【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 開(kāi)發(fā)板的通信是模擬 SPI 方式，接線如下：引腳配置：SIDTX(PB2) CSFSS(PB0)2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)10 SCKCLK(PB1)Freescale 的 MC13213 是第二代標(biāo)準(zhǔn) ZigBee 無(wú)線通信平臺(tái),在 9x9x1mm 71引腳 LGA 封裝中集成了低功耗的 RF 收發(fā)器和 8 位微控制器，MC13213器件具有 60KB 的閃存，MC1321x 解決方案能在簡(jiǎn)單的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接到完整的ZigBee 網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中用作無(wú)線連接，小占位面積封裝中的無(wú)線電收發(fā)器和微控制器的組合使它成為成本效益的解決方案，MC1321x 中的 RF 收發(fā)器工作在 ISM 頻段，和 標(biāo)準(zhǔn)兼容，收發(fā)器包括低噪音放大器 ,1mW 的 RF 輸出功率,帶 VCO 的功率放大器(PA),集成的發(fā)送/接收開(kāi)關(guān),板內(nèi)的電源穩(wěn)壓器以及完全的擴(kuò)展頻譜的編碼和譯碼，MC1321x 中的微控制器是基于 HCS08 系列微控制器單元(MCU),HCS08 A 版本,高達(dá) 60KB 的閃存和 4KB 的 RAM。MC13213 芯片主要性能? SIP 系統(tǒng)單封裝； ? 集成符合 ； ? 優(yōu)良的無(wú)線接收靈敏度（ 94dbm ）和強(qiáng)大的抗干擾性能； ? 40MHCSO8 內(nèi)核，60KB FLASH 及 4K RAM； ? RF 輸出功率 27dbm+4dbm，可通過(guò)軟件編程設(shè)置； ? 硬件支持 CSMA/CA 功能； ? 寬電壓范圍： ～ V； ? 集成 8 位鍵盤(pán)中斷 KBI 和 8 通道 10 位模數(shù)轉(zhuǎn)換 ADC，以及低壓檢測(cè) LVD； ? 片內(nèi)看門(mén)狗定時(shí)器 COP。與開(kāi)發(fā)板通信采用串行通信模式，接線如下：引腳配置：TTL/TPD2(U1RX) TTL/RPD3(U1TX)另一個(gè) ZIGBEE 無(wú)線模塊，采用與電腦 RS232 標(biāo)準(zhǔn)串口聯(lián)線，順舟科技提供一個(gè)底座，底座中使用了 SP3232 電平轉(zhuǎn)換器，方便與電腦的標(biāo)準(zhǔn)串口通信。主要由六個(gè)按鍵組成，與開(kāi)發(fā)板的六個(gè) GPIO 口相連，采用低電平觸發(fā)，在沒(méi)有銨下的時(shí)候處于高電平，接一個(gè) 10K 的電阻連接到 電源。與開(kāi)發(fā)板的接線如下：北京理工大學(xué)珠海學(xué)院 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)11引腳配置：K1PF1K2PF2K3PF3K4PF5K5PF6K6PF7 uC/OSII介紹　uC/OSII 簡(jiǎn)介u C / O S 是一種免費(fèi)公開(kāi)源代碼、結(jié)構(gòu)小巧、具有可剝奪實(shí)時(shí)內(nèi)核的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。μC/OSII 的前身是 μC/OS，最早出自于 1992 年美國(guó)嵌入式系統(tǒng)專家Jean 在《嵌入式系統(tǒng)編程》雜志的 5 月和 6 月刊上刊登的文章連載，并把 μC/OS 的源碼發(fā)布在該雜志的 B B S 上。μC/OS 和 μC/OSII 是專門(mén)為計(jì)算機(jī)的嵌入式應(yīng)用設(shè)計(jì)的， 絕大部分代碼是用 C 語(yǔ)言編寫(xiě)的。CPU 硬件相關(guān)部分是用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)的、總量約 200 行的匯編語(yǔ)言部分被壓縮到最低限度，為的是便于移植到任何一種其它的 CPU 上。用戶只要有標(biāo)準(zhǔn)的 ANSI 的 C 交叉編譯器，有匯編器、連接器等軟件工具，就可以將 μC/OSII 嵌人到開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品中。μC/OSII 具有執(zhí)行效率高、占用空間小、實(shí)時(shí)性能優(yōu)良和可擴(kuò)展性強(qiáng)等特點(diǎn)， 最小內(nèi)核可編譯至 2KB 。μC/OSII 已經(jīng)移植到了幾乎所有知名的 CPU 上。嚴(yán)格地說(shuō) uC/OSII 只是一個(gè)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)內(nèi)核，它僅僅包含了任務(wù)調(diào)度，任務(wù)管理，時(shí)間管理，內(nèi)存管理和任務(wù)間的通信和同步等基本功能。沒(méi)有提供輸入輸出管理，文件系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)等額外的服務(wù)。但由于 uC/OSII 良好的可擴(kuò)展性和源碼開(kāi)放，這些非必須的功能完全可以由用戶自己根據(jù)需要分別實(shí)現(xiàn)。uC/OSII 目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)一個(gè)基于優(yōu)先級(jí)調(diào)度的搶占式的實(shí)時(shí)內(nèi)核，并在這個(gè)內(nèi)核之上提供最基本的系統(tǒng)服務(wù)，如信號(hào)量，郵箱，消息隊(duì)列，內(nèi)存管理，中斷管理等。 uC/OSII任務(wù)管理　uC/OSII 中最多可以支持 64 個(gè)任務(wù)，分別對(duì)應(yīng)優(yōu)先級(jí) 0～63，其中 0 為最高優(yōu)先級(jí)。63 為最低級(jí)，系統(tǒng)保留了 4 個(gè)最高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)和 4 個(gè)最低優(yōu)先級(jí)的任務(wù)，所有用戶可以使用的任務(wù)數(shù)有 56 個(gè)。uC/OSII 提供了任務(wù)管理的各種函數(shù)調(diào)用，包括創(chuàng)建任務(wù)，刪除任務(wù)，改2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)12變?nèi)蝿?wù)的優(yōu)先級(jí)，任務(wù)掛起和恢復(fù)等。系統(tǒng)初始化時(shí)會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生兩個(gè)任務(wù)：一個(gè)是空閑任務(wù)，它的優(yōu)先級(jí)最低，改任務(wù)僅給一個(gè)整形變量做累加運(yùn)算；另一個(gè)是系統(tǒng)任務(wù)，它的優(yōu)先級(jí)為次低，改任務(wù)負(fù)責(zé)統(tǒng)計(jì)當(dāng)前 cpu 的利用率。 uC/OSII時(shí)間管理uC/OSII 的時(shí)間管理是通過(guò)定時(shí)中斷來(lái)實(shí)現(xiàn)的，該定時(shí)中斷一般為 10 毫秒或 100 毫秒發(fā)生一次，時(shí)間頻率取決于用戶對(duì)硬件系統(tǒng)的定時(shí)器編程來(lái)實(shí)現(xiàn)。中斷發(fā)生的時(shí)間間隔是固定不變的，該中斷也成為一個(gè)時(shí)鐘節(jié)拍。uC/OSII 要求用戶在定時(shí)中斷的服務(wù)程序中，調(diào)用系統(tǒng)提供的與時(shí)鐘節(jié)拍相關(guān)的系統(tǒng)函數(shù)，例如中斷級(jí)的任務(wù)切換函數(shù)，系統(tǒng)時(shí)間函數(shù)。 uC/OSII內(nèi)存管理在 ANSI C 中是使用 malloc 和 free 兩個(gè)函數(shù)來(lái)動(dòng)態(tài)分配和釋放內(nèi)存。但在嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)中，多次這樣的錯(cuò)作會(huì)導(dǎo)致內(nèi)存碎片，且由于內(nèi)存管理算法的原因，malloc 和 free 的執(zhí)行時(shí)間也是不確定。　　uC/OSII 中把連續(xù)的大快內(nèi)存按分區(qū)管理。每個(gè)分區(qū)中包含整數(shù)個(gè)大小相同的內(nèi)存塊，但不同分區(qū)之間的內(nèi)存快大小可以不同。用戶需要?jiǎng)討B(tài)分配內(nèi)存時(shí)，系統(tǒng)選擇一個(gè)適當(dāng)?shù)姆謪^(qū)，按塊來(lái)分配內(nèi)存。釋放內(nèi)存時(shí)將該塊放回它以前所屬的分區(qū)，這樣能有效解決碎片問(wèn)題，同時(shí)執(zhí)行時(shí)間也是固定的?！　∪蝿?wù)間通信與同步對(duì)一個(gè)多任務(wù)的操作系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，任務(wù)間的通信和同步是必不可少的。uC/OSII 中提供了 4 中同步對(duì)象，分別是信號(hào)量，郵箱，消息隊(duì)列和事件。所有這些同步對(duì)象都有創(chuàng)建，等待，發(fā)送，查詢的接口用于實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間的通信和同步。 uC/OSII任務(wù)調(diào)度uC/OSII 采用的是可剝奪型實(shí)時(shí)多任務(wù)內(nèi)核。可剝奪型的實(shí)時(shí)內(nèi)核在任何時(shí)候都運(yùn)行就緒了的最高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)。　　uC/OSII 的任務(wù)調(diào)度是完全基于任務(wù)優(yōu)先級(jí)的搶占式調(diào)度，也就是最高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)一旦處于就緒狀態(tài)，則立即搶占正在運(yùn)行的低優(yōu)先級(jí)任務(wù)的處理器資源。為了簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，uC/OSII 規(guī)定所有任務(wù)的優(yōu)先級(jí)不同，因?yàn)槿蝿?wù)的優(yōu)先級(jí)也同時(shí)唯一標(biāo)志了該任務(wù)本身。任務(wù)調(diào)度將在以下情況下發(fā)生：　　a） 高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)因?yàn)樾枰撤N臨界資源，主動(dòng)請(qǐng)求掛起，讓出處理器，此時(shí)將調(diào)度就緒狀態(tài)的低優(yōu)先級(jí)任務(wù)獲得執(zhí)行，這種調(diào)度也稱為任務(wù)級(jí)的上下文切換。　　b） 高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)因?yàn)闀r(shí)鐘節(jié)拍到來(lái)，在時(shí)鐘中斷的處理程序中，內(nèi)核發(fā)北京理工大學(xué)珠海學(xué)院 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)13現(xiàn)高優(yōu)先級(jí)任務(wù)獲得了執(zhí)行條件(如休眠的時(shí)鐘到時(shí))，則在中斷態(tài)直接切換到高優(yōu)先級(jí)任務(wù)執(zhí)行。這種調(diào)度也稱為中斷級(jí)的上下文切換?！　∵@兩種調(diào)度方式在 uC/OSII 的執(zhí)行過(guò)程中非常普遍，一般來(lái)說(shuō)前者發(fā)生在系統(tǒng)服務(wù)中，后者發(fā)生在時(shí)鐘中斷的服務(wù)程序中?！　≌{(diào)度工作的內(nèi)容可以分為兩部分：最高優(yōu)先級(jí)任務(wù)的尋找和任務(wù)切換。其最高優(yōu)先級(jí)任務(wù)的尋找是通過(guò)建立就緒任務(wù)表來(lái)實(shí)現(xiàn)的。u C / O S 中的每一個(gè)任務(wù)都有獨(dú)立的堆?？臻g，并有一個(gè)稱為任務(wù)控制塊 TCB(Task Control Block)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，其中第一個(gè)成員變量就是保存的任務(wù)堆棧指針。任務(wù)調(diào)度模塊首先用變量 OSTCBHighRdy 記錄當(dāng)前最高級(jí)就緒任務(wù)的 TCB 地址，然后調(diào)用OS_TASK_SW()函數(shù)來(lái)進(jìn)行任務(wù)切換。μC/OSII 的組成部分:　　μC/OSII 可以大致分成核心、任務(wù)處理、時(shí)間處理、任務(wù)同步與通信，CPU 的移植等 5 個(gè)部分。　　a) 核心部分()　　是操作系統(tǒng)的處理核心，包括操作系統(tǒng)初始化、操作系統(tǒng)運(yùn)行、中斷進(jìn)出的前導(dǎo)、時(shí)鐘節(jié)拍、任務(wù)調(diào)度、事件處理等多部分。能夠維持系統(tǒng)基本工作的部分都在這里?！　) 任務(wù)處理部分()　　任務(wù)處理部分中的內(nèi)容都是與任務(wù)的操作密切相關(guān)的。包括任務(wù)的建立、刪除、掛起、恢復(fù)等等。因?yàn)?μC/OSII 是以任務(wù)為基本單位調(diào)度的，所以這部分內(nèi)容也相當(dāng)重要?！　) 時(shí)鐘部分()　　μC/OSII 中的最小時(shí)鐘單位是 timetick（時(shí)鐘節(jié)拍） 。任務(wù)延時(shí)等操作是在這里完成的?！　) 任務(wù)同步和通信部分　　為事件處理部分，包括信號(hào)量、郵箱、郵箱隊(duì)列、事件標(biāo)志等部分；主要用于任務(wù)間的互相聯(lián)系和對(duì)臨界資源的訪問(wèn)?！　) 與 CPU 的接口部分　　是指 μC/OSII 針對(duì)所使用的 CPU 的移植部分。由于 μC/OSII 是一個(gè)通用性的操作系統(tǒng)，所以對(duì)于關(guān)鍵問(wèn)題上的實(shí)現(xiàn)，還是需要根據(jù)具體 CPU 的具體內(nèi)容和要求作相應(yīng)的移植。這部分內(nèi)容由于牽涉到 SP 等系統(tǒng)指針，所以通常用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)。主要包括中斷級(jí)任務(wù)切換的底層實(shí)現(xiàn)、任務(wù)級(jí)任務(wù)切換的底層實(shí)現(xiàn)、時(shí)鐘節(jié)拍的產(chǎn)生和處理、中斷的相關(guān)處理部分等內(nèi)容。 ZIGBEE協(xié)議簡(jiǎn)介2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)14ZigBee是近年來(lái)發(fā)展迅速的基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的近距離、低功耗、低成本、低復(fù)雜度的無(wú)線通信技術(shù)。協(xié)議定義了兩種類型的設(shè)備一全功能設(shè)備(FFD)，精減指令設(shè)備(RFD)。全功能設(shè)備可作為網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)器，路由器，實(shí)現(xiàn)FFD功能需要足夠的計(jì)算能力和存儲(chǔ)能力。RFD設(shè)備功能簡(jiǎn)單，由單片機(jī)就能完成，F(xiàn)FD設(shè)備之間可以相互通信，RFD設(shè)備只能與FFD設(shè)備通信。協(xié)議的這種可裁剪能力極大的降低了組建系統(tǒng)的成本，在很多行業(yè)獲得了廣泛的應(yīng)用。 ZigBee, 在中國(guó)被譯為紫蜂,.　　 用于傳感控制應(yīng)用(sensor and control).此想法在 IEEE 工作組中提出,于是成立了 TG4 工作組,并制定規(guī)范 IEEE .　　2021 年,ZigBee Alliance 成立.　　2021 年,ZigBee ZigBee ,存在一些錯(cuò)誤.　　2021 年,推出 ZigBee 2021,比較完善.　　2021 年底,ZigBee PRO 推出　　ZigBee 的底層技術(shù)基于 IEEE .　　物理層和 MAC 層直接引用了 IEEE 　　在藍(lán)牙技術(shù)的使用過(guò)程中，人們發(fā)現(xiàn)藍(lán)牙技術(shù)盡管有許多優(yōu)點(diǎn)，但仍存在許多缺陷。對(duì)工業(yè)，家庭自動(dòng)化控制和工業(yè)遙測(cè)遙控領(lǐng)域而言，藍(lán)牙技術(shù)顯得太復(fù)雜，功耗大，距離近，組網(wǎng)規(guī)模太小等，而工業(yè)自動(dòng)化，對(duì)無(wú)線數(shù)據(jù)通信的需求越來(lái)越強(qiáng)烈，而且，對(duì)于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，這種無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸必須是高可靠的，并能抵抗工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的各種電磁干擾。因此，經(jīng)過(guò)人們長(zhǎng)期努力， ZigBee 協(xié)議在2021 年正式問(wèn)世。另外，ZigBee 使用了在它之前所研究過(guò)的面向家庭網(wǎng)絡(luò)的通信協(xié)議 Home RF Lite。　　長(zhǎng)期以來(lái)，低價(jià)、低傳輸率、短距離、低功率的無(wú)線通訊市場(chǎng)一直存在著。自從 Bluetooth 出現(xiàn)以后，曾讓工業(yè)控制、家用自動(dòng)控制、玩具制造商等業(yè)者雀躍不已，但是 Bluetooth 的售價(jià)一直居高不下，嚴(yán)重影響了這些廠商的使用意愿。如今，這些業(yè)者都參加了 小組，負(fù)責(zé)制定 ZigBee 的物理北京理工大學(xué)珠海學(xué)院 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)15層和媒體介入控制層。 規(guī)范是一種經(jīng)濟(jì)、高效、低數(shù)據(jù)速率（250kbps）、工作在 和 868/928MHz 的無(wú)線技術(shù)，用于個(gè)人區(qū)域網(wǎng)和對(duì)等網(wǎng)絡(luò)。它是 ZigBee 應(yīng)用屋和網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議的基礎(chǔ)。ZigBee 是一種新興的近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，它是一種介于無(wú)線標(biāo)記技術(shù)和藍(lán)牙之間的技術(shù)提案。主要用于近距離無(wú)線連接。它依據(jù) 標(biāo)準(zhǔn)，在數(shù)千個(gè)微小的傳感器之間相互協(xié)調(diào)實(shí)現(xiàn)通信。這些傳感器只需要很少的能量，以接力的方式通過(guò)無(wú)線電波將數(shù)據(jù)從一個(gè)傳感器傳到另一個(gè)傳感器，所以它們的通信效率非常高。　?、俚凸?。在低耗電待機(jī)模式下,2 節(jié) 5 號(hào)干電池可支持 1 個(gè)節(jié)點(diǎn)工作6～24 個(gè)月,甚至更長(zhǎng)。這是 ZigBee 的突出優(yōu)勢(shì)。相比較, 藍(lán)牙能工作數(shù)周、WiFi 可工作數(shù)小時(shí)?！　‖F(xiàn)在，TI 公司和德國(guó)的 Micropelt 公司共同推出新能源的 ZigBee 節(jié)點(diǎn)。該節(jié)點(diǎn)采用 Micropelt 公司的熱電發(fā)電機(jī)給 TI 公司的 ZigBee 提供電源?！　、诘统杀尽Ｍㄟ^(guò)大幅簡(jiǎn)化協(xié)議(不到藍(lán)牙的 1/10) ,降低了對(duì)通信控制器的要求,按預(yù)測(cè)分析,以 8051 的 8 位微控制器測(cè)算,全功能的主節(jié)點(diǎn)需要 32KB 代碼,子功能節(jié)點(diǎn)少至 4KB 代碼,而且 ZigBee 免協(xié)議專利費(fèi)。每塊芯片的價(jià)格大約為 2 美元?！　、?低速率。ZigBee 工作在 20～250 kbps 的較低速率,分別提供 250 kbps()、40kbps (915 MHz)和 20kbps(868 MHz) 的原始數(shù)據(jù)吞吐率,滿足低速率傳輸數(shù)據(jù)的應(yīng)用需求?！　、芙嚯x。傳輸范圍一般介于 10～100 m 之間,在增加 RF 發(fā)射功率后,亦可增加到 1～3 km。這指的是相鄰節(jié)點(diǎn)間的距離。如果通過(guò)路由和節(jié)點(diǎn)間通信的接力,傳輸距離將可以更遠(yuǎn)?！　、荻虝r(shí)延。ZigBee 的響應(yīng)速度較快,一般從睡眠轉(zhuǎn)入工作狀態(tài)只需 15 ms ,節(jié)點(diǎn)連接進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)只需 30 ms ,進(jìn)一步節(jié)省了電能。相比較,藍(lán)牙需要 3～10 s、WiFi 需要 3 s。　?、薷呷萘?。ZigBe