基于eZ430RF2500的无线温度传感器的设计毕业设计文档格式.docx
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设计网关，实现现场总线和以太网间的连接。
同时，提供温度数据的Web发布功能。
2MSP430单片机介绍
2．1MSP430单片机的用途
单片机技术如今已经渗透到人类生活的方方面面，在家用电器、通信产品等日用电子设备中都可以看见单片机，估计全世界人均有几片单片机，此技术正在积极地影响着人类的生活。
TI公司的MSP430系列是一个超低功耗类型的单片机，特别适合于电池应用的场合或手持设备。
同时，该系列将大量的外围模块整合到片内，也特别适合于设计片上系统；
有丰富的不同型号的器件可供选择，给设计者带来很大的灵活性。
它是一个16位的精简指令架构，有大量的工作寄存器和数据储存器，其RAM单元也可以实现运算。
MSP430系列是众多单片机系列中的一颗耀眼的新星。
2．2MSP430单片机的功能
TI公司的MSP430系列单片机是16位超低功耗微控制器，其中包括一系列器件，它们针对不同的应用而由各种不同的模块组成，这些微控制器被设计为可用电池工作，而且可以有很长的使用时间。
它们具有16位RISC结构，CPU中的16个寄存器和常数发生器使MSP430微控制器能达到最高的代码效率；
灵活的时钟源可以使器件达到最低的功率消耗；
数字控制的振荡器（DOC）可是器件从低功耗模式迅速唤醒，在少于6μs的时间内激活到跳跃的工作方式。
MSP430系列单片机片上集成了丰富的功能模块。
温度传感器终端节点负责温度数据的采集，同时实现温度数据的显示和无线发送。
MSP430系列单片机具有以下一些共同的特点
•低电压、超低功耗
MSP430系列单片机，在1.8-3.6V电压、1MHZ的时钟条件下运行，耗电电流因不同的工作模式而不同；
具有16个中断源，并且可以任意嵌套，使用灵活方便；
用中断请求将CPU唤醒只要6μs，可编制出实时性特别高的源代码；
可将CPU置于省电模式，以用中断方式唤醒程序。
•强大的处理能力
MSP430系列单片机，为16为RISC结构，具有丰富的寻址方式（7中源操作数寻址、4种目的操作数寻址）、简洁的27条内核指令以及大量的模拟指令；
大量的寄存器以及片内数据存储器都可参加多种运算；
还有高效的查表处理方法；
有较高的处理速度，在8MHZ晶体驱动下，指令周期为125μs。
这些特点保证了可编制出高效率的源程序。
•系统工作稳定
上电复位后，首先由DCOCLK启动CPU，以保证程序从正确的位置开始执行，保证晶体振荡器有足够的起振及稳定时间。
然后软件可设置适当的寄存器的控制位来确定最后的系统时钟频率。
如果晶体振荡器在用作CPU时钟MCLK时发生故障，DCO会自动启动，以保证系统正常工作；
如果程序跑飞，可用看门狗将其复位。
•丰富的片内外设
MSP430系列单片机的各成员都集成了较丰富的片内外设。
他们风别是以下一些外围模块的不同组合：
看门狗（WDT）定时器A（Timer-A）定时器B（Timer-B）
比较器串口0、1（USART0、1）硬件乘法器
液晶驱动器10位/12位ADC14位ADC
端口0（P0）端口1-6（P1_P6）基本定时器（BasicTimer）
以上外围模块再加上多种存储器方式就构成了不同型号的器件。
其中，看门狗可以使程序时空是迅速复位；
比较器进行模拟电压的比较，配合定时器可以设计为A/D转换器；
定时器具有捕获/比较功能，可用于时间技术、时序发生、PMW等；
有的器件更具有两个串口，可方便地实现多机通信等应用；
具有较多的并行端口，最多可达200Kbps，能满足大多数数据采集应用；
能直接驱动液晶多达120段。
MSP430系列单片机的这些片内外设为系统的单片解决方案提供了极大的方便。
•方便高效的开发环境
目前MSP430系列有4种类型器件：
OTP型、FLASH型、EPROM型和ROM型。
这些器件的开发手段不同。
对于OTP型和ROM型的器件是用相对应的EPROM型器件作为开发片，或使用仿真器开发成功之后再烧写或掩膜芯片；
而对于FLASH型则有十分方便的开发调试环境，因为器件片内有JTAG调试接口，还有可电擦写的FLASH存储器，因此采用先下载程序到FLASH内，再在器件内通过软件控制程序的运行，由JTAG就扣读取片内信息供设计者调试使用的方法进行开发。
这种方式只需一台PC机和一个JTAG调试器，而不需要仿真器和编程器。
开发语言有汇编语言和C语言。
2．3MSP430F2274的介绍
MSP430F2274单片机是由TI公司生产一种16位的单片机，综合比较，本设计将采用之。
其内部带有10位A/D,1.8～3.6V的工作电压,5种低功耗省电模式,从待机到唤醒的响应时间不超过1μs,片内高频时钟源,频率高达16MHZ,内部还有低功耗低频振荡器VLO,32KHZ晶振模块。
除此,其还具有非常强的处理能力,非常适合一些对处理要求比较高的嵌入式系统。
因此,MSP430F2274单片机在许多领域内得到了广泛的应用。
2．3．1MSP430F2274的16位CPU
MSP430F2274系列采用的是“冯-诺依曼”结构，ROM和RAM在同一地址空间，使用一组地址数据总线。
中央处理单元CPU采用了精简的、高透明的、高效率的正交设计。
他包括：
一个16位的ALU、16个寄存器和一个指令控制单元。
16个寄存器中有4个为特殊用途，他们分别是：
程序计数器、堆栈指针、状态寄存器和常数发生器。
程序流程通过程序计数器控制，而呈现执行的现场状态体现在程序状态字中那个。
表1.1对16个寄存器做了简要的说明。
1.程序计数器PC
MSP430的指令根据其操作数的多少，其指令长度分别为1、2或3字长。
程序计数器PC的内容总是偶数，指向偶字节地址。
其内容在调试程序是，可通过寄存器窗口查看。
2.堆栈指针SP
系统堆栈在系统调用子程序或进入中断服务程序是，保护程序计数器PC。
堆栈指针SP总是指向堆栈的顶部。
系统在将数据压入堆栈时，总是先将堆栈指针SP的值减2，然后再将数据送到SP所指的RAM单元。
讲数据从堆栈中弹出正好相反：
先将数据从SP所指示的内存单元取出，再将SP的值加2.堆栈的操作有两种情况：
隐式与显式。
系统对堆栈的操作为隐式，主要为自动保存PC的数值。
在用户程序中那个也可对SP操作。
简写
功能
RO
R1
R2
R3
R4
…
R15
程序计数器PC，指示下一条将要执行的指令的地址
堆栈指针SP，指向堆栈的栈顶
状态寄存器SR/常数发生器CGI
常数发生器CG2
通用工作寄存器R4
……
通用工作寄存器R15
表2.1MSP430F2274的CPU的16个寄存器
3.状态寄存器SR
状态寄存器记录程序执行过程中的现场情况，在程序设计中有相当重要的地位。
MSP430F2274的状态几寸器为16位，目前只用到前9位，其结构如下：
15～9876543210
保留
V
SCG1
SCG0
OscOff
CPUOFF
GIE
N
Z
C
位0C进位标志当运算结果产生进位时置位，否则复位。
位1Z零标志当运算结果为0时置位，否则复位。
位2N负标志当运算结果为负时置位，否则复位。
位3GIE中断控制位置位允许中断，复位禁止所有的中断。
该位中断复位，RETI指令置位，也可以用哪个指令改变。
位4CPUOFFCPU控制位置位使CPU进入关闭模式，此时除了RAM内容、端口、寄存器保持外，CPU处于停止状态，可用所有允许的中断将CPU从此状态唤醒。
位5OscOff晶振控制位置位使晶体振荡器处于停止状态，CPU从此状态唤醒；
只有在GIE置位的情况下，由外部中断或NMI唤醒。
要设置OscOff=1，必须同时设置CPUOFF=1.
位6SCG0此位与位7一起控制系统时钟发生器的4中活动状态。
位7SCG1此位与位6一起控制系统时钟发生器的4中活动状态。
位8V当算术运算结果超出有符号数范围时置位。
4.常数发生器CG1和CG2
在16个寄存器中R2和R3位常数发生器，利用CPU的27调内核指令配合常数发生器可以生成一些见解高效的模拟指令。
表1.2列出了CG1和CG2可以产生的常数。
寄存器
As
常数
说明
00
01
10
11
--
（0）
00004H
00008H
0000H
00001H
0002H
0FFFFH
寄存器模式
绝对寻址模式
+4，位处理
+8，位处理
1，字处理
+1
+2，位处理
-1，字处理
表2.2CG1和CG2可以产生的常数
5.通用工作寄存器
R4～R15为通用工作寄存器。
MSP430F2274的通用寄存器是430活动的打不风场所，可以执行算术逻辑运算，也可以作为临时的暂存单元；
可以字操作，也可以字节操作。
MSP430F2274指令的寻址方式包括立即寻址、索引寻址和绝对寻址。
这4种寻址方式均可用于源操作数，而索引、符号和绝对寻址方式只可以用于目的操作数。
源操作数和目的操作数的指令集需占用代码存储器中的1～3个字。
2．3．2MSP430F2274的存储器组织
MSP430F2274的存储空间采用“冯-诺依曼”结构，ROM和RAM在同一地址空间，使用一组地址数据总线。
存储空间的组织又分大模式和小模式。
在小模式时，总的寻址空间为64KB；
大模式时，总的寻址空间为1MB。
小模式时采用线性寻址空间；
大模式时代码可访问16个64KB的代码段，数据可访问的地址空间为16个64KB的页，即为分段分页方式。
当存储器组织为64KB或更少时采用小模式，地址空间为最低的64KB，而目前的器件都设计成小模式，最大的程序存储空间60KB空间中。
现在只讨论64KB存储空间的使用情况。
由于采用“冯-诺依曼”结构，ROM和RAM在同一地址空间，从00000H～0FFFFH这一段范围内从低到高分别是：
特殊功能寄存器、外围模块、数据存储器、程序存储器和中断向量表。
数据存储器RAM
MSP430F2274的数据存储器位于存储器地址空间的0200H以上，这些存储器一般用做数据的保存与堆栈，同时也是数据运算的场所，在特殊场合还可以用作程序存储器。
可以字操作，也可以字节操作，通过指令后缀加以区别。
但用做程序存储器时只能字操作。
在字节操作时，每8位为一个操作单位；
在字操作时，每两个字节为一个操作单位，而且对准偶地址操作。
MSP430F2274为FLASH型的器件，它还有信息存储区，也可以当做数据RAM使用，同时它是FLASH型，掉电后数据部丢失，可以保存重要参数。
程序存储器ROM
程序ROM区位0FFFFH以下一定数量存储空间，可存放指令代码和数据表格。
程序代码必须偶地址寻址。
程序代码可分为3种情况：
中断向量区、用户程序代码及系统引导程序。
中断向量区用来说明相应中断的中断服务程序首地址。
2．3．3MSP430F2274的寻址模式
MSP430F2274有7种寻址方式，其中源操作数可用全部的7种方式寻址，而目的操作数只有4种方式寻址。
但他们都可访问整个地址空间，由AS和AD模式位的内容确定，这7种方式分别是：
1.寄存器寻址模式
2.变址寻址模式
3.符号模式
4.绝对寻址模式
5.间接寻址模式
6.间接增量寻址模式
7.立即寻址模式
2．4MSP430F2274的原理图
图2.1为MSP430F2274的引脚图
图2.1MSP430F2274的引脚出线图
图2.2为MSP430F2274的结构框图
图2.2MSP430F2274的结构框图
3无线射频芯片CC2500
CC2500芯片是Chipcon公司的第四代产品，工作频率为2.4GHz，符合IEEE802.15.4规范。
CC2500基于Chipcon公司的SmartRF03技术，以0.18,noCMOS工艺制成。
只需极少外部元器件，性能稳定且功耗极低。
CC2500具有片上载波感应指示灯和数字RSSI输出，有助于提高无线链路的质量。
自动消除通道评价功能（CCA）使其更适用于载波侦听（Listen-Before-Talk,LBT）系统。
而且CC2500。
可通过扫描2.4GHz的数字RSS91寻找最佳工作通道.CC2500采用4x4mm20引脚QFP封装，由于外形小，而且需要的外部元件数量少，因此适合开发小型2.4GHz产品。
CC2500的选择性和敏感性质数超过了IEEE802.15.4标准的要求，可确保短距离通信的有效性和可靠性，且其数据传输速率最高可达500kpbs，因此可以实现多点对多点的快速组网。
3．1CC2500的性能参数
CC2500的主要性能参数如下所示:
1）采用QLP封装，尺寸为4X4mm;
2）工作频带范围:
2400MHz-2483.5MHz
3）数据传输速率为500kpbs;
4）低电流消耗（RX:
15.6MA）.高灵敏度（-98dBm）;
5）所需外围元件很少;
6）抗干扰能力强:
7）采用低压供电（2.1V-3.6V）;
8）与微处理器的接口配置容易（4总线SPI接口）;
9）开发工具齐全，提供开发套件
图3.1为CC2500的引脚接线图
图3.1CC2500引脚图
3．2CC2500的内部结构
图3-2是CC2500的内部结构示意图。
CC2500从天线接收到射频信号时，首先经过低噪声放大器（LowNoiseAmplifier,LNA），然后在正交下变频到2MHz的中频上，形成中频信号的同向分量和正交分量。
两路信号经过滤波和放大后，直接通过模数转换器（AnalogtoDigitalConverter,ADC）转换成数字信号。
后续的处理，如自动增益控制、最终信道选择、解扩以及字节同步等，都是以数字信号的形式处理。
当CC2500的SFD引脚为低电平时，表示接收到了物理帧的SFD字节.接收到的数据存放在128字节的接收FIFO缓存区中，帧的CRC校验由硬件完成。
CC2500的FIFO缓存区保存MAC帧的长度、MAC帧头和MAC帧负载数据三个部分，而不保存帧校验码。
CC2500发送数据时，数据帧的前导序列、帧的起始分隔符以及帧检验序列由硬件产生;
接收数据时，这些部分只用于帧同步和CRC校验，而不会保存到接收FIFO缓存区。
CC2500发送数据时，使用直接正交上变频。
基带信号的同相分量和正交分量直接被数模转换器转换为模拟信号，通过低通滤波器后，直接变频到设定的信道上。
图3-2CC2500的内部结构示意图
4ZigBee协议栈研究
本章介绍的是基于IEEE802．15．4的无线网络标准ZigBee协议栈，简单讲解ZigBee的MAC以及PHY层（即IEEE802．15．4定义），比较详细地讲解由ZigBee联盟所定义的ZigBee协议栈网络层和应用层。
4．1ZigBee协议栈概述
ZigBee技术是一个具有统一技术标准的短距离无线通信技术。
ZigBee协议栈由一组子层构成，每层为其上层提供一组特定的服务：
一个数据实体提供数据传输服务，一个管理实体提供全部其他服务。
每个服务实体通过一个服务接入点（SAP）为其上层提供服务接口，并且每个SAP提供了一系列的基本服务指令来实现相应的功能。
图4.1Zigbee体系结构模型
ZigBee协议栈的体系结构如图3．1所示。
它是基于标准的开放式系统互联（OSI）模型，但仅对那些涉及ZigBee的层予以定义。
IEEE802．15．4-2003标准定义了最下面的两层：
物理层（PHY）和介质接入控制子层（MAC）。
ZigBee联盟提供了网络层和应用层（APL）框架的设计，其中应用层的框架包括了应用支持子层（APS）、ZigBee设备对象（ZDO）和由制造商制订的应用对象。
IEEE802．15．4在工业科学医疗（ISM）领域，定义了两个工作频段：
2．4GHz频段和868／915MHz频段。
在IEEE802．15．4中，总共分配了27个具有3种速率的信道：
在2．4GHz频段有16个速率为250kb／s的信道；
在915MHz频段有lO个40kb／s的信道；
在868MHz频段有一个20kb／s的信道。
这些信道的中心频率按如下定义（k为信道数）
一个IEEE802．15．4可以根据ISM频段、可用性、拥挤状况和数据速率在27个信道中选择一个工作信道。
从能量、成本和效率来看，不同的数据速率能为不同的应用提供较好的选择。
来自IEEE802．15．4物理层协议数据单元（PPDU）的二进制数据被依次（按字节从低到高）组成4位二进制数据符号，每种数据符号（对应16状态组中的一组）被映射成32位伪噪声码片（CHIP），以便传输。
然后这个连续的伪噪声CHIP序列被调制（采用最小键控方式）到载波上，即采用半正弦脉冲波形的偏移正交相移键控（OOPSK）调制方式。
IEEE802．15．4MAC层提供两种服务：
MAC层数据服务和MAC层管理服务。
管理服务通过MAC层管理实体（MLME）服务接入点（SAP）访问高层，MAC层数据服务使MAC层协议数据单元（MPDU）的收发可以通过物理层数据服务。
IEEE802．15．4MAC层的特征有信标管理、信道接入机制、保证时隙（GTS）管理、帧确认、确认帧传输、节点接入和分离。
ZigBee的网络层主要用于ZigBee网络的组网连接、数据管理以及网络安全等，而应用层主要用于对ZigBee技术的实际应用提供一些应用框架模型等。
低速率的无限个局域网允许使用超帧结构。
超帧的格式由传感器网络的协调器定义，超帧被分为16个大小相等的时隙n别，由协调器发送，如图4．2所示。
每个超帧之间由网络信标分隔。
信标可用来使接入的设备同步，描述超帧结构。
任何想要在竞争接入时段（CAP）通信的设
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