畢業(yè)設(shè)計(jì)-無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2025-01-08 18:45 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 8051 微控制器核。 2） 集成符合 標(biāo)準(zhǔn)的 GHz 的 RF 無(wú)線(xiàn)電收發(fā)機(jī)。 3） 優(yōu)良的無(wú)線(xiàn)接收靈敏度和強(qiáng)大的抗干擾性。 4） 在休眠模式時(shí)僅 ，外部的中斷或 RTC 能喚醒系統(tǒng)；在待機(jī)模式時(shí)少于 ，外部的中斷能喚醒 系統(tǒng)。 5） 硬件支持 CSMA／ CA 功能。 6） 較寬的電壓范圍 (～ V)。 7） 數(shù)字化的 RSSI/LQI 支持和強(qiáng)大的 DMA 功能。 8） 具有電池監(jiān)測(cè)和溫度感測(cè)功能。 9） 集成了 14 位模數(shù)轉(zhuǎn)換的 ADC。 10） 集成 AES 安全協(xié)處理器。 11） 帶有 2 個(gè)強(qiáng)大的支持幾組協(xié)議的 USART，以及 l 個(gè)符合 IEEE 規(guī)范的MAC 計(jì)時(shí)器， 1 個(gè)常規(guī)的 16 位計(jì)時(shí)器和 2 個(gè) 8 位計(jì)時(shí)器。 12） 強(qiáng)大和靈活的開(kāi)發(fā)工具。 CC2430 芯片的引腳功能 CC2430 芯片采用 7 mm7mm QLP 封裝 ，共有 48 個(gè)引腳。全部引腳可分為 I/O端口線(xiàn)引腳、電源線(xiàn)引腳和控制線(xiàn)引腳三類(lèi)，引腳圖如圖 4 所示。 大學(xué) 2021 屆學(xué)士畢業(yè)論文 無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì) 7 1） I/O 端口線(xiàn)引腳功能 CC2430 有 21 個(gè)可編程的 I/O 口引腳， P0、 P1 端口是全的 8 位的， P2 端口只有 5 個(gè)引腳。通過(guò)軟件配置相關(guān) SFR特殊功能寄存器，可使引腳作為通用輸入輸出引腳、片內(nèi)外設(shè)使用引腳或外部中斷使用引腳。 I/O 口關(guān)鍵特性如下： （ 1） 可設(shè)置為通用 I/O 口，也可設(shè)置為片內(nèi)外設(shè)使用的 I/O 口。 （ 2） 在輸入時(shí)，可設(shè)置為上拉、下拉或三態(tài)狀態(tài)。 （ 3） 全部 21 個(gè) I/O 引腳都具有響應(yīng)外部的中斷能力， 中斷可以用來(lái)喚醒休眠。 1～ 6 腳（ P1_2～ P1_7）：具有 4mA 輸出驅(qū)動(dòng)能力。 8， 9 腳（ P1_0， P1_1）：具有 20mA 的驅(qū)動(dòng)能力。 11～ 18 腳（ P0_0 ～ P0_7）：具有 4mA輸出驅(qū)動(dòng)能力。 43， 44， 45， 46， 48 腳（ P2_4， P2_3，P2_2， P2_1， P2_0）：具有 4mA 輸出驅(qū)動(dòng)能力。 圖 4 CC2430 引腳圖 2） 電源線(xiàn)引腳功能 7 腳（ DVDD） :為 I/O 提供 ～ 工作電壓。 20 腳（ AVDD_SOC） :為模擬電路連接 ～ 的電壓。 23 腳（ AVDD_RREG） :為模擬電路連接 ～ 的電壓。 24 腳（ RREG_OUT）：為 25， 27～ 31,35～ 40 引腳端口提供 的穩(wěn)定電壓。 25 腳 (AVDD_IF1 ):為接收器波段濾波器、模擬測(cè)試模塊和 VGA 的第一部分電路提供 V 電壓。 27 腳（ AVDD_CHP） :為環(huán)狀濾波器的第一部分電路和充電泵提供 電壓。 28 腳（ VCO_GUARD） :VCO 屏蔽電路的報(bào)警連接端口。 29 腳（ AVDD_VCO） :為 VCO 和 PLL 環(huán)濾波器最后部分電路提供 電壓。 30 腳（ AVDD_PRE） :為預(yù)定標(biāo)器、 Div2 和 LO 緩沖器提供 的電壓。 31 腳（ AVDD_RF1） :為 LNA、 前置偏置電路和 PA 提供 的電壓。 33 腳（ TXRX_SWITCH） :為 PA 提供調(diào)整電壓。 35 腳（ AVDD_SW） :為 LNA/PA 交換電路提供 電壓。 36 腳（ AVDD_RF2） :為接收和發(fā)射混頻器提供 電壓。 37 腳（ AVDD_IF2） :為低通濾波器和 VGA 的最后部分電路提供 電壓。 38 腳（ AVDD_ADC） :為 ADC 和 DAC 的模擬電路部分提供 電壓。 39 腳（ DVDD_ADC） :為 ADC 的數(shù)字電路部分提供 電壓。 40 腳（ AVDD_DGUARD） :為隔離數(shù)字噪聲電路連接電壓。 41 腳（ AVDD_DREG） :向電壓調(diào)節(jié)器核心提供 ～ 電壓。 42 腳（ DCOUPL） : 提供 V 的去耦電壓，此電壓不為外電路所使用。 47 腳（ DVDD） : 為 I/O 端口提供 ～ 的電壓。 大學(xué) 2021 屆學(xué)士畢業(yè)論文 無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì) 8 3） 控制線(xiàn)引腳功能 10 腳（ RESET_N） :復(fù)位引腳，低電平有效。 19 腳 （ XOSC_Q2） :32MHz 的晶振引腳 2。 21 腳（ XOSC_Q1） :32MHz 的晶振引腳 1，或外部時(shí)鐘輸入引腳。 22 腳（ RBIAS1） :為參考電流提供精確的偏置電阻。 26 腳（ RBIAS2） :提供精確電阻， 43 kΩ， 177。1%。 32 腳（ RF_P） :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)。 34 腳（ RF_N） :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)。 43 腳 (P2_4/XOSC_Q2): kHz XOSC 的 端口。 44 腳 (P2_3/XOSC_Q1): kHz XOSC 的 端口。 CC2430 芯片的典型應(yīng)用電路 CC2430 芯片需要很少的外圍部件配合就能實(shí)現(xiàn)信號(hào)的收發(fā)功能。圖 5 為CC2430 芯片的一種典型硬件應(yīng)用電路。 圖 5 CC2430 芯片的典型應(yīng)用電路 電路使用一個(gè)非平衡天線(xiàn)，連接非平衡變壓器可使天線(xiàn)性能更好。電路中的非平衡變壓器由電容 C341 和電感 L34 L32 L331 以及一個(gè) PCB 微波傳輸線(xiàn)組大學(xué) 2021 屆學(xué)士畢業(yè)論文 無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì) 9 成，整個(gè)結(jié)構(gòu)滿(mǎn)足 RF 輸入 /輸出匹配電阻 (50 Ω)的要求。內(nèi)部 T/R 交換電路完成LNA 和 PA 之 問(wèn)的交換。 R221 和 R261 為偏置電阻，電阻 R221 主要用來(lái)為 32 MHz的晶振提供一個(gè)合適的工作電流。用 1 個(gè) 32 MHz 的石英諧振器 (XTAL1)和 2 個(gè) 電容 (C191 和 C211)構(gòu) 成一個(gè) 32 MHz 的晶振電路。用 1 個(gè) kHz 的石英諧振器(XTAL2)和 2 個(gè)電容 (CA41 和 CA31)構(gòu)成一個(gè) kHz 的晶振電路。電壓調(diào)節(jié)器為所有要求 V電壓的引腳和內(nèi)部電源供電， C241 和 C421 電容是去耦合電容，用來(lái)電源濾波，以提高芯片工作的穩(wěn)定性 [5]。 ZigBee 技術(shù) ZigBee 是 IEEE 標(biāo)準(zhǔn)的擴(kuò)展集， IEEE 工 作組主要負(fù)責(zé)制 訂物理層及 MAC 層的協(xié)議， ZigBee 聯(lián)盟負(fù)責(zé)高層應(yīng)用、測(cè)試和市場(chǎng)推廣等工 作 ，定義了應(yīng)用層和安全方面的規(guī)范，使得來(lái)自不同廠商的設(shè)備可以相互 對(duì)話(huà)。 滿(mǎn)足國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織（ ISO）開(kāi)放系統(tǒng)互連（ OSI）參考模 型，其 MAC層單一，物理層多樣 。 ZigBee 協(xié)議架構(gòu) ZigBee 標(biāo)準(zhǔn)定義了一種堆棧協(xié)議，這種協(xié)議能夠確保無(wú)線(xiàn)設(shè)備在低成本 、低功耗和低數(shù)據(jù)速率網(wǎng)絡(luò)中的互操作性。在 標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上 ， ZigBee 定義了系統(tǒng)的高層，包括可采用的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、安全層、應(yīng)用會(huì)聚層和高 層應(yīng)用規(guī)范。ZigBee 設(shè)備應(yīng)該包括 （該標(biāo)準(zhǔn)定義了 RF 射頻以及 與相鄰設(shè)備之間的通信 ）的 物理（ PHY）層 和 媒質(zhì)接入控制（ MAC） 層，以及 ZigBee 堆棧層 ： 網(wǎng)絡(luò) （ NWK） 層、應(yīng)用層和安全服務(wù)提供層。其協(xié)議架構(gòu)如圖 6 所示。 ZigBee 聯(lián)盟 圖 6 ZigBee 協(xié)議棧架構(gòu) PHY層的特征是啟動(dòng)和關(guān)閉無(wú)線(xiàn)收發(fā)器，能量檢測(cè)、鏈路質(zhì)量、信道選擇、清除信道評(píng)估，以及通過(guò)物理媒體對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行發(fā)送和接收。 MAC層的
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