【正文】 30微控制器能達(dá)到最高的代碼效率；靈活的時(shí)鐘源可以使器件達(dá)到最低的功率消耗；數(shù)字控制的振蕩器（ DOC）可是器件從 低功耗模式迅速喚醒，在少于 6μ s的時(shí)間內(nèi)激活到跳躍的工作方式。溫度傳感器終端節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)溫度數(shù)據(jù)的采集，同時(shí)實(shí)現(xiàn)溫度數(shù)據(jù)的顯示和無(wú)線發(fā)送。 ?強(qiáng)大的處理能力 MSP430 系列單片機(jī)，為 16 為 RISC 結(jié)構(gòu)，具有豐富的尋址方式（ 7 中源操作數(shù)尋址、 4種目的操作數(shù)尋址）、簡(jiǎn)潔的 27 條內(nèi)核指令以及大量的模擬指令；大量的寄存器以及片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器都可參加多種運(yùn)算；還有高效的查表處理方法；有較高的處理速度，在 8MHZ晶體驅(qū)動(dòng)下，指令周期為 125μ s。 ?系統(tǒng)工作穩(wěn)定 上電復(fù)位后，首先由 DCOCLK啟動(dòng) CPU，以保證程序從正確的位置開始執(zhí)行，基于 eZ430RF2500 的無(wú)線溫度傳感器的設(shè)計(jì) 2 保證晶體振蕩器有足夠的起振及穩(wěn)定時(shí)間。如果晶體振蕩器在用作 CPU 時(shí)鐘 MCLK 時(shí)發(fā)生故障， DCO會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)，以保證系統(tǒng)正常工作；如果程序跑飛，可用看門狗將其復(fù)位。他們風(fēng)別是以下一些外圍模塊的不同組合： 看門狗（ WDT） 定時(shí)器 A（ TimerA） 定時(shí)器 B（ TimerB） 比較器 串口 0、 1（ USART0、 1） 硬件乘法器 液晶驅(qū)動(dòng)器 10位 /12位 ADC 14 位 ADC 端口 0（ P0） 端口 16（ P1_P6） 基本定時(shí)器（ Basic Timer） 以上外圍模塊再加上多種存儲(chǔ)器方式就構(gòu)成了不同型號(hào)的器件。 MSP430 系列單片機(jī)的這些片 內(nèi)外設(shè)為系統(tǒng)的單片解決方案提供了極大的方便。這些器件的開發(fā)手段不同。這種方式只需一臺(tái) PC 機(jī)和一個(gè) JTAG調(diào)試器，而不需要仿真器和編程器。 2． 3 MSP430F2274的介紹 MSP430F2274 單片機(jī)是由 TI 公司生產(chǎn)一種 16 位的單片機(jī)，綜合比較，本設(shè)計(jì)將采用之。除此 ,其還具有非常強(qiáng)的處理能力 ,非常適合一些對(duì)處理要 求比較高的嵌入式系統(tǒng)。 基于 eZ430RF2500 的無(wú)線溫度傳感器的設(shè)計(jì) 3 2． 3． 1 MSP430F2274 的 16位 CPU MSP430F2274 系列采用的是“馮 諾依曼”結(jié)構(gòu)， ROM 和 RAM 在同一地址空間，使用一組地址數(shù)據(jù)總線。他包括：一個(gè) 16 位的 ALU、 16 個(gè)寄存器和一個(gè)指令控制單元。程序流程通過程序計(jì)數(shù)器控制，而呈現(xiàn)執(zhí)行的現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)體現(xiàn)在 程序狀態(tài)字中那個(gè)。 1. 程序計(jì)數(shù)器 PC MSP430的指令根據(jù)其操作數(shù)的多少，其指令長(zhǎng)度分別為 2或 3字長(zhǎng)。其內(nèi)容在調(diào)試程序是，可通過寄存器窗口查看。堆棧指針 SP 總是指向堆棧的頂部。講數(shù)據(jù)從堆棧中彈出正好相反：先將數(shù)據(jù)從 SP 所指示的內(nèi)存單元取出， 再將 SP 的值加 有兩種情況：隱式與顯式。在用戶程序中那個(gè)也可對(duì) SP操作。 MSP430F2274 的狀態(tài)幾寸器為 16位，目前只用到前 9位，其結(jié)構(gòu)如下： 15～ 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 保留 V SCG1 SCG0 OscOff CPUOFF GIE N Z C 位 0 C 進(jìn)位標(biāo)志 當(dāng)運(yùn)算結(jié)果產(chǎn)生進(jìn)位時(shí)置位，否則復(fù)位。 位 2 N 負(fù)標(biāo)志 當(dāng)運(yùn)算結(jié)果為負(fù)時(shí)置位，否則復(fù)位。該位中斷復(fù)位， RETI指令置位，也可以用哪個(gè)指令改變。 位 5 OscOff 晶振控制位 置位使晶體振蕩器處于停止?fàn)顟B(tài)， CPU 從此狀態(tài)喚醒；只有在 GIE 置位的情況下，由外部中斷或NMI喚 醒。 位 7 SCG1 此位與位 6一起控制系統(tǒng)時(shí)鐘發(fā)生器的 4中活動(dòng)狀態(tài)。 CG1和 CG2 在 16 個(gè)寄存器中 R2 和 R3 位常數(shù)發(fā)生器，利用 CPU 的 27 調(diào)內(nèi)核指令配合常數(shù)發(fā)生器可以生成一些見解高效的模擬指令。 寄存器 As 常數(shù) 說(shuō)明 R2 R2 R2 R2 R3 R3 R3 R3 00 01 10 11 00 01 10 11 (0) 00004H 00008H 0000H 00001H 0002H 0FFFFH 寄存器模式 絕對(duì)尋址模式 +4，位處理 +8，位處理 0， 字處理 +1 +2，位處理 1，字處理 表 CG1和 CG2 可以產(chǎn)生的常數(shù) R4～ R15為通用工作寄存器。 MSP430F2274 指令的尋址方式包括立即尋址、索引尋址和絕對(duì)尋址。源操作數(shù)和目的操作數(shù)的指令集需占用代碼存儲(chǔ)器中的 1～ 3 個(gè)字。存儲(chǔ)空間的組織又分大模式和小模式。小模式時(shí)采用線性尋址空間；大模式時(shí) 代碼可訪問 16個(gè) 64KB 的代碼段，數(shù)據(jù)可訪問的地址空間為16個(gè) 64KB的頁(yè)，即為分段分頁(yè)方式。現(xiàn)在只討論 64KB基于 eZ430RF2500 的無(wú)線溫度傳感器的設(shè)計(jì) 5 存儲(chǔ)空間的使用情況。 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 RAM MSP430F2274 的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器位于存儲(chǔ)器地址 空間的 0200H 以上，這些存儲(chǔ)器一般用做數(shù)據(jù)的保存與堆棧，同時(shí)也是數(shù)據(jù)運(yùn)算的場(chǎng)所，在特殊場(chǎng)合還可以用作程序存儲(chǔ)器。但用做程序存儲(chǔ)器時(shí)只能字操作。 MSP430F2274 為 FLASH型的器件，它還有信息存儲(chǔ)區(qū)，也可以當(dāng)做數(shù)據(jù) RAM使用，同時(shí)它是 FLASH型，掉電后數(shù)據(jù)部丟失，可以保存重要參數(shù)。程序代碼必須偶地址尋址。中斷向量區(qū)用來(lái)說(shuō)明相應(yīng)中斷的中斷服務(wù)程序首地址。但他們都可訪問整個(gè)地址空間，由 AS 和 AD模式位的內(nèi)容確定，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。只需極少外部元器件，性能穩(wěn)定且功耗極低。 自 動(dòng) 消 除 通 道 評(píng) 價(jià) 功 能 (CCA) 使 其 更 適 用 于 載 波 偵 聽(ListenBeforeTalk,LB T)系統(tǒng)。可通過掃描 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，因此適合開發(fā)小型 產(chǎn)品。 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。 4)低電流消耗 (RX: ).高靈敏度 (98dBm)。 6)抗干擾能力強(qiáng) : 7)采用低壓供電 ( ) 。 9)開發(fā)工具齊全，提供開發(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。兩路信號(hào)經(jīng)過濾波和放大后，直接通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (Analog to Digital Converter, ADC)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。 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 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 。 CC2500 發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，使用直接正交上變頻。 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。 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)。 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。 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)。 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。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。 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。 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)。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。 低速率的無(wú)限個(gè)局域網(wǎng)允許使用超幀結(jié)構(gòu)。每個(gè)超幀之間由網(wǎng)絡(luò)信標(biāo)分隔。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)聽多址接入／沖突避免 (CSMA／ CA)機(jī)制。 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。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。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。 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。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。 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。 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。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。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)。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)。 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。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)。 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。 IEEE802． 15． 4 MAC 子層實(shí)現(xiàn)包括設(shè)備間