【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 比，他能夠直接讀出被測(cè)溫度并且可根據(jù)實(shí)際要求通過(guò)簡(jiǎn)單的編程實(shí)現(xiàn) 9~12 位的數(shù)字值讀數(shù)方式?？梢苑謩e在 ms 和 750 ms 內(nèi)完成 9 位和 12 位的數(shù)字量，并且從 DS18B20 讀出的信息或?qū)懭?DS18B20 的信息僅需要一根口線 （ 單線界面 ） 讀寫(xiě) ,溫度變換功率來(lái)源于數(shù)據(jù)總線，總線本身也可以向所掛接的 DS18B20 供電，而無(wú)需額外電源。因而使用 DS18B20 可使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更趨簡(jiǎn)單，可靠性更高。他在測(cè)溫精度、轉(zhuǎn)換時(shí)間、傳輸距離、分辨率等方面較 DS1820 有了很大的改進(jìn)，給用戶(hù)帶來(lái)了更方便的使用和更令人滿(mǎn)意的效果。 濕度傳感器的選擇：本設(shè)計(jì)采用的濕度傳感器是由 TLC555 及外圍器件產(chǎn)生的可計(jì)數(shù)方波以及 HS1101濕度傳感器組成的濕 度測(cè)量電路基于獨(dú)特工藝設(shè)計(jì)的電容元件，這些相對(duì)濕度傳感器可以大批量生產(chǎn)?？梢詰?yīng)用于辦公自動(dòng)化，車(chē)廂內(nèi)空氣質(zhì)量控制，家電，工業(yè)控制系統(tǒng)等。在需要濕度補(bǔ)償?shù)膱?chǎng)合他也可以得到很大的應(yīng)用。 與其他濕度傳感器相比 HS1101 具有 全互換性在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下不需校正；長(zhǎng)時(shí)間飽和下快速脫濕；可以自動(dòng)化焊接； 包括波峰焊或水浸； 高可靠性與長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定性；專(zhuān)利的固態(tài)聚合物結(jié)構(gòu)；可用于線性電壓或頻率輸出回爐；快速反應(yīng)時(shí)間。 本章小結(jié) 本章主要對(duì)系統(tǒng)總體方案進(jìn)行了選取，根據(jù)實(shí)際情況確定了具體部件。這其中包括實(shí)現(xiàn)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù) 和方法、 Zigbee 芯片的選用、溫濕度傳感器的選取等等。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 第 3 章 硬件設(shè)計(jì) 主控制器 芯片 CC2430 簡(jiǎn)介 CC2430 是一顆真正的系統(tǒng)芯片（ SoC） CMOS 解決方案。這種解決方案能夠提高性能并滿(mǎn)足以 ZigBee 為基礎(chǔ)的 波段應(yīng)用對(duì)低成本，低功耗的要求。它結(jié)合一個(gè)高性能 （直接序列擴(kuò)頻）射頻收發(fā)器核心和一顆工業(yè)級(jí)小巧高效的 8051 控制器。 CC2430 芯片延用了以往 CC2420 芯片的架構(gòu)，在單個(gè)芯片上整合了 ZigBee 射頻（ RF）前端、存儲(chǔ)器和微控制器。它使用 1 個(gè) 8 位 MCU（ 8051），具有 32/64/128KB可編程閃存和 8KB 的 RAM，還包含模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ ADC）、幾個(gè)定時(shí)器（ Timer）、AES128 協(xié)同處理器、看門(mén)狗定時(shí)（ Watchdog Timer）、 32kHz 晶振的休眠模式定時(shí)器、上電復(fù)位電路（ Power On Reset）、掉電檢測(cè)電（ Brown Out Detection）以及 21 個(gè)可編程 I/O 引腳。 CC2430 芯片的主要特點(diǎn)如下 （ 1） 高性能、低功耗的 8051 微控制器內(nèi)核； （ 2） 適應(yīng) 的 RF 收發(fā)器 ； （ 3） 極高的接收靈敏度和抗干擾性能； （ 4） 32/64/128KB 閃存； （ 5） 8 KBSRAM，具備在各種供電方式下的數(shù)據(jù)保持能力； （ 6） 強(qiáng)大的 DMA 功能； （ 7） 只需極少的外接元件； （ 8） 只需一個(gè)晶體，即可滿(mǎn)足組網(wǎng)需要；電流消耗小 ； （ 9） 掉電方式下，電流消耗只有 A，外部中斷或者實(shí)時(shí)鐘能喚醒系統(tǒng)； （ 10） 掛起方式下，電流消耗小于 A，外部中斷能喚醒系統(tǒng)； （ 11） 硬件支持避免沖突的載波偵聽(tīng)多路存取 （ CSMACA） ； （ 12） 電源電壓范圍寬 （ ～ V） ； （ 13） 支持?jǐn)?shù)字化的接收信號(hào)強(qiáng)度指示器 /鏈路質(zhì)量指示（ RssI/LQI）； （ 14） 具有 8 路輸入 8～ 14 位 ADC； （ 15） 2 個(gè)支持多種串行通信協(xié)議的 USART； 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 （ 16） 1 個(gè) IEEE 媒體存取控制（ MAC）定時(shí)器； （ 17） 1 個(gè)通用的 16 位和 2 個(gè) 8 位定時(shí)器； （ 18） 21 個(gè)通用 I/O 引腳，其中 2 個(gè)具有 20mA 的電流吸收或電流供給能力。 CC2430 芯片集成的 CPU 的主要特性 針對(duì)協(xié)議棧，網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用軟件的執(zhí)行對(duì) MCU 處理能力的要求， CC2430 包含一個(gè)增強(qiáng)型 工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 8 位 8051 微控制器內(nèi)核，運(yùn)行時(shí)鐘 32MHz。由于更快的執(zhí)行時(shí)間和通過(guò)除去被浪費(fèi)掉的總線狀態(tài)的方式，使得使用標(biāo)準(zhǔn) 8051 指令集的 CC2430 增強(qiáng)型8051 內(nèi)核具有 8 倍的標(biāo)準(zhǔn) 8051 內(nèi)核的性能。 CC2430 包含一個(gè) DMA 控制器。 8K 字節(jié)靜態(tài) RAM，其中的 4K 字節(jié)是超低功耗SRAM。 32k、 64k 或 128k 字節(jié)的片內(nèi) Flash 塊提供在電路可編程非易失性存儲(chǔ)器。 CC2430 集成了 4 個(gè)振蕩器用于系統(tǒng)時(shí)鐘和定時(shí)操作：一個(gè) 32MHz 晶體振蕩器，一個(gè) 16MHzRC振蕩器，一個(gè)可選的 振蕩器。 CC2430 也集成了用于用戶(hù)自定義應(yīng)用的外設(shè)。一個(gè) AES 協(xié)處理器被集成在CC2430，以支持 MAC 安全所需的（ 128 位關(guān)鍵字） AES 的運(yùn)行，以實(shí)現(xiàn)盡可能少的占用微控制器。 中斷控制器為總共 18 個(gè)中斷源提供服務(wù)，他們中的每個(gè)中斷都被賦予 4 個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)中的某一個(gè)。調(diào)試界面采用兩線串行界面，該界面被用于在電路調(diào)試和外部 Flash編程。 I/O 控制器的職責(zé)是 21 個(gè)一般 I/O 口的靈活分配和可靠控制。 CC2430 增 強(qiáng)型 8051 內(nèi)核使用標(biāo)準(zhǔn) 8051 指令集，具有 8 倍的標(biāo)準(zhǔn) 8051 內(nèi)核的性能。這是因?yàn)椋? （ 1）每個(gè)時(shí)鐘周期為一個(gè)機(jī)器周期而標(biāo)準(zhǔn) 8051 中是 12 個(gè)時(shí)鐘周期為一個(gè)機(jī)器周期。 （ 2）除去被浪費(fèi)掉的總線狀態(tài)的方式。 大部分單指令的執(zhí)行時(shí)間為 1 個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期。除了速度的提高， CC2430 增加內(nèi)核還增加了二個(gè)部分：另一個(gè)數(shù)據(jù)指針以及擴(kuò)展 18 個(gè)中斷源。 CC2430 的 8051 內(nèi)核的目標(biāo)代碼兼容標(biāo)準(zhǔn) 8051 的微處器。換句話說(shuō) ,CC2430 的8051 目標(biāo)碼與標(biāo)準(zhǔn) 8051 完全兼容，可以使用標(biāo)準(zhǔn) 8051 的匯編器和編 譯器進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)，所有的 CC2430 的 8051 指令在目標(biāo)碼和功能上與同類(lèi)的標(biāo)準(zhǔn)的 8051 產(chǎn)品完全等價(jià)。不管怎樣講，由于 CC2430 的 8051 內(nèi)核使用不同于標(biāo)準(zhǔn)的指令時(shí)鐘，所用的晶振也不盡相同，因此在編程時(shí)候與標(biāo)準(zhǔn)的 8051 代碼略有不同，也是因?yàn)橥庠O(shè)如定時(shí)器等不同于標(biāo)準(zhǔn)的 8051。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 I/O 端口線引腳功能 CC2430 有 21 個(gè)可編程的 I/O 口引腳， P0、 P1 口是完全的 8 位口， P2 口只有 5個(gè)可使用的位。通過(guò)軟件設(shè)定一組 SFR 寄存器的位和字節(jié)，可使這些引腳作為通常的I/O 口或作為連接 ADC、計(jì)時(shí)器或 USART 部件的外圍設(shè)備 I/O 口使用。 I/O 口有下面的關(guān)鍵特性： （ 1） 可設(shè)置為通常的 I/O 口，也可設(shè)置為外圍 I/O 口使用。 （ 2） 在輸入時(shí)有上拉和下拉能力。 （ 3） 全部 21 個(gè)數(shù)字 I/O 口引腳都具有回應(yīng)外部的中斷能力。如果需要外部設(shè)備，可對(duì) I/O 口引腳產(chǎn)生中斷，同時(shí)外部的中斷事件也能被用來(lái)喚醒休眠模式。 CC2430 的引腳如圖 所示，管腳功能表見(jiàn)表 所示。 DVDD120DVDD241DVDD37DVDD447DVDD542484645986543211112131415161718RESE_N10GND49AVDD635AVDD536AVDD437AVDD338AVDD239AVDD140AVDD1028AVDD929AVDD830AVDD731AVDD1127AVDD1225RF_P32TXRXW33RF_N3432K_24332K_14432M_12132M_219BASI122BASI22624RFG_IN23U1cc2430 圖 CC2430 的引腳圖 表 引腳功能表 管腳名稱(chēng) 管腳號(hào) 管腳功能 DVDD 7 為（ I/O）提供 ~ 壓 AVDD_SOC 20 為模擬電路連接 ~ AVDD_RRE 23 為模擬電路連接 ~ RREG_OUT 24 為 25， 27~31， 35~40 引腳端口提供 AVDD_IF1 25 為接收器、波段濾波器、模擬測(cè)試模塊提供 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 續(xù) 表 引腳功能表 AVDD_CHP 27 為環(huán)狀濾波器的第一部分電路和充電泵提供 VCO_GUARD 28 VCO 屏蔽電路的報(bào)警連接端口 AVDD_VCO 29 為 VCO 和 PLL 環(huán)濾波器最后 部分電路提供 AVDD_PRE 30 為預(yù)定標(biāo)器、 DIV2 和 LO 緩沖期提供 AVDD_RF1 31 為 LNA、前置偏置電路和 PA 提供 TXRX_SWITCH 33 為 PA 提供調(diào)整電壓 AVDD_SW 35 為 LNA/PA交換電路提供 AVDD_RF2 36 為接收和發(fā)射混頻器提供 AVDD_IF2 37 為低通濾波器和 VGA的最后部分電路提供 AVDD_ADC 38 為 ADC 和 DAC 的模擬電路部分提供 DVDD_ADC 39 為 ADC 的數(shù)字電路部分提供 AVDD_DGUARD 40 為隔離數(shù)字噪聲電路連接電壓 AVDD_DREG 41 向電壓調(diào)節(jié)器核心提供 ~ DCOUPL 42 提供 ,此電壓不為外部電路所使用 DVDD 47 為 I/O 端口提供 ~ RESET_N 10 復(fù)位引腳 ,低電平有效 XOSC_Q2 19 32MHz 的晶振引腳 2 XOSC_Q1 21 32MHz 的晶振引腳 1，或外部時(shí)鐘輸入引腳 RBIAS1 22 為參考 電流提供精確的偏置電阻 RBIAS2 26 提供精確電阻， 43kΩ， 177。 1% RF_P 32 在 RX 期間向 LNA 輸入正向射頻信號(hào)；在 TX 期間接收來(lái)自PA 的輸入正向射頻信號(hào) RF_N 34 在 RX 期間向 LNA 輸入負(fù)向射頻信號(hào)；在 TX 期間接收來(lái)自PA 的輸入負(fù)向射頻信號(hào)。 XOSC_Q2P2_3 43 的 端口 XOSC_Q1P2_4 44 的 端口 P1_2～ P1_7 1~6 I/O， 具有 4mA輸出驅(qū)動(dòng)能力 P1_0～ P1_1 8~9 I/O， 具有 20mA輸出驅(qū)動(dòng)能力 P0_0 ～ P0_7 11~18 I/O， 具有 4mA輸出驅(qū)動(dòng)能力 P2_4~P2_1 43~46 I/O， 具有 4mA輸出驅(qū)動(dòng)能力 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 復(fù)位 CC2430 有 3 個(gè)復(fù)位源： （ 1）強(qiáng)置輸入引腳 RESET_N 為低電平； （ 2）上電復(fù)位； （ 3）看門(mén)狗復(fù)位。 復(fù)位后的初始狀況如下： I/O 引腳設(shè)置為輸入、上拉狀態(tài)； CPU 的程序計(jì)數(shù)器設(shè)置為 0x0000，程序從這里開(kāi)始運(yùn)行；所有外部設(shè)備的寄存器初始化到它們的復(fù)位值；看門(mén)狗禁止。 存儲(chǔ)器 如表 存儲(chǔ)器功能表 。 表 存儲(chǔ)空間及功能表 存儲(chǔ)空間名稱(chēng) 存儲(chǔ)空間位數(shù) 功能及訪問(wèn)方式 代碼（ CODE） 16 位只讀存儲(chǔ)空間 用于程序存儲(chǔ) 數(shù)據(jù)（ DATA） 8 位可存取存儲(chǔ)空間 可以直接或間接被單個(gè)的 CPU 指令訪問(wèn)。該空間的低 128 字節(jié)可以直接或間接訪問(wèn)，而高 128字節(jié)只能夠間接訪問(wèn) 外 部 數(shù) 據(jù)（ XDATA） l6 位可存取存儲(chǔ)空間 通常需要 4～ 5 個(gè) CPU 指令周期訪問(wèn) 特殊功能寄存器（ SFR） 7 位可存取寄存器存儲(chǔ)空間 可以被單個(gè)的 CPU 指令訪問(wèn) 振蕩器和時(shí)鐘 CC2430 有一個(gè)內(nèi)部系統(tǒng)時(shí)鐘。該時(shí) 鐘的振蕩源既可以用 16MHz 高頻 RC 振蕩器，也可以采用 32MHz 晶體振蕩器。時(shí)鐘的控制可以由設(shè)置特殊功能寄存器的 CLKCON字節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)時(shí)鐘同時(shí)也可以提供給 8051 所有外部設(shè)備使用。 振蕩器可以選擇高精度的晶體振蕩器，也可以選擇低成本的 RC 振蕩器。注意，運(yùn)行 RF 收發(fā)器，必須使用高精度的懸體振蕩器。 無(wú)線模塊 一個(gè)基于 的 CC2430 無(wú)線收發(fā)模塊無(wú)線核心部分是一個(gè) CC2420 射頻收發(fā)器。 CC2430 的無(wú)線接收器是一個(gè)低中頻的接收器。接收到的射頻信號(hào)通過(guò)低噪聲放大器 放大而正交降頻轉(zhuǎn)換到中頻。在中頻 2MHz 中，當(dāng) ADC 模數(shù)轉(zhuǎn)換時(shí)，輸入 /正義調(diào)相信號(hào)被過(guò)濾和放大。 CC2430 的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)通過(guò)先進(jìn)先出（ FIFO）的方式來(lái)接收 128 位數(shù)據(jù)。使用先進(jìn)先出讀取數(shù)據(jù)需要通過(guò)特殊功能寄存器界面。存儲(chǔ)器與先進(jìn)先出緩沖區(qū)數(shù)據(jù)移動(dòng)使用 DMA 方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 CRC 校驗(yàn)使用硬件實(shí)現(xiàn)。