(shí)可見的移動電話、集群移動通信、無線對講機(jī)等 [4]。 近些年信息通信領(lǐng)域中，發(fā)展最快、應(yīng)用最廣的就是無線 通信技術(shù) 。它的核心控制器采用 體積小 ， 低功耗 的 單片機(jī) MSP430 實(shí)現(xiàn) 。該系統(tǒng)主要 應(yīng)用于對于測試環(huán)境復(fù)雜的壓力、溫度等信號 實(shí)時(shí)無線傳輸?shù)浇K端進(jìn)行處理分析。 自從 MSP430單片機(jī)問世以來，就以其體積小、功耗低、控制功能強(qiáng)、擴(kuò)展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點(diǎn)，廣泛的在智能儀器儀表、工業(yè)控制、家用 電器、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、通信領(lǐng)域、以及醫(yī)用設(shè)備等領(lǐng)域都得到了 應(yīng)用。 單片機(jī)在醫(yī)療設(shè)備中的用途亦然很廣泛，例如醫(yī)用呼吸機(jī)，各種智能分析儀，監(jiān)護(hù)清華 大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 2 頁 共 51 頁 儀，超聲診斷設(shè)備以及病床無線呼叫系統(tǒng)等。相比之下用無線數(shù)傳模塊建立專用無線數(shù)據(jù)傳輸方式，節(jié)省了人力物力，投資是相當(dāng)節(jié)省的。雖然動態(tài)的壓力數(shù)據(jù)采集可以通過數(shù)據(jù)采集卡實(shí)現(xiàn)，然而數(shù)據(jù)采集卡開發(fā)成本較高，數(shù)據(jù)的采集也往往受限于某位置，靜止被測物體運(yùn)動，這在一定程度上為測試帶來了不便，特別是針對于某些 運(yùn)到參數(shù)的測量，如行走、運(yùn)到等，被測對象因限于測量設(shè)備電源線、數(shù)據(jù)傳輸?shù)拈L度無法展開運(yùn)到。 清華 大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 5 頁 共 51 頁 2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 系統(tǒng)概述 本系統(tǒng) 模塊主要由上位機(jī)硬件電路和下位機(jī)硬件電路組成。 MSP430 摸塊 電路圖設(shè)計(jì)相對而言比較復(fù)雜，其中電源管理電路、時(shí)鐘電路和復(fù)位電路 ，也要考慮到高頻收發(fā)電路布線的注意事項(xiàng)， 這是 主控 電路的重點(diǎn)與難點(diǎn)。本電源的設(shè)計(jì)采用 LP2985 將 5V的電壓轉(zhuǎn)換為 ，此芯片低噪聲低壓差 。 這一功能是為器件發(fā)出復(fù)位信號前的正常關(guān)機(jī) 、 向操作者發(fā)送警報(bào) 、 或電源切換而考慮的 。當(dāng)按鍵按下時(shí)， /MR 引腳為 ，在 /RESET 引腳產(chǎn)生信號，輸送給體統(tǒng)，使單片機(jī)復(fù)位。無線收發(fā)器包括 :頻率發(fā)生器、增強(qiáng)型 SchockBurstTM 模式控制器、功率放大器晶體振蕩器、調(diào)制器、解調(diào)器。當(dāng) MCU給中斷源寫 1時(shí)，中斷引腳被禁止。 性能及特點(diǎn)： 清華 大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 16 頁 共 51 頁 (1) (2) 最高工作速率 2Mbps，高效 GFSK調(diào)制，適合短距離無線控 (3) 125 頻道，滿足多點(diǎn)通 信和跳頻通信需要 (4) 內(nèi)置硬件 CRC 檢錯(cuò)和點(diǎn)對多點(diǎn)通信地址控制 (5) 低功耗 ～ 工作， Power down 模式下狀態(tài)僅為 1uA (6) 可軟件設(shè)地址，只有收到本機(jī)地址時(shí)才會輸出數(shù)據(jù)（提供中斷指示 ) (7) 提供二次開發(fā)包，提供實(shí)例源代碼，無需掌握 USB驅(qū)動和 USB協(xié)議以及無線通信協(xié)議，只需要通過軟件編程來控制無線收發(fā) (8) 室內(nèi)通訊距離約為 15~30米，看具體環(huán)境和通信速率而定 (9) 模塊尺寸 : U盤大小 (可以根據(jù)需要定制外觀和尺寸 ) 圖 NETUSB2401實(shí) 物圖片 單片機(jī)控制模塊 MSP430 的簡介 MSP430系列單片機(jī)是美國德州儀器（ TI） 1996年開始向市場推出的一種超低功耗擁有精簡指令集（ RISC ）處理器的混合信號（ Mixed Signal Processor）。 其中 VR+有： AVCC（模擬電源正端） VREF+（ A/D轉(zhuǎn)換器內(nèi)部參考電源的輸出正端） VeREF+(外部參考電源的正輸入端 ) VR有： AVSS（ 電源負(fù)端） VREF或 VeREF（ A/D轉(zhuǎn)換器內(nèi)部或者外部參考電源負(fù)端） 2. 模擬多路器： 對多個(gè)模擬信號進(jìn)行采 樣并轉(zhuǎn)換時(shí)，由于 A/D只有一個(gè)轉(zhuǎn)換內(nèi)核，每次只能選通一個(gè)信號進(jìn)行采樣并轉(zhuǎn)換?？刂萍拇嫫骺刂聘鱾€(gè)轉(zhuǎn)換寄存器 必須選擇的轉(zhuǎn)換條件。 硬件介紹： MSP430F15X/16X 系列單片機(jī)具有 DMA 控制器，從而能夠?yàn)閿?shù)據(jù)高速傳輸提供保證。 DMA的四種尋址模式如下圖所示： 圖 DMA四種尋址模式 DMA控制器模塊： 清華 大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 25 頁 共 51 頁 3個(gè)獨(dú)立的傳輸通 道：通道 0、通道 1和通道 2。后三個(gè)為重復(fù)模式，一次傳輸完成后， DMAEN不 復(fù)位；再次出發(fā)時(shí)，可以再次啟動數(shù)據(jù)傳輸。 2 塊傳輸模式 ： 在塊傳輸模式，每次觸發(fā)可以傳輸一個(gè)數(shù)據(jù)塊。數(shù)據(jù)塊需要 2MCLKDMAxSZ 個(gè)時(shí)鐘周期。 本設(shè)計(jì)的軟件程序包括主程序、中斷子程序、 數(shù)據(jù)處理 子程序等等 [18～20]。 //配置為接收狀態(tài)，等待接收新的命令 Delay(8000)。 在此系統(tǒng)設(shè)計(jì)中， 在 AD的選擇上 我采用內(nèi)部的 ADC12 經(jīng)行 AD轉(zhuǎn)換，用內(nèi)部的 FLASH模塊經(jīng)行數(shù)據(jù)緩存。在逐個(gè)的了解 MSP430 的各個(gè)功能， 當(dāng)對功能模塊掌握清楚之后在把模塊功能結(jié)合起來，經(jīng)行調(diào)試就變得簡單了。對與無線終端的接收處理部分，限于時(shí)間和能力有限，不能完成。 清華 大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 33 頁 共 51 頁 但 是畢業(yè)設(shè)計(jì)也暴露出自己專業(yè)基礎(chǔ)的很多不足之處。 在程序設(shè)計(jì)方面，通過查閱了關(guān)于 MSP430 應(yīng)用資 料，以及學(xué)習(xí) MSP430 的使用的相關(guān)視頻，再加上指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下，采用由模塊到系統(tǒng)的突破方法。終端機(jī)通過相關(guān)軟件進(jìn)行 數(shù) 據(jù)分析，以了解所接收信號的性質(zhì)。 //允許中斷 } Delay(8000)。主程序控制整個(gè)系統(tǒng)，控制和協(xié)調(diào)各個(gè)執(zhí)行模塊。在塊傳輸或者重復(fù)塊傳輸過程中， DMAxSA， DMAxDA， DMAxSZ 寄存器的值寫入到對應(yīng)的臨時(shí)寄存器中， DMAxSA， DMAxDA寄存器所對應(yīng)的臨時(shí)值在塊傳輸過程中增加或者減少，而 DMAxSZ 在塊傳輸過程中減計(jì)數(shù)，始終反映當(dāng)前數(shù)據(jù)塊還有多少單元沒有傳輸完畢，當(dāng) DMAxSZ 減為 0，它所對應(yīng)的臨時(shí)寄存器將原來的值重 新置入 DMAxSZ，同時(shí)相應(yīng)的 DMAIFG被置位。傳輸之前DMAxSZ 寄存器的值寫入到一個(gè)臨時(shí)的寄存器中，每次操作之后 DMAxSZ 做減操作。 DMA有六種傳輸模式： 單字或者單字節(jié)傳輸；塊傳輸；突發(fā)塊傳輸；重復(fù)單字或者單字節(jié)傳輸；重復(fù)塊傳輸；重復(fù)突發(fā)塊傳輸。當(dāng)字到字節(jié)傳輸時(shí)，只有字中較低字節(jié)能夠傳輸，當(dāng)從字節(jié)到字傳輸時(shí)，傳輸?shù)阶值牡妥止?jié)，高字節(jié)被自動清零；四種傳輸尋址模式：固定地址到固定地址、固定地址到塊地址、塊地址到固定地址以及塊地址到塊地址；觸發(fā)方式靈活：邊沿或者電平觸發(fā)。這種方式通常用來傳送數(shù)據(jù)塊。 5. 轉(zhuǎn)換結(jié)果緩存 ADC112共有 12個(gè)轉(zhuǎn)換通道，設(shè)置了 16個(gè)轉(zhuǎn)換存儲器，用于暫存轉(zhuǎn)換結(jié)果，合理設(shè)置后， ADC12硬件會自動將轉(zhuǎn)換結(jié)果存放到相應(yīng) 的 ADC12MEM寄存器中。 清華 大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 19 頁 共 51 頁 □ 轉(zhuǎn)換啟動的軟件 ,Timer_A,或 Timer_B □ 軟件可選片上參考電壓一代 ( V或 V) □ 軟件可選的內(nèi)部或外部引用 □ 八個(gè)單獨(dú)配置外部輸入通道 (12個(gè) MSP430FG43x和 MSP430FG461x設(shè)備 ) □ 轉(zhuǎn)換頻道為內(nèi)部溫度傳感器 ,AVCC,和外部引用 □ 獨(dú)立 channelselectable參考來源為 正 和 負(fù) 引用 □ 選擇轉(zhuǎn)換時(shí)鐘源 ,重復(fù)單次 轉(zhuǎn)換 、順序及 重復(fù) 序 列 ADC12的功能模塊； 1. 參考電壓發(fā)生器； AD都需要一個(gè)基準(zhǔn)信號，通常 為電壓基準(zhǔn)。 所用引腳如圖，其他采用懸空處理 [16]。 SPI指令設(shè)置： CSN為低后 SPI接口等待執(zhí)行指令，每條指令的執(zhí)行都必須通過一次 CSN由高到低的變化。考慮到 實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù) ,選擇 nRF24L01芯片作為無線傳輸芯片 [14,15]。當(dāng)這一腳不用時(shí)，將它接地或接 VCC MAX708 /PF0電壓失敗輸出端。 復(fù)位信號可由 VCC電壓 、 手動復(fù)位輸入 、 或由獨(dú)立的比較器觸發(fā) 。 電源管理電路 電路設(shè)計(jì) 因?yàn)?MSP430FG4618 單片機(jī)工作電壓為直流 ，且底層電路功耗很小。 SPI 串口速率在通信協(xié)議和器件配置時(shí)已確定 [6～ 10]。由于采用的 MSP430 單片機(jī)，其以低功耗，體積小，功能模塊強(qiáng)而突出，使得本通信系統(tǒng)低功耗，減小了對于電源 的成本，更多的模塊功 能使得對于系統(tǒng)的升級應(yīng)用提供了很大的方便。 5． 設(shè)備維護(hù)上更容易實(shí)現(xiàn) 有線通訊鏈路的維護(hù)需沿線路檢查，出現(xiàn)故障時(shí)，一般很難及時(shí)找出故障點(diǎn)，而采用無線數(shù)傳模塊建立專用無線數(shù)據(jù)傳輸方式只需維護(hù)數(shù)傳模塊，出現(xiàn)故障時(shí)則能快速找出原因，恢復(fù)線路正常運(yùn)行 [3]?；诒痉矫娴膽?yīng)用要求，應(yīng)用 MSP430 單片機(jī)進(jìn)行控制與 NRF24L01 無線傳輸可以實(shí)現(xiàn)此目的 [1,4]。如今家用電器上 基本都有采用單片機(jī)控制，從電飯煲、洗衣機(jī)、電冰箱、空 調(diào)、彩電、其他音箱視頻器材、再到電子天平設(shè)備，可謂五花八門，無所不在 [3]。另外在通信中常常需要傳輸?shù)?信號本身是低頻率的信號，但為了能夠依照頻率的劃分來區(qū)分各種信號，需要對信號進(jìn)行調(diào)制，把低頻信號通過一定的調(diào)制信號附著在特定的頻率上再發(fā)送到空間中，以避免造成信號間的無序干擾 [1]。 該系統(tǒng)所用到的無線收發(fā)系統(tǒng)采用 NRF24L01 與集成芯片 NETUSB2401L 構(gòu)成 ，利用單片機(jī)的 內(nèi)部ADC12 進(jìn)行模擬信號與數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換 ,應(yīng)用把轉(zhuǎn)換的結(jié)果 內(nèi)部 DMA 暫時(shí)存儲在 FLASH，