基于CC2530的無線數(shù)據(jù)傳輸模塊的設(shè)計(jì)畢業(yè)論文

基于CC2530的無線數(shù)據(jù)傳輸模塊的設(shè)計(jì)1本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）學(xué)院：電子與電氣工程學(xué)院專業(yè)：電子科學(xué)與技術(shù)學(xué)生：指導(dǎo)教師：完成日期2013年5月

基于CC2530的無線數(shù)據(jù)傳輸模塊的設(shè)計(jì)DesignofWirelessDataTransmissionModuleBasedonCC2530總計(jì)：35頁表格：4個(gè)插圖:：21幅

基于CC2530的無線數(shù)據(jù)傳輸模塊的設(shè)計(jì)[摘要]針對(duì)有線數(shù)據(jù)傳輸方式成本高、移動(dòng)性差等缺陷，在目前短距離無線通信技術(shù)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一套基于CC2530的數(shù)據(jù)無線傳輸模塊。模塊以構(gòu)建近距離、低功耗、高傳輸速率、低成本的無線通信網(wǎng)絡(luò)為標(biāo)準(zhǔn)，將ZigBee技術(shù)與數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)相結(jié)合。在硬件方面，根據(jù)模塊化的設(shè)計(jì)思路，完成了數(shù)據(jù)處理模塊、電源模塊、RS-232串口通信模塊、外接傳感器I/V轉(zhuǎn)換模塊和無線通信模塊的硬件設(shè)計(jì)，并預(yù)留處理器芯片的I/O引腳以供擴(kuò)展傳感器接口，滿足多種模擬數(shù)據(jù)處理的需求。在軟件方面，通過分析模塊實(shí)現(xiàn)的功能，規(guī)范模塊工作的方式，編寫出簡(jiǎn)捷的數(shù)據(jù)采集和無線通信等模塊功能程序。[關(guān)鍵詞]CC2530；模塊；無線傳輸；數(shù)據(jù)采集DesignofWirelessDataTransmissionModuleBasedonCC2530ElectronicScienceandTechnologySpecialtyXUXiang-liAbstract：Forthecabledatatransmissionwayhighcost,poormobilityofdefects,onthebasisoftheshortdistancewirelesscommunicationtechnology,designsandrealizesadatawirelesstransmissionmodulebasedonCC2530.Modulestobuildclosedistance,lowpowerconsumption,hightransmissionrate,lowcostofwirelesscommunicationnetwork,combinestheZigBeetechnologyanddatatransmissiontechnology.Intheaspectofhardware,accordingtothemodulardesignidea,completesthedataprocessingmodule,powermodule,RS-232serialinterfacecommunicationmodule,externalsensorI/Vconversionmoduleandthehardwaredesignofawirelesscommunicationmodule,andobligateprocessorchipI/Opinsforexpandedsensorinterfaces,meettheneedsofavarietyofsimulationdataprocessing.Intermsofsoftware,throughtheanalysisofthefunctionofmoduleimplements,standardmodulework,writeasimpledataacquisitionandwirelesscommunicationmodulefunctionssuchasprogram.keyword:CC2530;module;wirelesstransmission;datacollection目錄1引言 11.1設(shè)計(jì)的背景及意義 11.2無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 21.3無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)設(shè)計(jì)的必要性 32總體設(shè)計(jì) 42.1基于CC2530的無線數(shù)據(jù)傳輸模塊的功能分析 42.2無線傳輸模塊整體設(shè)計(jì)思想 43硬件電路設(shè)計(jì) 63.1設(shè)計(jì)模塊的基本功能 780\h63.2CC2530芯片介紹 63.2.1CC2530芯片引腳 73.2.2CC2530芯片功能介紹 73.2.3CC2530芯片模塊說明 83.2.4其他 83.3電源電路設(shè)計(jì) 9HYPERLINK\l"_Toc356569787"3.4晶體振蕩器電路設(shè)計(jì) 103.5復(fù)位電路設(shè)計(jì) 113.6仿真跳線模塊設(shè)計(jì) 123.7串口模塊設(shè)計(jì) 133.8外接模塊設(shè)計(jì) 153.9LED指示燈模塊設(shè)計(jì) 163.10RF天線電路設(shè)計(jì) 173.11硬件總體設(shè)計(jì) 174Zigbee技術(shù)概況和網(wǎng)路配置 184.1物理層（PHY） PAGEREF_Toc356569796\h184.2媒體訪問控制層（MAC）規(guī)范 204.3ZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)構(gòu)成 225相關(guān)仿真程序編寫 99\h235.1CC2530無線數(shù)據(jù)傳輸并顯示在液晶上 245.2CC2530一對(duì)多(多對(duì)一)無線數(shù)據(jù)傳輸 246無線模塊抗干擾分析和硬件調(diào)試 PAGEREF_Toc356569802\h256.1無線傳輸抗干擾分析 256.2無線數(shù)據(jù)傳輸模塊調(diào)試 25結(jié)束語 27參考文獻(xiàn) 28附錄 29致謝 351引言隨著微電子技術(shù)的不斷進(jìn)步極大地推動(dòng)了計(jì)算機(jī)和通信設(shè)備的普及迅猛發(fā)展，PC機(jī)、掌上（平板）電腦、智能手機(jī)、移動(dòng)電話、無繩電話等進(jìn)入了人們?nèi)粘：凸ぷ髦?，成為了人們生活中不可缺少的一部分。有線網(wǎng)絡(luò)速度快，數(shù)據(jù)流量大，可靠性強(qiáng)，對(duì)于基本固定的設(shè)備來說無疑是比較理想的選擇，的確在實(shí)際應(yīng)用中也達(dá)到了比較滿意的效果。例如布線麻煩、線路故障難以檢查等漸漸阻礙了有線網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。在現(xiàn)代追求快捷方便時(shí)尚的今天，人們不禁把目光轉(zhuǎn)向了無線通信方式，尤其是一些機(jī)動(dòng)性要求較強(qiáng)的或在人們不方便隨時(shí)到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)的條件下使用的設(shè)備。因此，一些典型的無線應(yīng)用產(chǎn)品順勢(shì)而生。但隨著各種網(wǎng)絡(luò)終端的出現(xiàn)、工業(yè)控制的自動(dòng)化和家庭的智能化的快速發(fā)展、各種便攜式個(gè)人通信設(shè)備和家用電器設(shè)備的增加，人們享受無線信息傳輸系統(tǒng)帶來的便利的同時(shí)，又同時(shí)針對(duì)發(fā)展的新的需求而不斷探索。1.1設(shè)計(jì)的背景及意義近年來，隨著我國計(jì)算機(jī)和通信網(wǎng)絡(luò)的普及，無線信息傳輸功能已經(jīng)成為人們?nèi)粘Ｉ詈凸ぷ髦胁豢扇鄙俚囊徊糠帧ＴO(shè)備與終端、移動(dòng)終端與基站之間交流需求使得信息傳送系統(tǒng)也獲得前所未有的發(fā)展。目前，在Intended網(wǎng)信息傳送方面主要有電信、網(wǎng)通、鐵通等有線信息傳輸；在移動(dòng)終端數(shù)據(jù)傳送方面有中國移動(dòng)、中國聯(lián)通、中國電信以及短距離的Wifi、遙控器、長(zhǎng)距離的3G網(wǎng)絡(luò)、4G網(wǎng)絡(luò)等；但大多數(shù)這些設(shè)備和使用終端間的信息傳送都是依靠有線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行的。有線網(wǎng)絡(luò)速度快，數(shù)據(jù)流量大，可靠性強(qiáng)，對(duì)于基本固定的設(shè)備來說無疑是比較理想的選擇，的確在實(shí)際應(yīng)用中也達(dá)到了比較滿意的效果。例如布線麻煩、線路故障難以檢查、設(shè)備重新布局就要重新布線、不能隨意移動(dòng)等這些有線網(wǎng)絡(luò)先天帶有的缺憾卻愈發(fā)地突出，漸漸阻礙了有線網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。在追求自由和便捷通信的今天，人們不禁把目光轉(zhuǎn)向了無線通信方式，尤其是一些機(jī)動(dòng)性要求較強(qiáng)的或在人們不方便隨時(shí)到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)的條件下使用的設(shè)備。因此，一些典型的無線應(yīng)用產(chǎn)品順勢(shì)而生。但隨著各種網(wǎng)絡(luò)終端的出現(xiàn)、工業(yè)控制的自動(dòng)化和家庭的智能化的快速發(fā)展、各種便攜式個(gè)人通信設(shè)備和家用電器設(shè)備的增加，人們享受無線信息傳輸系統(tǒng)帶來的便利的同時(shí)，又同時(shí)針對(duì)發(fā)展的新的需求而不斷探索。因此采用先進(jìn)集成芯片研制開發(fā)一種多模塊、數(shù)據(jù)收發(fā)于一體的無線數(shù)據(jù)傳輸，不僅能滿足當(dāng)前移動(dòng)終端信息交流發(fā)展的需求，集中實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)功能，還能較大地簡(jiǎn)化電路，在提高設(shè)備的整體抗干擾能力的同時(shí)也提高設(shè)備的性價(jià)比。這種滿足國家低功率標(biāo)準(zhǔn)，智能化標(biāo)準(zhǔn)，信息交流無處不在和隨時(shí)隨地可以接收信息對(duì)現(xiàn)代信息化建設(shè)發(fā)展有著重大的意義。1.2無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)隨著我國經(jīng)濟(jì)水平的逐漸提高，無線通信技術(shù)在人們生活中的應(yīng)用越來越普遍，無線通信技術(shù)的廣泛應(yīng)用，不僅便捷了人們生活中的溝通，而且也促進(jìn)了通信技術(shù)的逐步更新。隨著時(shí)代的逐步發(fā)展，現(xiàn)代無線技術(shù)面臨著新的要求和挑戰(zhàn),現(xiàn)狀分析及其發(fā)展前景,以便實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代無線通信技術(shù)發(fā)展的科學(xué)化、創(chuàng)新化。隨著科學(xué)技術(shù)水平的逐步提高，無線通信技術(shù)也在不斷地更新，與以往的通信技術(shù)相比，無論在技術(shù)水平還是應(yīng)用方式上,現(xiàn)代無線通信技術(shù)都有了新的轉(zhuǎn)變與突破。一、無線通信技術(shù)的現(xiàn)狀分析（1）20年代初到50年代初為無線通信技術(shù)發(fā)展的第一階段，此時(shí)，無線通信技術(shù)主要應(yīng)為了滿足軍用的需要，它主采用的技術(shù)存在一定局限性，因此，它的傳輸不僅受客觀條件的制約，同時(shí)也沒有達(dá)到最初的傳輸速率。（2）50年代到60年代為通信技術(shù)的第二階段，此時(shí)，通信設(shè)備器件已被應(yīng)用于移動(dòng)環(huán)境的專用系統(tǒng)中，并實(shí)現(xiàn)了從半導(dǎo)體器件技術(shù)的過度，這在無形中解決了通信技術(shù)中安裝公用電話網(wǎng)的問題，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了公用電話與移動(dòng)電話的持續(xù)性。（3）70年代初到80年代初為通信技術(shù)的第三階段，此時(shí)，不僅擴(kuò)展了通信技術(shù)的頻段，同時(shí)也制造出第一代的通信技術(shù)系統(tǒng)，并根據(jù)貝爾實(shí)驗(yàn)室所提出的蜂窩移動(dòng)網(wǎng)理論，研制出新的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。（4）80年代到90年代為通信技術(shù)的第四階，此時(shí)，在通信領(lǐng)域中，繼第一代數(shù)字移動(dòng)通信興起后，出現(xiàn)了第二代的數(shù)字移動(dòng)通信，這些都在無形中促進(jìn)了各類電信系統(tǒng)的正常運(yùn)行。（5）90年代后至今為通信技術(shù)的第五階段，此時(shí)，第三代的移動(dòng)通信技術(shù)已逐步興起，這不僅滿足了通信技術(shù)逐步發(fā)展的需要，同時(shí)也促使了移動(dòng)通信與多媒體運(yùn)轉(zhuǎn)的結(jié)合，隨著全球化標(biāo)準(zhǔn)的制定，無線通信技術(shù)仍有待于實(shí)現(xiàn)多樣化與創(chuàng)新化。二、現(xiàn)代通信技術(shù)的發(fā)展前景實(shí)現(xiàn)未來無線網(wǎng)絡(luò)趨勢(shì)的融合體根據(jù)目前無線通信的發(fā)展現(xiàn)狀，不同接入網(wǎng)為了滿足不同應(yīng)用場(chǎng)合的需要，而移動(dòng)通信網(wǎng)與不同范圍存在著一定的互補(bǔ)性，由此可見，LTE技術(shù)將成為無線通信技術(shù)的主導(dǎo)，而促使通信技術(shù)與計(jì)算機(jī)的融合體，這樣，不僅提高了網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的檢測(cè)，同時(shí)也在一定程度上了減少了不同用戶間通信的干涉?？梢姡瑢?shí)現(xiàn)未來無線網(wǎng)絡(luò)的融合體是現(xiàn)代無線通信技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。由于不同通信技術(shù)的接入方式不同，因此，不同通信技術(shù)在使用范圍、覆蓋面、接入速度等方面都存在著一定的差異性，例如，WLAN所解決的是距離中數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯栴}，3G是為了實(shí)現(xiàn)移動(dòng)漫游中的需要。因此，為了促使無線通信技術(shù)發(fā)展的多元化，應(yīng)適時(shí)提高無線通信技術(shù)之間的互補(bǔ)性，以便促進(jìn)現(xiàn)代無線通信技術(shù)的開發(fā)與發(fā)展。由于不同行業(yè)對(duì)無線通信技術(shù)的需要不同。因此，應(yīng)將無線通信技術(shù)與其它學(xué)科有效的鏈接，以便滿足不同用戶對(duì)無線通信技術(shù)的需求，這在無形中實(shí)現(xiàn)了無線通信技術(shù)的跨行發(fā)展，并且要適時(shí)實(shí)現(xiàn)無線通信技術(shù)的創(chuàng)新化，1.3無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)設(shè)計(jì)的必要性隨著無線通信技術(shù)的逐步完善，主要是為了滿足個(gè)體信息化發(fā)展的需要，無論是在智能手機(jī)、還是無線電腦都得到了廣泛的使用，這在無形中推動(dòng)了無線通信技術(shù)的快速發(fā)展，同時(shí)也增加了用戶對(duì)無線通信技術(shù)的服務(wù)要求，可見，現(xiàn)代無線通信技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)勢(shì)在必行。現(xiàn)今階段，需求無線數(shù)據(jù)傳輸主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）無線數(shù)據(jù)傳輸市場(chǎng)改革的需要：信息化帶動(dòng)了企業(yè)的高速發(fā)展，在廠商推動(dòng)和企業(yè)需求的天平兩端，企業(yè)用戶的需求正在逐漸加重。無線網(wǎng)絡(luò)自誕生以來就被認(rèn)為是為用戶提供前所未有的靈活性、便利性以及顯著提高工作效率，在減少工作壓力、改善生活水平，乃至提高企業(yè)用戶社會(huì)地位方面具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)?，F(xiàn)代企業(yè)隨著業(yè)務(wù)規(guī)模的不斷擴(kuò)大和對(duì)工作效率的提高要求上，越來越渴望靈活的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)能幫他們解決問題。甚至有很多的企業(yè)是在租用寫字樓的辦公室，考慮到建設(shè)傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的繁瑣和成本問題，也希望可以通過無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)他們的目的。事實(shí)上，無線應(yīng)用已經(jīng)深入到了企業(yè)當(dāng)中，雖然它不會(huì)取代傳統(tǒng)的有線網(wǎng)絡(luò)，但它已經(jīng)成為傳統(tǒng)有線網(wǎng)絡(luò)靈活擴(kuò)展的重要技術(shù)。隨著無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，以及各種無線安全協(xié)議的成功商用，使得越來越多的企業(yè)可以接受無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)部署在自己的辦公環(huán)境中，并且隨著無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與傳統(tǒng)有線網(wǎng)絡(luò)的無縫融合，使得已有有線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的企業(yè)也希望通過無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對(duì)企業(yè)做一定的延伸和擴(kuò)展。（2）現(xiàn)有無線數(shù)據(jù)傳輸存在的不足：無線數(shù)據(jù)傳輸雖然解決了有線數(shù)據(jù)傳送無法克服的困難，擁有很多優(yōu)勢(shì)，但與有線相比，仍然有不足之處。無線傳輸速率較慢，一般容易受到干擾，功率受限?，F(xiàn)在用戶最好最高只能是11mbps的速度發(fā)送和接受信息，移動(dòng)局域網(wǎng)能力較強(qiáng)的完全分布型無線數(shù)據(jù)傳輸更是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高并存在多路徑干擾。而且，由于無線傳輸介質(zhì)脆弱不足，導(dǎo)致了它除了具有有線數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟话踩蛩赝?，還容易遭受竊聽和干擾、冒充、欺騙等形式的攻擊，安全性問題一直是無線數(shù)據(jù)傳輸迫切需要解決的問題。目前無線傳輸還不能完全脫離有線，無線傳輸與有線傳輸只是互補(bǔ)的關(guān)系。（3）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單節(jié)省投資：無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)南到y(tǒng)構(gòu)成主要有點(diǎn)對(duì)點(diǎn)型、點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)型和完全分布型三種形式。其中點(diǎn)對(duì)點(diǎn)型和點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)型是日常生活中接觸最多的兩種無線數(shù)據(jù)傳輸方式。它們都有結(jié)構(gòu)組成和用戶設(shè)備簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，而且點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)型無線數(shù)據(jù)傳送更可以與微蜂窩技術(shù)結(jié)合。無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的建設(shè)可以省去了難度大、費(fèi)用高、耗時(shí)長(zhǎng)的布線施工，減少了對(duì)施工周邊環(huán)境的影響，節(jié)約了大量經(jīng)濟(jì)費(fèi)用。安裝簡(jiǎn)單快捷，一般只要安裝一個(gè)或多個(gè)接入點(diǎn)設(shè)備，就可建立覆蓋整個(gè)建筑或地區(qū)的局域數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，在這個(gè)信號(hào)覆蓋區(qū)域內(nèi)，任何一個(gè)位置都可以接入此系統(tǒng)，用戶使用極為方便。此系統(tǒng)減少了電線等貴重金屬的消耗，有利于社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，升級(jí)擴(kuò)展容易，重復(fù)投資少。2總體設(shè)計(jì)2.1基于CC2530的無線數(shù)據(jù)傳輸模塊的功能分析基于CC2530的無線數(shù)據(jù)傳輸模塊應(yīng)以發(fā)送數(shù)據(jù)、接收收據(jù)、處理數(shù)據(jù)為主，實(shí)現(xiàn)信息的A/D轉(zhuǎn)換及收發(fā)。此模塊需要設(shè)計(jì)信號(hào)I/V轉(zhuǎn)換電路、A/D轉(zhuǎn)換及相應(yīng)的接口電路，才能把采集到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送到計(jì)算機(jī)去處理。利用微機(jī)原理及接口技術(shù)，實(shí)現(xiàn)先進(jìn)、可靠、集成、低功率的無線數(shù)據(jù)傳輸模塊，以全站信息數(shù)字化、通信平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)化、信息共享標(biāo)準(zhǔn)化為基本要求，自動(dòng)完成信息收集、A/D轉(zhuǎn)換、發(fā)送、接收、處理等基本功能，并可根據(jù)需要支持實(shí)現(xiàn)無線區(qū)域覆蓋、協(xié)同互動(dòng)等高級(jí)功能，實(shí)現(xiàn)與相鄰無線發(fā)射點(diǎn)互動(dòng)的無線傳送模塊。該模塊的多接口采集、多通道發(fā)送、高速率A/D轉(zhuǎn)換、通訊功能互動(dòng)于一體，集成度高，功能強(qiáng)大，經(jīng)濟(jì)可靠，具有很好的實(shí)用價(jià)值。2.2無線傳輸模塊整體設(shè)計(jì)思想模塊設(shè)計(jì)重點(diǎn)研究的、關(guān)鍵的問題是以CC2530芯片為核心模塊，設(shè)計(jì)了一個(gè)可以完成多功能采集，傳輸?shù)哪K，整合市場(chǎng)現(xiàn)有的無線傳輸設(shè)備（主要是基于Z-STACK協(xié)議棧自動(dòng)組網(wǎng)的系統(tǒng)）。解決思路可采用先進(jìn)、可靠、集成、的開發(fā)板，以信息數(shù)字化、硬件平臺(tái)軟件化、信息共享標(biāo)準(zhǔn)化為基本要求，利用微機(jī)原理及接口技術(shù)，進(jìn)行本次畢業(yè)設(shè)計(jì)。無線數(shù)據(jù)傳輸模塊設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的主要原則：（1）安全性原則：充分評(píng)估各種新技術(shù)、新設(shè)備的應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)，有計(jì)劃、有步驟、采取由低端的CC2530開發(fā)板到多功能接口的無線數(shù)據(jù)傳輸開發(fā)板，逐步試點(diǎn)推廣應(yīng)用的風(fēng)險(xiǎn)控制措施，穩(wěn)步推動(dòng)CC2530無線數(shù)據(jù)傳輸模塊的不斷更新，以保障數(shù)據(jù)能安全穩(wěn)定、精確高效地傳輸。（2）先進(jìn)性原則：跟蹤無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的最新發(fā)展，依靠科技創(chuàng)新和技術(shù)進(jìn)步，最終建成功能合理、技術(shù)先進(jìn)，符合無線傳輸發(fā)展需求的協(xié)調(diào)器（基于CC2530的ZigBee開發(fā)板）。（3）實(shí)用性原則：充分注重系統(tǒng)的優(yōu)化和整合，力求實(shí)現(xiàn)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、需求三方面的平衡性與合理性。系統(tǒng)的排版和設(shè)計(jì)采用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，利于實(shí)現(xiàn)資源共享，提高效率和信息資源的綜合開發(fā)利用。無線傳輸模塊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方框圖如圖1所示。指示燈模塊指示燈模塊P3口模塊仿真跳線模塊供電選擇CC2530芯片模塊外部供電接口系統(tǒng)復(fù)位模塊MAX232串口接口仿真器驅(qū)動(dòng)模塊外部供電接口P2圖1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖本設(shè)計(jì)的難點(diǎn)就在CC2530芯片的工作原理應(yīng)用上。CC2530是ZigBee網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠渲幸粋€(gè)核心芯片。它能夠以非常低的總材料成本建立強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。CC2530結(jié)合了領(lǐng)先的RF收發(fā)器的優(yōu)良性能，業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的增強(qiáng)型8051CPU，系統(tǒng)內(nèi)可編程閃存，8KBRAM和許多其他強(qiáng)大的功能。CC2530芯片有四種不同的閃存版本，具有32KB、64KB、128KB、256KB的閃存。CC2530芯片工作時(shí)具有不同的運(yùn)行模式，使得它適應(yīng)超低功耗要求的系統(tǒng)。核心芯片的優(yōu)良性再加上外圍電路的配合，可以實(shí)現(xiàn)多功能，高效率的無線數(shù)據(jù)傳輸。模塊外圍可以安裝傳感器模塊，采集溫度、濕度、高度、網(wǎng)口等數(shù)據(jù)傳輸模塊。然后，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，數(shù)字化后進(jìn)行數(shù)據(jù)與PC間的串口數(shù)據(jù)傳輸，在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行數(shù)據(jù)深程度處理。那么CC2530所接收的信號(hào)不全是模擬信號(hào)，還可以接受其他無線設(shè)備所發(fā)送的數(shù)字信號(hào)。在接收到數(shù)據(jù)后，芯片對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行簡(jiǎn)單的分類后，再發(fā)送給其他接受終端，這需要軟件的控制，芯片中所集成的增強(qiáng)型8051CPU完全可以處理這些邏輯問題。在數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐瑫r(shí)，由LED燈亮燈滅等去辨別模塊工作的正常性，LED燈出現(xiàn)正常的閃爍，其模塊工作正常。模塊還設(shè)置了專門的供電線路和濾波電路，確保電壓的正常。其次，還設(shè)置了仿真跳線電路和PC串口電路等。3硬件電路設(shè)計(jì)3.1設(shè)計(jì)模塊的基本功能基于CC2530無線傳輸模塊包括數(shù)據(jù)處理模塊、外接模塊I/V轉(zhuǎn)換電路、電源模塊、串口通信模塊和無線傳輸模塊。從而實(shí)現(xiàn)模擬數(shù)據(jù)A/D轉(zhuǎn)換、發(fā)送數(shù)據(jù)、兩個(gè)或多個(gè)無線模塊建立簡(jiǎn)單的無線連接和數(shù)據(jù)交換為一體的功能。數(shù)據(jù)采集一般是采樣方式，即在一個(gè)采樣周期對(duì)同一點(diǎn)數(shù)據(jù)重復(fù)采集。采集的數(shù)據(jù)大多是瞬時(shí)值，也可是某段時(shí)間內(nèi)的一個(gè)特征值。準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)量測(cè)是數(shù)據(jù)采集的基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)量測(cè)方法有接觸式和非接觸式，檢測(cè)元件多種多樣。模擬數(shù)據(jù)A/D轉(zhuǎn)換則起到多樣性數(shù)據(jù)采集與整個(gè)無線數(shù)據(jù)傳輸模塊相連的橋梁作用。由于采集數(shù)據(jù)的實(shí)際對(duì)象往往都是一些模擬量，根據(jù)無線傳輸局限性的需要，必須首先將這些模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，在無線傳輸中，處理這些信號(hào)，更容易、安全、可靠。發(fā)送數(shù)據(jù)則是在以上各項(xiàng)功能的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)包尋找終端進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的功能。數(shù)據(jù)包發(fā)送前首先要對(duì)數(shù)據(jù)包的格式進(jìn)行配置，數(shù)據(jù)包的格式化配置主要包含對(duì)前導(dǎo)字節(jié)、同步詞匯、數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度和CRC校驗(yàn)等信息的設(shè)置。發(fā)送模塊與接收終端之間的地址配對(duì)，是軟件初始化已經(jīng)做好的工作。CC2530芯片具有地址配對(duì)的功能，只需要在寫入程序時(shí)，設(shè)置配對(duì)終端的地址即可。兩個(gè)或多個(gè)無線模塊建立簡(jiǎn)單的無線連接和數(shù)據(jù)交換是實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)型、點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)型和完全分布型最基本的條件，支持實(shí)現(xiàn)無線區(qū)域覆蓋、協(xié)同互動(dòng)等高級(jí)功能，實(shí)現(xiàn)與相鄰無線發(fā)射點(diǎn)互動(dòng)的最關(guān)鍵的功能。此功能多用于現(xiàn)代的無線網(wǎng)絡(luò)，例如Wifi，藍(lán)牙，這些短距離數(shù)據(jù)傳輸場(chǎng)合。在實(shí)現(xiàn)無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)臈l件下，基于CC2530的無線數(shù)據(jù)傳輸模塊實(shí)際上就是一個(gè)多接口采集、多功能數(shù)據(jù)收發(fā)的數(shù)據(jù)傳送點(diǎn)，是整個(gè)無線區(qū)域覆蓋的一個(gè)基本服務(wù)終端。它可以發(fā)送采集模塊所采集到的任何數(shù)據(jù)和無線接收到的任何信息，也可將它所獲得的信息和數(shù)據(jù)傳送到移動(dòng)終端或下多個(gè)基本服務(wù)終端。3.2CC2530芯片介紹CC2530是ZigBee無線數(shù)據(jù)傳輸其中的一個(gè)核心芯片，它能夠以非常低的總材料成本建立強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。CC2530芯片有四種不同的閃存版本：分別具有32/64/128/256KB的閃存。CC2530芯片工作實(shí)具有不同的運(yùn)行模式，使得它尤其適應(yīng)超低功耗要求的系統(tǒng)。運(yùn)行模式之間的轉(zhuǎn)換時(shí)間短進(jìn)一步確保了低能源消耗。在業(yè)界內(nèi)，CC2530結(jié)合了德州儀器的業(yè)界領(lǐng)先的黃金單元ZigBee協(xié)議棧，提供了一個(gè)強(qiáng)大和完整的ZigBee解決方案。那么CC2530芯片的實(shí)物如圖2所示。圖2CC2530芯片3.2.1CC2530芯片引腳CC2530芯片共包含了40個(gè)引腳，引腳的排布如圖3所示。圖3CC2530引腳圖CC2530是集合型芯片，所以其本身就有40個(gè)引腳。那么CC2530芯片引腳功能描述表見附錄1。3.2.2CC2530芯片功能介紹CC2530結(jié)合了領(lǐng)先的RF收發(fā)器的優(yōu)良性能，業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的增強(qiáng)型8051CPU，系統(tǒng)內(nèi)可編程閃存，8-KBRAM和許多其他強(qiáng)大的功能。（1）RF/布局功能：適應(yīng)2.4-GHzIEEE802.15.4的RF收發(fā)器；極高的接收靈敏度和抗干擾性能；可編程的輸出功率高達(dá)4.5dBm；只需極少的外接元件；只需一個(gè)晶振，即可滿足網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)需要；6-mm×6-mm的QFN40封裝；適合系統(tǒng)配置符合世界范圍的無線電頻率法規(guī)。（2）具有低功耗優(yōu)點(diǎn)：主動(dòng)模式RX（24mA）；主動(dòng)模式TX在1dBm（CPU空閑）29mA；供電模式1（2mA）；供電模式21μA；供電模式3（外部中斷）0.4μA；寬電源電壓范圍（2V–3.6V）。（3）微控制器功能：優(yōu)良的性能和具有代碼預(yù)取功能的低功耗8051（CPU）微控制器內(nèi)核；32KB、64KB或128-KB的系統(tǒng)內(nèi)可編程閃存；8KB-RAM，具備在各種供電方式下的數(shù)據(jù)保持能力；支持硬件調(diào)試。（4）外設(shè)部分：強(qiáng)大的5通道DMA；IEEE802.5.4MAC定時(shí)器，通用定時(shí)器（一個(gè)16位定時(shí)器，一個(gè)8位定時(shí)器）；IR發(fā)生電路；具有捕獲功能的32-kHz睡眠定時(shí)器；硬件支持CSMA/CA；支持精確的數(shù)字化RSSI/LQI；電池監(jiān)視器和溫度傳感器；具有8路輸入和可配置分辨率的12位ADC；AES安全協(xié)處理器；2個(gè)支持多種串行通信協(xié)議的強(qiáng)大USART；21個(gè)通用I/O引腳（19×4mA，2×20mA）；看門狗定時(shí)器。3.2.3CC2530芯片模塊說明CC2530芯片模塊大致可以分為三類：CPU和內(nèi)存相關(guān)的模塊；外設(shè)、時(shí)鐘和電源管理相關(guān)的模塊以及無線電相關(guān)的模塊。（1）CPU和內(nèi)存：CC253x芯片系列中使用的8051CPU內(nèi)核是一個(gè)單周期的8051兼容內(nèi)核。（2）調(diào)試接口：執(zhí)行一個(gè)專有的兩線串行接口，用于內(nèi)電路調(diào)試。（3）I/O控制器：負(fù)責(zé)所有通用I/O引腳。（4）五通道DMA控制器：系統(tǒng)可以使用一個(gè)多功能的五通道DMA控制器，使用XDATA存儲(chǔ)空間訪問存儲(chǔ)器，因此能夠訪問所有物理存儲(chǔ)器。（5）定時(shí)器1：是一個(gè)16位定時(shí)器，具有定時(shí)器PWM功能。。（6）內(nèi)置MAC定時(shí)器：是專門為支持IEEE802.15.4，MAC或軟件中其他時(shí)槽的協(xié)議設(shè)計(jì)。（7）定時(shí)器3和定時(shí)器4：是8位定時(shí)器，具有定時(shí)器/計(jì)數(shù)器/PWM功能。（8）睡眠定時(shí)器：是一個(gè)超低功耗的定時(shí)器，計(jì)算32kHz晶振或32kHzRC振蕩器的周期。（9）看門狗：一個(gè)內(nèi)置的看門狗，允許CC2530在固件掛起的情況下復(fù)位自身。3.2.4其他除了上面所含的高級(jí)功能，CC2530內(nèi)部還安置了RF無線收發(fā)器等，還有CC2530芯片的運(yùn)行壞境溫度和供電電壓。（1）無線設(shè)備CC2530具有一個(gè)IEEE802.15.4兼容無線收發(fā)器。RF內(nèi)核控制模擬無線模塊。另外，它提供了MCU和無線設(shè)備之間的一個(gè)接口，這使得可以發(fā)出命令，讀取狀態(tài)，自動(dòng)操作和確定無線設(shè)備事件的順序。無線設(shè)備還包括一個(gè)數(shù)據(jù)包過濾和地址識(shí)別模塊。（2）運(yùn)行條件CC2530在良好的環(huán)境中運(yùn)行才能達(dá)到最好的效果，其環(huán)境參數(shù)如表1。表1CC2530運(yùn)行環(huán)境最小值最大值單位運(yùn)行環(huán)境溫度-40125℃運(yùn)行供電電壓23.6V3.3電源電路設(shè)計(jì)在模塊設(shè)計(jì)中，CC2530芯片及部分外圍器件需3.3V電源和1.8V電源供電，另外，部分器件需要5V電源、12V電源和24V電源，為簡(jiǎn)化模塊電源電路的設(shè)計(jì)，要求整個(gè)模塊的輸入電壓為24V直流穩(wěn)壓電源。為了得到可靠的穩(wěn)定電壓，此處選用美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的三端可調(diào)正穩(wěn)壓器集成DC-DC變換器LM317，它的輸入電壓范圍是1.2V至37V，負(fù)載電流最大為1.5A。它的使用非常簡(jiǎn)單，僅需兩個(gè)外接電阻來設(shè)置輸出電壓。此外它的線性調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率也比標(biāo)準(zhǔn)的固定穩(wěn)壓器好。LM317內(nèi)置有過載保護(hù)、安全區(qū)保護(hù)等多種保護(hù)電路。另外在用的時(shí)候要注意功耗問題和散熱問題。24V轉(zhuǎn)5V和12V電源電路，如圖4所示。圖424V轉(zhuǎn)換電路LM317輸出電壓計(jì)算方法如公式（1）：QUOTEVVO=1.25V1+R2R1+IAdjR2QUOTE因?yàn)镼UOTEIAdj控制在小于l00uA，這一項(xiàng)的誤差在多數(shù)應(yīng)用中可忽略。24V轉(zhuǎn)8V、12V可以利用LM317芯片和外圍電路順利轉(zhuǎn)換而來。那么1.8V和3.3V的轉(zhuǎn)換電壓也要利用芯片，在這里選用AS1117芯片。AS1117是一款低壓差的線性穩(wěn)壓器，當(dāng)輸出1A電流時(shí)，輸入輸出的電壓差典型值僅為1.2V。AS1117除了能提供多種固定電壓版本外，還提供可調(diào)端輸出版本，該版本能提供的輸出電壓范圍為1.25V-13.8V。AS1117本身功能已經(jīng)很齊全，所以，外圍應(yīng)用電路非常簡(jiǎn)單，固定電壓版本只需輸入輸出兩個(gè)電容和負(fù)載即可工作。5V轉(zhuǎn)1．8V和3．3V電源電路，如圖5所示。圖55V電源轉(zhuǎn)換電路電路中存在的交流分量會(huì)影響到電路的穩(wěn)定性，而經(jīng)過電容濾波電路后，即可保留直流分量，又可濾掉一部分交流分量，改變了交直流分量的比例，減小了電路的脈動(dòng)系數(shù)，改善了直流電壓的質(zhì)量。對(duì)于脈動(dòng)直流電中的交流成分，旁路電容C相當(dāng)于短路，交流量經(jīng)過電容，而不經(jīng)過負(fù)載，負(fù)載被電容短路。對(duì)于脈動(dòng)直流電中的直流成分，旁路電容C相當(dāng)于開路，直流量不能通過電容，而加在負(fù)載上，從而達(dá)到了濾除脈動(dòng)直流電中交流成分的目的。濾波電路如圖6所示。圖6濾波電路3.4晶體振蕩器電路設(shè)計(jì)該電路用于向CC2530芯片和其他電路(RTC電路)提供工作時(shí)鐘。根據(jù)CC2530的最高工作頻率及PLL電路的工作方式，選擇25MHz的無源晶體振蕩器，其頻率經(jīng)過微處理器內(nèi)部PLL電路倍頻后，最高可達(dá)96MHz。對(duì)于RTC電路，選擇32．768KHz無源晶振。內(nèi)部PLL電路兼有頻率放大和信號(hào)提純的功能，因此，系統(tǒng)可以以較低的外部時(shí)鐘信號(hào)獲得較高的工作頻率。系統(tǒng)晶體振蕩器電路如圖7所示。圖7系統(tǒng)晶體振蕩電路實(shí)時(shí)時(shí)鐘的基本功能是保持跟蹤時(shí)間和日期等信息，但許多RTC還提供有多種附加功能，如：看門狗定時(shí)器、系統(tǒng)復(fù)位、非易失存儲(chǔ)器（NVRAM）、序列號(hào)、方波輸出、涓流充電等。因此，在進(jìn)行電路設(shè)計(jì)時(shí)，選擇RTC芯片出了需要考慮其時(shí)間和日期跟蹤功能外，通常還需要針對(duì)具體應(yīng)用來對(duì)RTC的功能、成本、尺寸等要求進(jìn)行綜合考慮。實(shí)時(shí)時(shí)鐘晶振振蕩器電路如圖8所示。圖8實(shí)時(shí)時(shí)鐘晶體振蕩電路系統(tǒng)晶振電路和實(shí)時(shí)時(shí)鐘震蕩電路是置在CC2530芯片外圍，所以需要對(duì)應(yīng)的引腳連接。系統(tǒng)晶體震蕩電路屬于對(duì)稱電路，兩個(gè)引腳不過與區(qū)分，所以，芯片對(duì)應(yīng)的引腳為引腳22（XOCS_Q1）、引腳23（XOCS_Q2）。實(shí)時(shí)時(shí)鐘晶體振蕩電路也屬于對(duì)稱電路，兩個(gè)引腳不過與區(qū)分，所以，芯片對(duì)應(yīng)的引腳為引腳32（P2-41XOCS32K_Q1）、引腳33（P2-31XOCS32K_Q2）。3.5復(fù)位電路設(shè)計(jì)該電路主要完成系統(tǒng)的上電復(fù)位和系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)用戶的按鍵復(fù)位功能，有助于用戶調(diào)試程序。復(fù)位電路的基本功能是系統(tǒng)上電時(shí)提供復(fù)位信號(hào)直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后撤銷復(fù)位信號(hào)為可靠起見電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延時(shí)才撤銷復(fù)位信號(hào)以防電源開關(guān)或電源插頭分-合過程中引起的抖動(dòng)而影響復(fù)位。復(fù)位電路如圖9所示。圖9復(fù)位電路RESET_LN腳在CC2530芯片上的引腳號(hào)為20，復(fù)位時(shí)活動(dòng)到低電平。上電復(fù)位的情況：通電瞬間電容可以當(dāng)短路，所以RESET_LN腳為低電平。隨著時(shí)間的飛逝（電容充電），穩(wěn)定后+3.3V的電壓實(shí)際上是加在電容C23上的。電容上極板也就是RESET_LN腳最終為高電平。這樣，引腳RESET_LN持續(xù)一段低電平后，最終穩(wěn)定在高電平，低電平持續(xù)時(shí)間由RC時(shí)間常數(shù)決定。按鍵按下去就相當(dāng)于上電那一瞬，讓電容短路。3.6仿真跳線模塊設(shè)計(jì)JTAG是一種國際標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試協(xié)議，主要用于芯片內(nèi)部測(cè)試及對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真、調(diào)試。JTAG技術(shù)是一種嵌入式測(cè)試技術(shù)。通過JTAG接口可對(duì)芯片內(nèi)部的所有部件進(jìn)行訪問，是開發(fā)調(diào)試嵌入式系統(tǒng)的一種簡(jiǎn)潔高效的手段。標(biāo)準(zhǔn)的JTAG接口是4線接口：TIVIS、TCK、TDI以及TDO，分別為模式選擇、時(shí)鐘、數(shù)據(jù)輸入和數(shù)據(jù)輸出信號(hào)線。JTAG各引腳核心功能定義如表2。表2JTAG引腳功能描述表管腳名名稱功能描述TDL測(cè)試數(shù)據(jù)輸入管腳JTAG指令和測(cè)試編程數(shù)據(jù)的串行輸入管腳，數(shù)據(jù)在TCK信號(hào)的上升沿時(shí)讀入。TDO測(cè)試數(shù)據(jù)輸出管腳JTAG指令和測(cè)試編程數(shù)據(jù)的串行輸出管腳，數(shù)據(jù)在TCK信號(hào)的下降沿時(shí)讀出，如果數(shù)據(jù)沒有輸出，則處于三態(tài)。TMS測(cè)試模式選擇管腳該數(shù)據(jù)管腳是控制信號(hào)，它決定TTAP控制器的轉(zhuǎn)換。TMS信號(hào)必須在TCK上升沿之前建立，在用戶狀態(tài)下TMS信號(hào)應(yīng)是高電平。TCK測(cè)試時(shí)鐘輸入管腳JTAG鏈路的時(shí)鐘信號(hào)，直接輸入到邊界掃描電路，所有操作都在其上升沿或下降沿時(shí)刻發(fā)生。TRST測(cè)試復(fù)位輸入管腳用于異步初始化或復(fù)位JTAG邊界掃描電路，低電平有效。JTAG最初是用來對(duì)芯片進(jìn)行測(cè)試的，基本原理是在器件內(nèi)部定義一個(gè)TAP端口，通過專用的JTAG測(cè)試工具對(duì)進(jìn)行內(nèi)部節(jié)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試。此外，JTAG協(xié)議允許多個(gè)器件通過JTAG接口串聯(lián)在一起，形成一個(gè)JTAG鏈，能實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)器件分別測(cè)試。此外，JTAG接口還常用于實(shí)現(xiàn)在線編程，對(duì)FLASH等器件進(jìn)行編程。JTAG在線編程的特征也改變了傳統(tǒng)生產(chǎn)流程，將以前先對(duì)芯片進(jìn)行預(yù)編程再裝到板上的工藝簡(jiǎn)化為：先固定器件到電路板上，再用JTAG編程，從而大大加快工程進(jìn)度。它有2種連接標(biāo)準(zhǔn)，即14針接口和20針接口。此處選擇20針接口的標(biāo)準(zhǔn)。JTAG接口電路如圖10所示。圖10JTAG接口電路JTAG經(jīng)過外圍電路后，還需要七個(gè)引腳接入CC2530芯片中，除了RESET_LN復(fù)位有明確的引腳外，其余六個(gè)需要用編程指定相應(yīng)的引腳。其余六個(gè)引腳的對(duì)應(yīng)P0接口如表3所示。表3JTAG對(duì)應(yīng)接口表JTAG（管腳）3（TRST）5（TDI）7（TMS）9（TCK）11（PTCK）13（TDO）CC253012（P0_7）13（P0_6）14（P0_5）15（P0_4）18（P0_1）19（P0_0）3.7串口模塊設(shè)計(jì)RS232是個(gè)人計(jì)算機(jī)上的通訊接口之一，由電子工業(yè)協(xié)會(huì)所制定的異步傳輸標(biāo)準(zhǔn)接口。通常RS-232接口以9個(gè)接腳或是25個(gè)接腳的型態(tài)出現(xiàn)，一般個(gè)人計(jì)算機(jī)上會(huì)有兩組RS-232接口，分別稱為COM1和COM2。在多數(shù)情況下主要使用主通道，對(duì)于一般雙工通信，僅需幾條信號(hào)線就可實(shí)現(xiàn)，如一條發(fā)送線、一條接收線及一條地線。RS-232-C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的數(shù)據(jù)傳輸速率為每秒50、75、100、150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200波特。RS-232-C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，驅(qū)動(dòng)器允許有2500pF的電容負(fù)載，通信距離將受此電容限制，例如，采用150pF/m的通信電纜時(shí)，最大通信距離為15m；若每米電纜的電容量減小，通信距離可以增加。傳輸距離短的另一原因是RS-232屬單端信號(hào)傳送，存在共地噪聲和不能抑制共模干擾等問題，因此一般用于20m以內(nèi)的通信。串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)過使用和發(fā)展，目前已經(jīng)有幾種。但都是在RS-232標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上經(jīng)過改進(jìn)而形成的。所以，以RS-232C為主來討論。RS-232C標(biāo)準(zhǔn)是美國EIA(電子工業(yè)聯(lián)合會(huì))與BELL等公司一起開發(fā)的1969年公布的通信協(xié)議。它適合于數(shù)據(jù)傳輸速率在0—20000b/s范圍內(nèi)的通信。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)串行通信接口的有關(guān)問題，如信號(hào)線功能、電器特性都作了明確規(guī)定。由于通行設(shè)備廠商都生產(chǎn)與RS-232C制式兼容的通信設(shè)備，因此，它作為一種標(biāo)準(zhǔn)，目前己在微機(jī)通信接口中廣泛采用。RS-232是單片機(jī)間，或單片機(jī)與上位機(jī)間通信聯(lián)絡(luò)用。MAX232作為RS-232的電平轉(zhuǎn)換芯片，完成TTL電平和RS-232電平的轉(zhuǎn)換。MAX232是一種雙組驅(qū)動(dòng)器/接收器，片內(nèi)含有一個(gè)電容性電壓發(fā)生器以便在單5V電源供電時(shí)提供EIA/TIA-232-E電平。典型的RS-232信號(hào)在正負(fù)電平之間擺動(dòng)，在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，發(fā)送端驅(qū)動(dòng)器輸出正電平在+5～+15V，負(fù)電平在-5～-15V電平。當(dāng)無數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，線上為TTL，從開始傳送數(shù)據(jù)到結(jié)束，線上電平從TTL電平到RS-232電平再返回TTL電平。電容可以取0.1uF到10uF、左右的電容，有極性無極性均可，但是使用有極性的電容一定注意正負(fù)方向。MAX232主要特點(diǎn)有單5V電源工作、兩個(gè)驅(qū)動(dòng)器、兩個(gè)接收器、+30V輸入電平、低電源電流（8mA）。MAX232的不足之處：接口的信號(hào)電平值較高，易損壞接口電路的芯片，又因?yàn)榕cTTL電平不兼容故需使用電平轉(zhuǎn)換電路方能與TTL電路連接；傳輸速率較低，在異步傳輸時(shí)，波特率最大為19200bps；接口使用一根信號(hào)線和一根信號(hào)返回線而構(gòu)成共地的傳輸形式，這種共地傳輸容易產(chǎn)生共模干擾，所以抗噪聲干擾性弱；傳輸距離受限。圖11為MAX232串口的連接電路圖，用來與數(shù)據(jù)傳輸終端設(shè)備進(jìn)行串行通信口實(shí)驗(yàn)和仿真調(diào)試下載程序的。圖11MAX232串口的連接圖MAX232是用來做電平轉(zhuǎn)換的，標(biāo)準(zhǔn)RS-232電平很高，達(dá)正負(fù)12V。常用的TTL電平最高5V。相互連接的話，必須進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，由于電腦串口輸出電壓高達(dá)12V，直接與單片機(jī)連接會(huì)燒壞芯片。所以用MAX232來進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。MAX232芯片采用單+5V電源供電，僅需幾個(gè)外接電容即可完成從TTL到RS232電平的轉(zhuǎn)換，共兩路。其中13腳（R1IN）、12腳（R1OUT）、11腳（T1IN）、14腳（T1OUT）為第一數(shù)據(jù)通道。8腳（R2IN）、9腳（R2OUT）、10腳（T2IN）、7腳（T2OUT）為第二數(shù)據(jù)通道。TTL/CMOS數(shù)據(jù)從T1IN、T2IN輸入轉(zhuǎn)換成RS-232數(shù)據(jù)從T1OUT、T2OUT送到電腦DP9插頭；DP9插頭的RS-232數(shù)據(jù)從R1IN、R2IN輸入轉(zhuǎn)換成TTL/CMOS數(shù)據(jù)后從R1OUT、R2OUT輸出。圖11是模塊與PC間通信最有力的電路，是模塊進(jìn)行調(diào)試仿真唯一的接口。它通過COMPIM中的2（RXD）、3（TXD）與電腦相連，進(jìn)行數(shù)據(jù)間的交換。而MAX232引腳中的11（T1IN）、12（R1OUT）與對(duì)應(yīng)的CC2530芯片中的17（P0_2TXDD）、16（P0_3RXDD）通信。3.8外接模塊設(shè)計(jì)外接模塊（傳感器模塊）可以測(cè)量各種物理量和感知環(huán)境的，比如溫度、濕度、光強(qiáng)、雨雪等。在設(shè)計(jì)外接模塊時(shí)，首先要根據(jù)應(yīng)用需求選擇參數(shù)、性能合適的傳感器，并設(shè)計(jì)相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電路及信號(hào)處理電路(如放大、濾波、轉(zhuǎn)換等)。此次設(shè)計(jì)中所選用均為模擬輸出信號(hào)類傳感器，包括有輸出電流信號(hào)、輸出電壓信號(hào)和輸出開關(guān)量信號(hào)三種類型。由于大部分傳感器是電流輸出型，針對(duì)這個(gè)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了電流電壓轉(zhuǎn)換電路。電路采用∏型電路實(shí)現(xiàn)電流4MA-20MA轉(zhuǎn)換為0.4V-2V電壓，電路如圖12所示。圖12I/V轉(zhuǎn)換電路在設(shè)計(jì)過程中要考慮信號(hào)的輸入、輸出特性，接觸時(shí)對(duì)被測(cè)物體的影響，防滴滑、防爆、抗干擾、接地處理等。傳感器按照其信號(hào)輸出類型大致可分為：模擬信號(hào)輸出類、數(shù)字信號(hào)輸出類。采用模擬信號(hào)輸出的傳感器一般采用模數(shù)轉(zhuǎn)換(ADC)進(jìn)行信號(hào)采集；采用的數(shù)字輸出方式的傳感器主要包括脈寬調(diào)制信號(hào)輸出、壓頻轉(zhuǎn)換信號(hào)輸出以及串行數(shù)字信號(hào)輸出等。那么，模擬信號(hào)轉(zhuǎn)數(shù)字信號(hào)的電路如圖13所示。圖13A/D轉(zhuǎn)換電路ALE設(shè)置為高電平，對(duì)地址信號(hào)進(jìn)行鎖存，經(jīng)譯碼后選通對(duì)應(yīng)通道，被選中通道的模擬量進(jìn)入轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，ST為啟動(dòng)轉(zhuǎn)換信號(hào)。ST上跳沿清零所有寄存器，下跳沿開始AD轉(zhuǎn)換；轉(zhuǎn)換期間ST保持低電平。ST啟動(dòng)過程中，ALE信號(hào)與其保持一致。當(dāng)AD轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，EOC變?yōu)楦唠娖剑砻鬓D(zhuǎn)換結(jié)束。OE輸出允許信號(hào)。高電平有效，OE=1：輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)；OE=0：輸出數(shù)據(jù)線呈現(xiàn)高阻態(tài)。CLK0809工作時(shí)鐘。因?yàn)锳DC0809內(nèi)部沒有時(shí)鐘，故必須由外部提供工作時(shí)鐘，可由CC2530內(nèi)部定時(shí)器中斷產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖信號(hào)。3.9LED指示燈模塊設(shè)計(jì)在數(shù)據(jù)傳輸指令中，正確的數(shù)據(jù)傳輸和設(shè)備的工作正常是否是通過讀LED指示燈的通斷狀態(tài)實(shí)現(xiàn)的，為了防止模塊假狀態(tài)，使用光電器件將CC2530的輸入、輸出隔離開。電路的指示燈電路如圖14所示。圖14LED指示燈模塊電路圖LED模塊可以直觀的反映模塊工作狀態(tài)，是無線數(shù)據(jù)傳輸模塊不可缺少的一部分。那么此電路在CC2530芯片上對(duì)應(yīng)的引腳接口是LED1對(duì)應(yīng)引腳8（P1_2），LED2對(duì)應(yīng)引腳9（P1_1）。3.10RF天線電路設(shè)計(jì)天線作為無線通信不可缺少的一部分，其基本功能是輻射和接收無線電波。發(fā)射時(shí)，把高頻電流轉(zhuǎn)換為電磁波；接收時(shí)，把電滋波轉(zhuǎn)換為高頻電流。圖15為RF射頻天線安裝的電路圖。圖15RF天線安裝電路圖無線RF的外圍電路連接與CC2530芯片有對(duì)應(yīng)的引腳接口：引腳25對(duì)應(yīng)RF_N，引腳26對(duì)應(yīng)RF_P。在為基于CC2530無線數(shù)據(jù)傳輸模塊選擇天線時(shí)，應(yīng)注意到性能的好壞。天線作為無線通信系統(tǒng)的重要組成部分，其性能的好壞直接影響通信系統(tǒng)的指標(biāo)，在選擇天線時(shí)必須首先注重其性能。具體說有兩個(gè)方面，第一選擇天線類型；第二選擇天線的電氣性能。選擇天線類型的意義是：所選天線的方向圖是否符合系統(tǒng)設(shè)計(jì)中電波覆蓋的要求；選擇天線電氣性能的要求是：選擇天線的頻率帶寬、增益、額定功率等電氣指標(biāo)是否符合系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。增益是天線的主要指標(biāo)之一，它是方向系數(shù)與效率的乘積，是天線輻射或接收電波大小的表現(xiàn)。增益大小的選擇取決于系統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)電波覆蓋區(qū)域的要求，簡(jiǎn)單地說，在同等條件下，增益越高，電波傳播的距離越遠(yuǎn)。天線輸入阻抗和饋線的特性阻抗不一致時(shí)，產(chǎn)生的反射波和入射波在饋線上疊加形成的磁波，其相鄰電壓的最大值和最小值之比是電壓駐波比，它是檢驗(yàn)饋線傳輸效率的依據(jù)，電壓駐波比小于1.5，在工作頻點(diǎn)的電壓駐波比小于1.2，電壓駐波比過大，將縮短通信距離，而且反射功率將返回發(fā)射機(jī)功放部分，容易燒壞功放管，影響通信系統(tǒng)正常工作。3.11硬件總體設(shè)計(jì)由于CC2530內(nèi)部已經(jīng)建成大量必要電路，因此其外圍只需較少的電路即可完成功能實(shí)現(xiàn)?；贑C2530無線數(shù)據(jù)傳輸模塊電路包含了CC2530主芯片、電源轉(zhuǎn)變模塊電路、濾波模塊電路、外接模塊電路、天線模塊電路、仿真跳線模塊電路、晶振模塊電路、LED模塊電路、復(fù)位電路、PC串口模塊電路以及P1、P2接口。外圍電路設(shè)計(jì)的電路圖如圖16所示，所用參數(shù)已標(biāo)注在圖上。圖16硬件總體設(shè)計(jì)電路圖4Zigbee技術(shù)概況和網(wǎng)路配置IEEE802.15.4是IEEE針對(duì)低速率無線個(gè)人局域網(wǎng)指定的無線通信標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)以能量消耗、低速率傳輸、低成本作為重點(diǎn)目標(biāo)。旨在為個(gè)人或者家庭種不同設(shè)備之間的低速率無線互聯(lián)提供統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)定義的LR-WPAN網(wǎng)絡(luò)的特征與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)有很多相似之處。很多研究機(jī)構(gòu)把它作為傳感器網(wǎng)絡(luò)的通信標(biāo)準(zhǔn)。IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)定義了協(xié)議棧的最下面兩層：物理層（PHY）和媒體訪問控制層（MAC）。ZigBee直接使用了這兩層，并在此基礎(chǔ)上定義了網(wǎng)絡(luò)層（NWK）和應(yīng)用層（APL）架構(gòu)。下面我們具體介紹下這兩層的結(jié)構(gòu)和它們是如何工作的。4.1物理層（PHY）物理層定義了物理無線信道和與MAC層之間的接口，提供物理層數(shù)據(jù)服務(wù)和物理層管理服務(wù)。物理層數(shù)據(jù)服務(wù)是從無線信道上收發(fā)數(shù)據(jù)，物理層管理服務(wù)維護(hù)一個(gè)與物理層相關(guān)數(shù)據(jù)組成的數(shù)據(jù)庫。（1）無線信道的分配IEEE802.15.4規(guī)范的物理層定義了三個(gè)載波頻段用于收發(fā)數(shù)據(jù)：868MHz（歐洲）、915北美）和2400MHz（全球范圍）。在這三個(gè)頻段上發(fā)送數(shù)據(jù)使用的速率信號(hào)處理過程以及調(diào)制方式等方面存在一定差異，其中2400MHZ頻段的數(shù)據(jù)傳輸速率為250kbit/s。915MHz、868MHZ分別為40kbit/s和20kbit/s。IEEE802.15.4規(guī)范定義了27個(gè)物理通道，新到編號(hào)從0至26，每個(gè)具體的信道對(duì)應(yīng)著一個(gè)中心頻率，覆蓋了以上的3個(gè)不同的頻段。不同的頻段所對(duì)應(yīng)的寬度不同，868MHz頻段定義了1個(gè)信道（0號(hào)信道）；915MHz定義了10個(gè)信道（1～10號(hào)信道）2400MHz定義了16個(gè)信道（11～26信道）。（2）物理層主要功能物理層功能相對(duì)簡(jiǎn)單，主要用于硬件驅(qū)動(dòng)程序的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)距傳輸和物理信道的管理。一個(gè)簡(jiǎn)單的PHY模型圖如圖17所示。圖17PHY模型其中，RF-SAP是有驅(qū)動(dòng)程序提供的接口，PD-SAP是PHY層提供給MAC層的數(shù)據(jù)服務(wù)接口，PLAME-SAP是PHY層給MAC層提供的管理服務(wù)接口。物理層主要完成：激活/休眠無線收發(fā)設(shè)備，對(duì)當(dāng)前頻道進(jìn)行能量檢測(cè)，鏈接質(zhì)量指示，為載波檢測(cè)多址與碰撞避免（CSMA—CA）進(jìn)行空閑頻道評(píng)估，頻道選擇，數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收等。在PHY層有關(guān)函數(shù)中，傳輸能量（POWER），傳輸中心頻率的兼容性及頻率穩(wěn)定度(標(biāo)識(shí)了無線解碼器工作頻率的穩(wěn)定程度)，接收器之感度，接收信號(hào)強(qiáng)度指示的測(cè)量時(shí)較為重要的參數(shù)。（3）IEEE802.15.4的調(diào)制方式2.4G物理層將數(shù)據(jù)每字節(jié)的低四位和高四位分別映射組成數(shù)據(jù)符號(hào)，每個(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)又被映射成32位偽隨機(jī)噪聲數(shù)據(jù)碼片。數(shù)據(jù)碼片采用半正弦脈沖波形的偏移正交四相相移鍵控技術(shù)（O-QPSK）調(diào)制。每片的形狀如同半個(gè)正弦波，交替在同相(I)信道和正交相位(Q)信道傳送。每個(gè)信道占用半個(gè)片碼偏移周期。（4）PPDU格式PPDU報(bào)文數(shù)據(jù)是用于數(shù)據(jù)流同步的同步頭、含有幀長(zhǎng)度信息的物理層報(bào)頭以及承載有MAC幀數(shù)據(jù)的凈荷組成。那么PPDU格式信息如表4所示。表4PPDU格式字節(jié)11可變前同步碼（preamble）幀定界符（SFD）幀長(zhǎng)度(7bit)保留(1bit)物理層數(shù)據(jù)(PSDU)同步頭(SHR)物理層報(bào)頭(PHR)物理層凈荷(PHYpayload)同步報(bào)頭由前同步碼和幀定界符組成，用于獲取符號(hào)同步、擴(kuò)頻碼同步和幀同步。物理層報(bào)頭指示凈荷部分的長(zhǎng)度，凈荷部分含有MAC層數(shù)據(jù)包，最大長(zhǎng)度是127字節(jié)。當(dāng)數(shù)據(jù)包的長(zhǎng)度類型為5字節(jié)或大于8字節(jié)時(shí)，那么物理層服務(wù)數(shù)據(jù)單元（PSDU）就會(huì)攜帶著MAC層的幀信息（即MAC層協(xié)議數(shù)據(jù)單元）4.2媒體訪問控制層（MAC）規(guī)范MAC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)。前者保證MAC協(xié)議數(shù)據(jù)單元在物理層數(shù)據(jù)服務(wù)中的正確收發(fā)，而后者從事MAC層的管理活動(dòng)，并維護(hù)一個(gè)信息數(shù)據(jù)庫。和物理層類似，MAC層也包括一個(gè)管理實(shí)體（MLME），MAC層管理實(shí)體提供可以喚醒MAC層管理服務(wù)的服務(wù)接口（MLME-SAP），同時(shí)也維護(hù)一個(gè)與MAC層相關(guān)的管理對(duì)象數(shù)據(jù)庫（MIB）。（1）超幀結(jié)構(gòu)在IEEE802.15.4協(xié)議中，通過基于競(jìng)爭(zhēng)的信道接入方式，提高了信道的利用率，增大了網(wǎng)絡(luò)效能，而固定時(shí)隙的分配，滿足了有特殊需求和一些重要的數(shù)據(jù)傳送。周期性進(jìn)入休眠期關(guān)閉信道接入，則節(jié)省了網(wǎng)絡(luò)的能耗。超幀結(jié)構(gòu)中同時(shí)包含了三種不同的信道接入周期，從而多樣化信道的接入方式同時(shí)提高了網(wǎng)絡(luò)的靈活性。那么超幀結(jié)構(gòu)如圖18所示。圖18超幀結(jié)構(gòu)在超幀零時(shí)隙中定義了一個(gè)信標(biāo)幀（beacon），beacon除了信標(biāo)的意思外，還能理解為燈塔。正如字面意思所述，信標(biāo)幀在整個(gè)超幀結(jié)構(gòu)中的地位就好比燈塔的導(dǎo)航作用一樣，不僅界定了超幀的起始以用來設(shè)定固定分配時(shí)隙周期的有無以及其長(zhǎng)度，換言之，信標(biāo)幀決定了超幀的構(gòu)架。如果不存在信道固定分配周期的話，所有的數(shù)據(jù)傳送將完全通過CSMA/CA競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制來接入信道。超幀將通信時(shí)間劃分為活躍和不活躍兩個(gè)部分。在不活躍期間，PAN網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備不會(huì)相互通信，進(jìn)入休眠狀態(tài)以節(jié)省能量。而在超幀活躍期間，整個(gè)事件過程可以劃分為三個(gè)階段：信標(biāo)幀發(fā)送時(shí)段、競(jìng)爭(zhēng)訪問時(shí)段（CAP）和非競(jìng)爭(zhēng)訪問時(shí)段（CEP）。超幀的活躍部分被劃分為16個(gè)等長(zhǎng)的時(shí)槽，由協(xié)調(diào)器設(shè)定每個(gè)時(shí)槽的長(zhǎng)度、競(jìng)爭(zhēng)訪問時(shí)段包含的時(shí)槽數(shù)等參數(shù)，并通過超幀開始時(shí)發(fā)出的信標(biāo)幀廣播到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)。在超幀的競(jìng)爭(zhēng)訪問時(shí)段，IEEE802.15.4網(wǎng)絡(luò)設(shè)備使用帶時(shí)槽的CSMA-CA訪問機(jī)制，并且任何通信都必須在競(jìng)爭(zhēng)訪問時(shí)段結(jié)束前完成。在非競(jìng)爭(zhēng)時(shí)段，協(xié)調(diào)器根據(jù)上一個(gè)超幀PAN網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備申請(qǐng)GTS的情況，將非競(jìng)爭(zhēng)時(shí)段劃分成若干個(gè)GTS。每個(gè)GTS由若干個(gè)時(shí)槽組成，時(shí)槽數(shù)目在設(shè)備申請(qǐng)GTS時(shí)指定。如果申請(qǐng)成功，申請(qǐng)?jiān)O(shè)備就擁有了它指定的時(shí)槽數(shù)目。每個(gè)GTS中的時(shí)槽都指定分配給了時(shí)槽申請(qǐng)?jiān)O(shè)備，因而不需要競(jìng)爭(zhēng)信道。IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)要求任何通信都必須在自己分配的GTS內(nèi)完成。超幀中規(guī)定非競(jìng)爭(zhēng)時(shí)段必須跟在競(jìng)爭(zhēng)時(shí)段后面。競(jìng)爭(zhēng)時(shí)段的功能包括使網(wǎng)絡(luò)設(shè)備自由收發(fā)數(shù)據(jù)，調(diào)節(jié)域內(nèi)設(shè)備向協(xié)調(diào)者申請(qǐng)GTS時(shí)段，加入新設(shè)備到當(dāng)前PAN網(wǎng)絡(luò)等。非競(jìng)爭(zhēng)階段由協(xié)調(diào)者指定的設(shè)備發(fā)送或者接收數(shù)據(jù)包。如果某個(gè)設(shè)備在非競(jìng)爭(zhēng)時(shí)段一直處在接收狀態(tài)，那么擁有GTS使用權(quán)的設(shè)備就可以在GTS階段直接向該設(shè)備發(fā)送信息。（2）數(shù)據(jù)傳輸模式LR-WPAN網(wǎng)絡(luò)中存在著三種數(shù)據(jù)傳輸方式：數(shù)據(jù)發(fā)送到協(xié)調(diào)器、數(shù)據(jù)從協(xié)調(diào)器發(fā)出、對(duì)等數(shù)據(jù)傳送。星型拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)中只存在前兩種數(shù)據(jù)傳輸方式，因?yàn)閿?shù)據(jù)只在協(xié)調(diào)器和設(shè)備之間交換；而在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)中，三種數(shù)據(jù)傳輸方式都存在。模式一：數(shù)據(jù)傳送到協(xié)調(diào)器在信標(biāo)和非信標(biāo)模式下，主要區(qū)別是器件是否先要從協(xié)調(diào)器獲得信標(biāo)，接著利用帶時(shí)槽的CSMA/CA來傳送資料。其工作的原理如圖19。圖19數(shù)據(jù)傳送到協(xié)調(diào)器模式二：數(shù)據(jù)從協(xié)調(diào)器傳出在信標(biāo)使能方式中，協(xié)調(diào)器會(huì)利用信標(biāo)中的字段來告知有資料要傳送。而網(wǎng)絡(luò)終端則會(huì)周期性的監(jiān)聽信標(biāo)，如果自己是協(xié)調(diào)器傳送對(duì)象，則該器件利用開槽CSMA/CA將MAC命令請(qǐng)求控制信息傳給協(xié)調(diào)器。在非信標(biāo)使能方式中，終端器件利用無槽CSMA/CA將MAC命令請(qǐng)求控制信息給協(xié)調(diào)器，若協(xié)調(diào)器有數(shù)據(jù)要傳送，也是利用無槽CSMA/CA方式將資料傳出。流程圖如下圖20。圖20數(shù)據(jù)