通信原理課程設(shè)計(jì)報(bào)告

通信原理課程設(shè)計(jì)報(bào)告內(nèi)容一、 課程設(shè)計(jì)目的掌握通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。熟悉常用電路圖繪制和PCB板設(shè)計(jì)工具。熟悉MSP430和常用單片機(jī)的原理和系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。熟悉無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的組成及各部分的工作原理。設(shè)計(jì)內(nèi)容、技術(shù)條件和要求二、 課程設(shè)計(jì)內(nèi)容和基本要求：設(shè)計(jì)完成由MSP430單片機(jī)+無(wú)線芯片+傳感器組成的無(wú)線傳感器模塊，給出應(yīng)用系統(tǒng)的工作過(guò)程。三、 無(wú)線溫濕度傳感器的總體硬件方案設(shè)計(jì)無(wú)線溫濕度傳感器基于MPS430F2274單片機(jī)，由MSP430F2274單片機(jī)及外圍電路組成的數(shù)據(jù)處理模塊、基于無(wú)線芯片nRF2401的無(wú)線數(shù)據(jù)通信模塊和基于SHT11數(shù)字溫濕度傳感器的數(shù)據(jù)采集模塊三大部分組成。各模塊功能分析如下：數(shù)據(jù)處理模塊：負(fù)責(zé)控制整個(gè)無(wú)線溫濕度傳感器的數(shù)據(jù)處理操作、功耗管理以及任務(wù)管理等；在系統(tǒng)中，我采用了具有強(qiáng)大功能的超低功耗16位單片機(jī)MSP430F2274，它的豐富的片內(nèi)外設(shè)可使整個(gè)電路變得異常簡(jiǎn)化，減少了整個(gè)系統(tǒng)的功耗和體積。在單片機(jī)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊等電路。數(shù)據(jù)采集模塊：負(fù)責(zé)采集溫濕度環(huán)境中的信息并完成數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，采集的信息包含溫度、濕度、光強(qiáng)度、加速度和大氣壓力等；采用高精度的數(shù)字溫濕度傳感器SHT11對(duì)環(huán)境溫濕度進(jìn)行檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境溫濕度的測(cè)控。無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊：負(fù)責(zé)與其他節(jié)點(diǎn)進(jìn)行無(wú)線通信，交換控制消息和收發(fā)采集數(shù)據(jù)；本模塊選擇了穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)的nRF2401芯片?？傮w設(shè)計(jì)框圖如圖1（）（手畫）所示：四、 無(wú)線溫濕度傳感器的硬件電路設(shè)計(jì)（一）、基于無(wú)線芯片nRF2401的無(wú)線數(shù)據(jù)通信模塊的設(shè)計(jì)nRF2401芯片工作于2.4GHz全球開放ISM頻段,125個(gè)頻道，滿足多點(diǎn)通信和跳頻通信需要,工作速率0?1Mb/s，最大發(fā)射功率0dBm，外圍元件極少，內(nèi)置硬件CRC（循環(huán)冗余校驗(yàn)）和點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)通信地址控制，集成了頻率合成器，晶體振蕩器和調(diào)制解調(diào)器由于nRF2401的供電電壓范圍為1.9?3.6V,為了使芯片正常工作，需要進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換和分壓處理。單電源供電時(shí)，采用MAXIM公司的MAX884芯片進(jìn)行5V23.3V電平轉(zhuǎn)換。電平轉(zhuǎn)換電路如圖2所示：?jiǎn)纹瑱C(jī)通過(guò)PWM_UP,CE,CS三端設(shè)置nRF2401的工作模式,nRF2401有四種工作模式如表1所示： 表1 nRF2401的四種工作模式模式PWRCECS工作模式（發(fā)送/接收）110配置模式101待機(jī)模式100掉電模式0xx配置模式時(shí)單片機(jī)通過(guò)CLK1和DATA端向nRF2401發(fā)送配置字，發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)通過(guò)CLK1和DATA端向nRF2401發(fā)送地址和數(shù)據(jù)，接收數(shù)據(jù)時(shí)通過(guò)CLK1和DATA端從nRF2401讀取數(shù)據(jù),DR1是nRF2401通知單片機(jī)已經(jīng)接收到數(shù)據(jù)并且可以讀取的狀態(tài)信號(hào)。CLK2、DOUT和DR2端為通道二保留使用,nRF2401可以同時(shí)接收兩路信號(hào)。nRF2401無(wú)線數(shù)傳輸模塊原理圖如圖3所示：（二）、基于SHT11數(shù)字溫濕度傳感器的數(shù)據(jù)采集模塊的設(shè)計(jì)SHT11傳感器包括一個(gè)電容性聚合體濕度敏感元件、一個(gè)用能隙材料制成的溫度敏感元件,并在同一芯片上，與14位的A/D轉(zhuǎn)換器以及串行接口電路實(shí)現(xiàn)無(wú)縫連接。每個(gè)傳感器芯片都在極為精確的濕度腔室中進(jìn)行標(biāo)定，以鏡面冷凝式濕度計(jì)為參照。校準(zhǔn)系數(shù)以程序形式存儲(chǔ)在OTP內(nèi)存中,在校正的過(guò)程中使用。兩線制的串行接口，使外圍系統(tǒng)集成變得快速而簡(jiǎn)單。微小的體積、極低的功耗,使其成為各類應(yīng)用的首選。其原理框圖如圖4（手畫）所示：SHT11與微控制器的連接，即為SHT11的串行接口電路與微控制器的連接SHT11與微控制器的接口連接圖如圖5(手畫)：串行時(shí)鐘輸入(K):SCK用于微控制器與SHT11之間的通信同步。430MCU(主機(jī))GNDVdd(2.4-5.5V)DATASCKSHT1X(從機(jī))Vdd由于接口包含了全靜態(tài)邏輯，因而不存在最小的SCK頻率限制。即微控制器可以以任意慢的速度與SHT11通信。串行數(shù)據(jù)(TA):DATA三態(tài)引腳是內(nèi)部的數(shù)據(jù)的輸出和外部數(shù)據(jù)的輸入引腳。DATA在SCK時(shí)鐘的下降沿之后改變狀態(tài),并在SCK時(shí)鐘的上升沿有效。即微控制器可以在SCK的高電平段讀取有效數(shù)據(jù)。在微控制器向SHT11傳輸數(shù)據(jù)的過(guò)程中，必須保證數(shù)據(jù)線在時(shí)鐘線的高電平段內(nèi)穩(wěn)定。為了避免信號(hào)沖突，微控制器僅將數(shù)據(jù)線拉低，在需要輸出高電平的時(shí)候，微控制器將引腳置為高阻態(tài)，由外部的上拉電阻(例如：10k將信號(hào)拉至高電平。SHT1X系列是單片集成的溫濕度傳感器，所有的信號(hào)調(diào)理都在芯片內(nèi)部完成，簡(jiǎn)化外部電路設(shè)計(jì)，同時(shí)增強(qiáng)系統(tǒng)工作的可靠性，并且這種傳感器將溫度和濕度檢測(cè)融合在一起，降低總體成本。當(dāng)需要同時(shí)檢測(cè)溫度和濕度值時(shí)，采用SHT1X系列傳感器是一種不錯(cuò)的選擇。SHT1X系列中不同的子型號(hào)對(duì)應(yīng)不同的測(cè)量精度，適應(yīng)不同的系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。對(duì)于一些高速的應(yīng)用，還可以使用軟件降低測(cè)量精度，以提高檢測(cè)速度?；赟HT11數(shù)字溫濕度傳感器的數(shù)據(jù)采集模塊的原理圖如圖6所示。、MSP430F2274單片機(jī)及外圍電路組成的數(shù)據(jù)處理模塊的設(shè)計(jì)MSP430F2274簡(jiǎn)介微處理器采用TI公司的MSP430F2274單片機(jī)。MSP430系列單片機(jī)是一種超低功耗的混合信號(hào)控制器，能夠在低電壓下以超低功耗狀態(tài)工作；其控制器具有強(qiáng)大的處理能力和豐富的片內(nèi)外設(shè)；帶FLASH存儲(chǔ)器的單片機(jī)還可以方便高效地進(jìn)行在線仿真和編程。MSP430系列單片機(jī)最顯著的特點(diǎn)就是它的超低功耗，在1.8?3.6V電壓、1MHz的時(shí)鐘條件下運(yùn)行，耗電電流在0.1?400mA之間，RAM在節(jié)電模式耗電為0.1uA，待機(jī)模式下僅為0.7uA。MSP430F2274的結(jié)構(gòu)框圖如圖7(手畫)所示：(①)特點(diǎn)低工作電壓：1.8?3.6V超低功耗：活動(dòng)模式250pA@1MHz,2.2V;待機(jī)模式0.7pA;掉電模式(RAM數(shù)據(jù)保持)0.川A。5種節(jié)電模式。從待機(jī)到喚醒的響應(yīng)時(shí)間不超過(guò)川s。十六位精簡(jiǎn)指令結(jié)構(gòu)，62.5n秒的指令執(zhí)行周期?；緯r(shí)鐘模塊配置：片內(nèi)高頻時(shí)鐘源，頻率高達(dá)16MHZ并存有四個(gè)已經(jīng)校正的頻率參數(shù)存在在FLASH的信息段A中，其誤差在±1%以內(nèi)。內(nèi)部還有低功耗低頻振蕩器VLO32KHZ晶振模塊外部數(shù)字時(shí)鐘源帶有三個(gè)捕獲/比較器的16位定時(shí)器Timer_A，Timer_B通用串行通訊接口：增強(qiáng)型的異步通訊，支持波特率自動(dòng)檢測(cè)。紅外編/解碼器同步通訊SPII2CLIN10位，200-kspsA/D轉(zhuǎn)換器帶有內(nèi)部參考源、采樣保持、自動(dòng)掃描特性和數(shù)據(jù)傳送控制器2個(gè)可編程的運(yùn)放OA0,OA1掉電檢測(cè)(BrownoutDetector)FLASH存儲(chǔ)器高達(dá)32KB，RAM高達(dá)1KB。調(diào)試接口串行在系統(tǒng)編程，無(wú)需外加編程電壓，可選擇燒斷熔絲來(lái)保護(hù)代碼內(nèi)置自啟動(dòng)引導(dǎo)程序(BootstrapLoader)在線仿真模塊Spy-Bi-Wire4-WireJTAG(?)單片機(jī)MSP430F2274的外圍電路設(shè)計(jì)單片機(jī)MSP430F2274外圍電路的主要功能為：1、應(yīng)用單片機(jī)I/O口與SHT11相連控制其對(duì)溫濕度數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)傳輸。2、與無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊相連，達(dá)到數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸及探測(cè)4、完成與JTAG、單片機(jī)復(fù)位、晶振電路等擴(kuò)展模塊的連接。單片機(jī)MSP430F2274系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)如圖8所示。五、 通信軟件流程工程文件的建立啟動(dòng)IAR編譯軟件進(jìn)入IAREmbeddedWorkbench界面，點(diǎn)擊“embededworkbenchstartup”對(duì)話框中的“Createnewprojectincurrentworkspace”或點(diǎn)擊Project>CreateNewProject。此時(shí)回彈出對(duì)話框，在此對(duì)話框中選擇您所要建立的工程類型，一般我們選asm或C，選擇好后按“OK”，到您所需的路徑并輸入工程文件名(*.PRJ)，點(diǎn)擊“保存”，一個(gè)工程就這樣建立完畢了。如果在已經(jīng)有源文件的情況下，也可以建了一個(gè)空的工程，就選“Emptyproject”，同樣點(diǎn)“保存”就建立了一個(gè)空的工程。源程序(*?S43/*,C)的加載在workspace中右鍵點(diǎn)擊當(dāng)前項(xiàng)目，選Add->AddFile，從源程序所在路徑選擇源程序(*.S43/*.C)，點(diǎn)擊"打開"加載。項(xiàng)目參數(shù)設(shè)置進(jìn)入葫日EmbeddedWorkbench界面的主菜單Projiec->Option,在“Category”選擇“GeneralOptions”，在右邊的對(duì)話框中選擇“Target”頁(yè)，在此頁(yè)的“Device”欄中選擇主芯片型號(hào)。再到左邊的“Category”中選擇“Debugger”，右邊顯示如圖2.5。在“driver”欄中有兩個(gè)選項(xiàng)是“simulator”和“FETDebugger”，前者是軟件仿真，后者是硬件仿真。硬件調(diào)試時(shí)選擇“FETDebugger”。再選擇左邊的“FETDebugger”來(lái)選擇調(diào)試工具類型，如圖2.6所示。在“Connection”欄中選擇“Lpt”。這樣整個(gè)工程設(shè)置完成了，可以進(jìn)入下一步調(diào)試了。源程序下載在IAREmbeddedWorkbench界面，點(diǎn)擊Debugger下載程序，如下載正常會(huì)出現(xiàn)圖2.7所示界面，然后即可以進(jìn)行仿真。如出現(xiàn)錯(cuò)誤，必須回到IAREmbeddedWorkbench界面修改，修改完畢后重新進(jìn)行編譯、下載。仿真調(diào)試在仿真界面,可以