【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 定，這 7種方式分別是： 1. 寄存器尋址模式 2. 變址尋址模式 3. 符號(hào)模式 4. 絕對(duì)尋址模式 5. 間接尋址模式 6. 間接增量尋址模式 7. 立即尋址模式 2． 4 MSP430F2274的原理圖 圖 MSP430F2274 的引腳圖 基于 eZ430RF2500 的無(wú)線溫度傳感器的設(shè)計(jì) 6 圖 MSP430F2274的引腳出線圖 圖 MSP430F2274 的結(jié)構(gòu)框圖 圖 MSP430F2274 的結(jié)構(gòu)框圖 基于 eZ430RF2500 的無(wú)線溫度傳感器的設(shè)計(jì) 7 3 無(wú)線射頻芯片 CC2500 CC2500 芯片是 Chipcon 公司的第四代產(chǎn)品，工作頻率為 ，符合 規(guī)范。 CC2500 基于 Chipcon 公司的 SmartRF03 技術(shù)，以 ,no CMOS工藝制成。只需極少外部元器件，性能穩(wěn)定且功耗極低。 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)線鏈路的 質(zhì) 量 。 自 動(dòng) 消 除 通 道 評(píng) 價(jià) 功 能 (CCA) 使 其 更 適 用 于 載 波 偵 聽(tīng)(ListenBeforeTalk,LB T)系統(tǒng)。而且 CC2500。可通過(guò)掃描 RSS91尋找最佳工作通道 .CC2500 采用 4x4mm 20 引腳 QFP 封裝，由于外形小，而且需要的外部元件數(shù)量少，因此適合開(kāi)發(fā)小型 產(chǎn)品。 CC2500 的選擇性和敏感性質(zhì)數(shù)超過(guò)了 IEEE8 ，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)。 3． 1 CC2500的性能參數(shù) CC2500的主要性能參數(shù)如下所示 : 1)采用 QLP封裝，尺寸 為 4 X 4mm。 2)工作頻帶范圍 : 3)數(shù)據(jù)傳輸速率為 500kpbs。 4)低電流消耗 (RX: ).高靈敏度 (98dBm)。 5)所需外圍元件很少 。 6)抗干擾能力強(qiáng) : 7)采用低壓供電 ( ) 。 8)與微處理器的接口配置容易 (4總線 SPI接口 )。 9)開(kāi)發(fā)工具齊全，提供開(kāi)發(fā)套件 圖 CC2500的引腳接線圖 圖 CC2500 引腳圖 基于 eZ430RF2500 的無(wú)線溫度傳感器的設(shè)計(jì) 8 3． 2 CC2500的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 圖 32 是 CC2500 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。 CC2500 從天線接收到射頻信號(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。兩路信號(hào)經(jīng)過(guò)濾波和放大后，直接通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (Analog to Digital Converter, ADC)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。后續(xù)的處理，如自動(dòng)增益控制、最終信道選擇、解擴(kuò)以及字節(jié)同步等，都是以數(shù)字信號(hào)的形式處理。 當(dāng) CC2500 的 SFD 引腳為低電平時(shí)，表示接收到了物理幀的 SFD 字節(jié) .接收到的數(shù)據(jù)存放在 128 字節(jié)的接收 FIFO緩存區(qū)中，幀 的 CRC校驗(yàn)由硬件完成。 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。 CC2500 發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)幀的前導(dǎo)序列、幀的起始分隔符以及幀檢驗(yàn)序列由硬件產(chǎn)生 。接收數(shù)據(jù)時(shí)，這些部分只用于幀同步和 CRC校驗(yàn)，而不會(huì)保存到接收 FIFO緩存區(qū)。 CC2500 發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，使用直接正交上變頻?；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。 圖 32 CC2500 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖 基于 eZ430RF2500 的無(wú)線溫度傳感器的設(shè)計(jì) 9 4 ZigBee協(xié)議棧研究 本章介紹的是基于 IEEE802． 15． 4 的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn) ZigBee 協(xié)議棧，簡(jiǎn)單講解 ZigBee 的 MAC 以及 PHY 層 (即 IEEE802． 15． 4 定義 )，比較詳細(xì)地講解由ZigBee聯(lián)盟所定義的 ZigBee協(xié)議棧網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。 4． 1 ZigBee協(xié)議棧概述 ZigBee技術(shù)是一個(gè)具有統(tǒng)一技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的短距離無(wú) 線通信技術(shù)。 ZigBee協(xié)議棧由一組子層構(gòu)成，每層為其上層提供一組特定的服務(wù)：一個(gè)數(shù)據(jù)實(shí)體提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，一個(gè)管理實(shí)體提供全部其他服務(wù)。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。 圖 Zigbee體系結(jié)構(gòu)模型 ZigBee協(xié)議棧的 體系結(jié)構(gòu)如圖 3． 1所示。它是基于標(biāo)準(zhǔn)的開(kāi)放式系統(tǒng)互聯(lián)(OSI)模型，但僅對(duì)那些涉及 ZigBee的層予以定義。 IEEE802． 15． 42022標(biāo)準(zhǔn)定義了最下面的兩層：物理層 (PHY)和介質(zhì)接入控制子層 (MAC)。 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。 IEEE802． 15． 4在工業(yè)科學(xué)醫(yī)療 (ISM)領(lǐng)域，定義了兩個(gè)工作頻段： 2． 4GHz頻段和 868／ 915MHz 頻段。在 IEEE802． 15． 4 中，總共分配了 27個(gè)具有 3種速率的信道：在 2． 4GHz 頻段有 16 個(gè)速率為 250kb／ s 的信道；在 915MHz 頻段有l(wèi)O個(gè) 40kb／ s的信道；在 868MHz頻段有一個(gè) 20kb／ s的信道。這些信道的中心頻率按如下定義 (k 為信道數(shù) ) 基于 eZ430RF2500 的無(wú)線溫度傳感器的設(shè)計(jì) 10 一個(gè) IEEE802． 15． 4 可以根據(jù) ISM頻段、可 用性、擁擠狀況和數(shù)據(jù)速率在27 個(gè)信道中選擇一個(gè)工作信道。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。 來(lái)自 IEEE802． 15． 4 物理層協(xié)議數(shù)據(jù)單元 (PPDU)的二進(jìn)制數(shù)據(jù)被依次 (按字節(jié)從低到高 )組成 4 位二進(jìn)制數(shù)據(jù)符號(hào)，每種數(shù)據(jù)符號(hào) (對(duì)應(yīng) 16 狀態(tài)組中的一組 )被映射成 32 位偽噪聲碼片 (CHIP)，以便傳輸。然后這個(gè)連續(xù)的偽噪聲 CHIP序列被調(diào)制 (采用最小鍵控方式 )到載波上，即采用半正弦脈沖波形的偏移正交相移鍵控 (OOPSK)調(diào)制方式。 IEEE802． 15． 4MAC層提供兩種服務(wù)： MAC層數(shù)據(jù)服務(wù)和 MAC層管理服務(wù)。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)。IEEE802． 15． 4MAC 層的特征有信標(biāo)管理、信道接入機(jī)制、保證時(shí)隙 (GTS)管理、幀確認(rèn)、確認(rèn)幀傳輸、節(jié)點(diǎn)接入和分離。 ZigBee的網(wǎng)絡(luò)層主要用于 ZigBee網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)連接、數(shù)據(jù)管理以及網(wǎng)絡(luò)安全等，而應(yīng)用層主要用于對(duì) ZigBee技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用提供一些應(yīng)用框架模型等。 低速率的無(wú)限個(gè)局域網(wǎng)允許使用超幀結(jié)構(gòu)。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。每個(gè)超幀之間由網(wǎng)絡(luò)信標(biāo)分隔。信標(biāo)可用來(lái)使接入的設(shè)備同步，描述超幀結(jié)構(gòu)。任何想要在競(jìng)爭(zhēng)接入時(shí)段 (CAP)通信的設(shè)備都要使用有時(shí)隙的載波監(jiān)聽(tīng)多址接入／沖突避免 (CSMA／ CA)機(jī)制。所有的傳輸要在下一個(gè)信標(biāo)到來(lái)之前結(jié)束。 圖 超幀結(jié)構(gòu) 從圖 4． 2 可以看出，超幀結(jié)構(gòu)有活躍和非活躍兩部分。在非活躍部分，協(xié)調(diào)器將不與網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系，進(jìn)入低能模式。對(duì)于低延遲應(yīng)用或需要特殊帶寬的應(yīng)用來(lái)說(shuō)，網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器為它貢獻(xiàn)出超幀的活躍部分，這部分叫做 GTS。 GTS 由無(wú)競(jìng)爭(zhēng)時(shí)基于 eZ430RF2500 的無(wú)線溫度傳感器的設(shè)計(jì) 11 段 (CFP)組成，它總是緊跟著 CAP，在活躍的超幀尾部。網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器可以分配 7個(gè) GTS，每個(gè) GTS可以占用一個(gè)以上的時(shí)隙，而 CAP有充足的時(shí)間留給基于競(jìng)爭(zhēng)的接入網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備或想加入網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備。所有基于競(jìng)爭(zhēng)的傳輸都要在 CFP開(kāi)始前結(jié)束，同樣， GTS的傳輸也要確保在下個(gè) GTS 開(kāi)始前結(jié)束。 4． 2 ZigBee協(xié)議棧的體系結(jié)構(gòu)如圖 2． 1所示． IEEE802． 15． 4標(biāo)準(zhǔn)定義了最下面的兩層一一物理層 (PHY)和介質(zhì)接入控制子層 (MAC)，而 ZigBee 直接使用了IEEE802． 15． 4所定義的物理層和介質(zhì)接入控制子層來(lái)作為 ZigBee 的物理層和介質(zhì)接入控制子層。 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。因此， IEEE802． 15． 4 定義了兩個(gè)物理層標(biāo)準(zhǔn)，分別是 2． 4GHz 物理層和 868／ 915MHz 物理層。兩個(gè)物理層都基于直接序列擴(kuò)頻 (DSSS， Direct Sequence Spread Spectrum)技術(shù)，使用相同的物理層數(shù)據(jù)包格式，區(qū)別在于工作頻率、調(diào)制技術(shù)、擴(kuò)頻碼片長(zhǎng)度和傳輸速率的不同。 2． 4GHz 波段為全球統(tǒng)一、無(wú)須申請(qǐng)的 ISM 頻段，有助于 ZigBee 設(shè)備的推廣和生產(chǎn)成本的降低。 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。 868MHz 是歐洲附加的 ISM 頻段， 915MHz 是美國(guó)附加的 ISM 頻段，工作在這兩個(gè)頻段上的 ZigBee 設(shè)備避開(kāi)了來(lái)自 2． 4GHz 頻段中其他無(wú)線通信設(shè)備和家用電器的無(wú)線電干擾。 868MHz 上的傳輸速率為 20kb／ s， 915MHz 上的傳輸速率則是 40kb／ s。物理層提供兩個(gè)服務(wù)： PHY 數(shù)據(jù)服務(wù)和 PHY 管理服務(wù)， PHY 管理服務(wù)和物理層管理實(shí)體 (PLME)接口。 PHY數(shù)據(jù)服務(wù)：在物理無(wú)線信道上接收和發(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。在 2． 4GHz的物理層，數(shù)據(jù)傳輸速率為 250kb／ s，采用的是 16相位正交調(diào)制技術(shù) (OQPSK)：在 915MHz 的物理層，數(shù)據(jù)傳輸速率為 40kb／ s；采用的是帶有二進(jìn)制移相鍵控(BPSK)的直接序列擴(kuò)頻 (DSSS)技術(shù)；在 868MHz 的物理層，數(shù)據(jù)傳輸速率為 20kb／ s，采用的是帶有二進(jìn)制移相鍵控 (BPSK)的直接 序列擴(kuò)頻 (DSSS)技術(shù)。 物理層通過(guò)射頻固件和射頻硬件提供了一個(gè)從 MAC 層到物理層無(wú)線信道的接口。從圖 4． 4 可以看到，在物理層中存在數(shù)據(jù)服務(wù)接入點(diǎn)和物理層管理實(shí)體服務(wù)的接入點(diǎn)。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)。 基于 eZ430RF2500 的無(wú)線溫度傳感器的設(shè)計(jì) 12 圖 物理層參考模型 圖 4． 5給出了物理層數(shù)據(jù)包的格式。 ZigBee 物理層數(shù)據(jù)包由同步包頭、物理層包頭和物理層凈荷三部分組成。同步包頭由前同步碼 (前導(dǎo)碼 )和數(shù)據(jù)包 (幀 )分隔符組成，用于獲取符號(hào)同步、擴(kuò)頻碼同步和幀同步，也有助于粗略的頻率調(diào)整；物理層包頭指示凈荷部分的長(zhǎng)度，物理層凈荷部分含有 MAC層數(shù)據(jù)包，凈荷部分的最大長(zhǎng)度是 127字節(jié)。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。 4 字節(jié) 1 字節(jié) 1 字節(jié) 變量（ 127 字節(jié)） 前導(dǎo)碼 幀起始分隔符 幀長(zhǎng)度 （ 7bit） 預(yù)留位 （ 1bit） PSDU 同步頭 PHY 幀頭 PHY 凈載 圖 PHY 幀結(jié)構(gòu) 4． 2． 2 MAC(介質(zhì)接入控制子層 ) 在 IEEE802系列中， OSI參考模型的數(shù)據(jù)鏈路層又被分為 MAC和 LLC兩個(gè)子層。 MAC子層使用物理層提供的服務(wù)實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)幀傳輸，而 LLC子層在MAC 子層的基礎(chǔ)上，在設(shè)備之間提供面向連接 (關(guān)聯(lián) )和非連接 (取消關(guān)聯(lián) )的服務(wù)。 IEEE802． 15． 4 MAC 子層實(shí)現(xiàn)包括設(shè)備間 無(wú)線鏈路的建立、維護(hù)和斷開(kāi)，確認(rèn)模式的幀傳送與接收，信道接入與控制，幀校驗(yàn)與快速自動(dòng)請(qǐng)求重發(fā) (ARQ)，預(yù)留時(shí)隙管理以及廣播信息管理等。 MAC子層處理所有物理層無(wú)線信道的接入，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 (GT