通信新技术实验报告.docx

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通信新技术实验报告

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学院名称：

专业：

班级：

姓名：

学号：

指导老师：

2012年3月

实验一Jennic-WSN开发环境1

实验二GPIO及LCD使用实验4

实验三简单点对点无线通信实验8

实验四两个EndDevice之间的无线通信实验14

实验五DIO中断实验18

实验六定时器实验23

实验七UART实验27

实验八ADC及数据采集实验32

实验九休眠和掉电保护实验38

心得体会44

附录45

实验一Jennic-WSN开发环境

一、实验内容

1.熟悉基于JN5139芯片所开发的一系列开发板及外围部件；

2.了解zigbee系统；

3.掌握软件的安装与调试；

4.熟悉常用API接口函数。

二、实验原理

1．JN5139最小系统及外围部件

基于JN5139芯片所设计的最小系统。

SPISSZ与SPISSM连接，SPISWP接高电平，JN5139上电自动复位或按键复位，SPIMISO为编程控制端，与复位按键配合使用，经DIO6、DIO7实现程序BIN文件的下载。

JN5139模块提供如下外围部件功能：

5个主SPI选择口；

2个UART串口；

2个带捕获比较功能的可编程定时器计数器；

2个可编程睡眠定时器和1个滴答定时器；

两线串口（兼容SMbus和I2C）；

从SPI接口（与数据IO共享）；

21个数据IO口（与UART串口、定时器及SPI选择复用）；

4通道12位100kbps模数转换输入；

2个11位数模转换输入；

2个可编程模拟比较输入；

内部温度传感及电压监控。

2.开发板

基于JN5139芯片所设计的WSN开发板，其部件如下：

U1:

JN5139系列Zigbee模块；

U2:

板载光照度传感器；

U3:

板载温湿度一体传感器；

J3:

外供电（5VDC）接口；

Swith:

供电开关；

J7:

编程与运行状态选择，左跳并给传感器板加电，则进入可编程状态，或者在加电的情况下，按住RESET按钮，左跳J7，然后放开RESET按钮，再右跳J7，也可进入可编程状态，退出可编程状态，只需要按一下RESET按钮即可；

J8:

Flash写保护跳选，编程与运行都跳选到RUN（右跳）；

DB9:

RS232编程接口；

UART0:

串口0；

JP6:

模块所有管脚的引出排线；

LCD:

液晶接口；

Power:

电源指示灯；

REST:

复位按键；

LED3,LED2,LED1,LED0：

可编程LED，分别对应DIO19、DIO18、DIO17、DIO16；

SW3,SW2,SW1,SW0：

可编程按键，分别对应DIO20、DIO11、DIO10、DIO9；

GND:

地。

3.软件的安装与调试

（1）建立开发环境

在光盘中找到software文件夹下的JN-SW-4031-SDK-Toolchain-v1.1.exe文件（或者在Jennic公司网站上获得该文件）并运行。

在安装过程中，最简单的方法是按默认设置安装。

（2）编写程序代码并进行下载与调试

编写代码完成后，可按Ctrl+F9快捷键或选择主菜单Build下的Build子菜单或点击图标建立可执行二进制代码文件。

若工程编译（Build）成功，则可在C:

\Jennic\cygwin\jennic\SDK\Application

\test\JN5139_Build\Release目录下生成test.bin文件。

否则，出错信息会显示在信息窗口中，根据出错信息调试程序。

JennicJN51xxFlash可编程器是用来将编译好的二进制代码文件（*.bin）下载到JN51xx模块中的Flash芯片的代码下载工具，它通过串行总线与JN51xx模块相连。

JennicJN51xxFlash可编程器的用户界面如图1-18所示，它可以将*.bin文件下载到目标板或模块中，下载步骤如下：

a．用串口线连接PC机和目标板或模块。

b．运行Flash可编程器，选择PC机与目标板相连的串行通讯端口。

c．将目标板上的J7跳线至编程（左侧）状态，给目标板上电，按一下RESET按钮后释放，再恢复J7跳线至右侧。

d．在图1-18所示的Flash可编程界面上点击Browse按钮（图中①处）查找并选择要下载的目标文件。

e．选择好目标文件后，点击Progrm按钮（图中②处）开始下载。

在下载的过程中会显示一个下载的进度条，如图1-19所示。

当下载完成后，将显示下载成功或错误，如图1-20所示下载成功对话框。

如果遇到错误，请尝试重新下载。

f．成功下载后，关掉Flash可编程器再给目标板或模块上电、或按Reset按钮，则刚下载的代码自动运行。

4.常用API接口函数介绍

（1）应用程序初始化函数如下：

AppColdStart（）

应用程序的入口，相当于标准C中的main函数，结点上电后将从这里开始执行应用程序。

该函数需要完成以下功能：

1.通过设置函数中的参数值来设置信道号（JZS_sConfig.u32Channel）和PANID（JZS_sConfig.u16PanId）;2.调用函数JZS_u32InitSystem（TRUE）来初始化ZigBee协议栈；3.调用函数vInit（）对用户的应用进程进行初始化，包括初始化按钮动作和程序变量，设定绑定等操作；4.调用bBosRun（TRUE）来启动操作系统BOS。

用户可根据具体的应用设计该函数。

AppWarmStart（）

结点从内存供电的休眠模式唤醒的时候将进入这个函数。

启动后所有的内存数据都没有丢失。

如果设备不需要休眠唤醒功能，这个函数可以为空。

用户可根据具体的应用设计该函数。

一般情况下，该函数会调用AppColdStart（）重新启动设备。

（2）应用程序调用协议栈的函数如下：

JZS_u32InitSystem（）

初始化JennicZigBee协议栈。

JZS_vStartStack（）

设备将作为Coordinator、Router或者EndDevice启动。

如果是Coordinator将启动网络，如果是Router或者EndDevice将加入网络。

JZS_vStartNetwork（）

手动控制Coordinate网络启动，相对于自动网络启动，使用该功能，需要设置JZS_sConfig.bAutoJoin=FALSE.该函数执行后，返回的协议栈事件为JZS_EVENT_NWK_STARTEDJZS_EVENT_FAILED_TO_START_NETWORK。

vAppSaveContexts（）

保存网络参数以及用户的数据，如果你的应用是固定点的话，建议你进行网络参数的保存。

u16AppGetContextSize（）

用来获取保存的网络参数以及用户数据的尺寸。

vAppGetContexts（）

读取保存的网络参数的内容。

（3）协议栈调用应用函数的函数如下：

JZA_boAppStart（）

让用户可以在协议栈启动前定义endpoint的descriptor，通常开发人员应该在这个函数中调用JZS_vStartStack启动协议栈。

JZA_vStartEvent（）

协议栈将通过这个函数反馈网络层的一些网络事件，比如网络启动成功、结点加入成功或者数据发送完成等。

JZA_vPeripheralEvent（）

该函数主要用来处理外部的硬件中断，比如按钮、定时器、UART等。

JZA_vAppEventHandler（）

BOS周期性地调用该函数处理硬件中断。

用户可以利用它进行网络状态的判断和按钮的检查等，也可以在这个函数中，写入自己的应用程序。

在设计该函数时，要尽可能地使其运行时间短，以便BOS调度其他活动事件。

JZA_vAppDefineTasks（）

该函数用于向BOS注册自己的用户任务，一般很少使用该函数。

JZA_bAfMsgObject（）

收到其他结点发送来的MSG帧的处理函数。

实验二GPIO及LCD使用实验

一、实验内容

1．运用基本GPIO函数设计一个程序，分别通过各按键切换对应LED亮灭状态。

2．设计一个程序，实现LED自动闪烁，周期为1秒。

3．设计一个程序，按下按键SW0，LCD显示数据加1；按下按键SW1，LCD显示数据减1。

二、实验原理

1.GPIO使用

Jennic的模块具有21路通用的GPIO，可以通过软件的方式进行设置，这些GPIO口和其他的外围接口是共用的。

其共用关系如表2-1所示：

表2-1：

IO口和其他的外围接口共用关系

DIO引脚

共用关系

DIO0

SPI从选择1（输出）

DIO1

SPI从选择2（输出）

DIO2

SPI从选择3（输出）

DIO3

SPI从选择4（输出）

DIO4-DIO7

UART0

DIO8-DIO10

Timer0

DIO11-DIO13

Timer1

DIO14-DIO15

Serialinterface

DIO16

IPdatain

DIO17-DIO20

UART1

常用函数：

（1）对于GPIO的操作首先需要调用vAHI_DioSetDirection来进行GPIO输入输出方向的设置。

该函数的原型如下：

PUBLICvoidvAHI_DioSetDirection（uint32u32Inputs,uint32u32Outputs）;

这里u32Inputs和u32Outputs是设置GPIO输入和输出地mask码。

（2）对于GPIO的输出操作比较简单，通过调用如下原型函数：

PUBLICvoidvAHI_DioSetOutput（uint32u32On,uint32u32Off）;

这里u32On和u32Off分别是设置GPIO输出高、低电平的掩码。

（3）对于GPIO的输入操作，通常调用如下原型函数：

PUBLICuint32u32AHI_DioReadInput（void）;

返回值对应每个输入DIO的高低电平。

2．LED使用

LED驱动库文件提供了LED的控制方法，在LedControl.）；

3．按键使用

按键驱动库文件提供了按键的控制方法，在Button._s*pauTransactions,

APS_TxOptions_eu8txOptions,

NWK_DiscoverRoute_eeDiscoverRoute,

uint8u8RadiusCounter）;

各形参描述如下：

eAddrMode：

该参数定义了发送的目标地址模式，它是APS_Addrmode_e枚举类型的数据。

u16AddrDst：

该参数是数据要发送的目标地址，地址范围为0x0000到0xFFFE。

u8DstEP：

目标地址的端口号，范围是0x01到0xF0。

u8SrcEP：

源地址的端口号，范围是0x01到0xF0。

u16Profileid：

所采用的profileID。

u8ClusterId：

所采用的clusterID。

eFrameType：

使用的数据帧类型0x01=KVP，0x02=MSG。

u8TransCount：

本次请求发送的数据事务的数量。

取值范围在0到0x0f。

pauTransactions：

该参数是一个指向AF_Transaction_s结构体类型的指针，在该结构体类型的变量中，存放着需要发送的数据。

bTxOptions：

指定发送方式，可以选择下列的值，这些值可以进行逻辑或。

u8DiscoverRoute：

设定所采用的路由发现模式。

u8RadiusCounter：

数据发送的深度，即所发送数据包的最大转发次数，如果设置为0，协议栈将采用2倍的MaxDepth发送深度。

4.收到MsgObject调用的函数JZA_bAfMsgObject（）

该函数属于协议栈调用应用程序的函数，用来处理来自其他结点发送来的MSG帧。

该函数的原型为：

PUBLICbool_tJZA_bAfMsgObject（APS_Addrmode_eeAddrMode,

uint16u16AddrSrc,

uint8u8SrcEP,

uint8u8LQI,

uint8u8DstEP,

uint8u8ClusterID,

uint8*pu8ClusterIDRsp,

AF_Transaction_s*puTransactionInd,

AF_Transaction_s*puTransactionRsp）

各形参描述如下：

eAddrMode：

该参数定义了发送的目标地址模式，它是APS_Addrmode_e枚举类型的数据.

u16AddrSrc：

该参数是数据发送方的源短地址，地址范围为0x0000到0xFFFE。

u8SrcEP：

源端口号，范围是0x01到0xF0。

u8LQI：

接收帧的链路质量。

u8DstEP：

目标端口号，范围是0x01到0xF0。

*puTransactionInd,：

该参数是一个指向AF_Transaction_s结构体类型的指针，在该结构体类型的变量中，存放着接收的数据。

*puTransactionRsp：

该参数是一个指向AF_Transaction_s结构体类型的指针，在该结构体类型的变量中，存放着response信息。

5.简单设备描述函数afmeAddSimpleDesc（）

该函数属于AFME（AFSub-layerManagementEntity）类函数，在增加设备描述符函数vAddDesc（void）中调用，其功能是为一个endpoint增加一个简单描述符（simpledescriptor）。

如果一个endpoint上没有正确定义的简单描述符，那么它将不能正确地接收来自其他结点的数据，通常简单描述符应该在设备建立网络成功或者加入网络成功后添加。

三、软件设计

1.分别为Coordinator和EndDevice设计一个程序，分别用按键控制切换对方对应LED亮灭状态。

如Coordinator的SW3控制EndDevice的LED3，EndDevice的SW0控制Coordinator的LED0。

Coordinator：

程序首先执行AppColdStart（）函数，设置信道号和PANID，然后调用vInit（）函数，初始化系统、按键、LED灯和协议栈，若启动成功，则硬件上的标志位LED0灭，其次再判断是否有新的结点加入，若有新结点加入，硬件上得标志位LED1灭；判断是否有按键被按下，若按下了则调用vSendData（）函数向enddevice发送一个数据，在程序运行过程中若接收到MSG信息，则调用vLedControl（0,bToggle）控制灯的亮灭。

Coordinator主程序流程图：

Enddevice：

程序首先执行AppColdStart（）函数，设置信道号和PANID，然后调用vInit（）函数，初始化系统、按键、LED灯和协议栈，并且启动BOS定时时钟；其后判断是否加入网络成功，若加入成功，则硬件上的标志位LED0灭；判断是否有按键被按下，若按下了则调用vSendData（）函数向enddevice发送一个数据，在程序运行过程中若接收到MSG信息，则调用vLedControl（0,bToggle）控制灯的亮灭。

主程序流程图如下图所示：

Enddevice主程序流程图：

2.分别为Coordinator和EndDevice设计一个程序，其功能为：

按下Coordinator的SW0，某变量X（初始值0）显示在LCD上，同时将X发送给EndDevice，EndDevice收到该数据后进行数据处理（加1），等待1秒后再将其发送给Coordinator，Coordinator收到后将该值赋予X并显示在LCD上，同时再次发送给EndDevice，如此重复运行。

Coordinator：

程序首先执行AppColdStart（）函数，设置信道号和PANID，然后调用vInit（）函数，初始化系统、按键、LED灯和协议栈，并且启动BOS定时时钟；其后判断网络是否启动成功，若启动成功，硬件上得标志位LED1灭；判断是否有按键被按下，若按下了，调用函数vSendData（）向EndDevice发送x；在程序运行过程中若接收到EndDevice发送的数据，调用LED显示，再调用函数vSendData（）向EndDevice发送x。

主程序流程图如下图所示：

Coordinator主程序流程图：

Enddevice：

程序首先执行AppColdStart（）函数，设置信道号和PANID，然后调用vInit（）函数，初始化系统、按键、LED灯和协议栈，并且启动BOS定时时钟；其后判断是否加入网络成功，若加入成功，则硬件上的标志位LED0灭；判断若接收到Coordinator发送的数据，将接收的数据加1，最后调用BOS时钟周期性调用vAppTick函数，函数中调用vSendData（）向Coordinator发送x，这样就能实现定时发送。

主程序流程图如下图所示：

Enddevice主程序流程图：

四、实验结果与分析

1.在实验一中分别按动Coordinator的SW0~SW3，在Enddevice上的LED0~LED3能够实现相应的亮灭，同样地，分别按动Enddevice上的SW0~SW3，也能使得Coordinator上相应的LED0~LED3亮灭。

可以达到按键控制双方的效果，符合题目要求，说明程序设计正确。

2.在实验二中按动Coordinator的SW0，可以看见LCD液晶显示频上数据从0开始自加一，说明Coordinator和Enddevice之间相互发送数据了，符合题目要求，说明程序设计正确。

五、存在问题和解决方法

1.在下载完程序上电测试时，发现Coordinator和Enddevice的LED0、LED1均不灭，那就说明网络建立没有成功，不能实现相互间的通信，考虑到这有可能是信道干扰的问题，和其他人的信道相冲突了。

于是，我将信道改成了21，同时将网络号也改掉了，重新进行下载，上电后，测试灯均灭掉了，说明网络建立成功，可以实现通信。

2.在实验一中，当按下SW0是LED0亮时，必须按两次SW1才能使LED1亮，先开始以为是按键的问题，可是后来发现自己程序中指定义了一个变量bToggle，所以只有当LED0灭了后，那么按一下SW1则LED1就亮了，这是程序中需要改进的地方。

实验四两个EndDevice之间的无线通信实验

一、实验内容

1.分别为Coordinator和EndDevice设计一个程序，其功能为：

Coordinator负责建立网络和分配短地址。

按下EndDeviceA的按钮SW0发送广播请求绑定信息，LED0闪烁，收到该信息的EndDeviceB的LED0闪烁，按下其按钮SW0则返回绑定应答信息，同时LED0处于点亮状态，EndDeviceA收到应答后LED0也处于点亮状态，表示双方绑定成功。

之后按动每个EndDevice的按钮SW2、SW3可分别切换对方对应LED亮灭状态。

如果按下任何EndDevice的SW1则解除绑定，各EndDevice的LED0灭，且LED1闪烁3秒。

2.分别为Coordinator和EndDevice设计一个程序，其功能为：

Coordinator负责建立网络和分配短地址及绑定的媒介。

按动EndDevice按钮SW0，向Coordinator发送绑定请求信息，LED0闪烁10秒，Coordinator收到该信息后记录其短地址并定时10秒，按动另外一个EndDevice的按钮SW0向Coordinator发送绑定应答信息，LED0闪烁5秒，在有效定时时间10秒内若Coordinator收到该应答信号，则记录其短地址，分别将记录的两个短地址发送给两个对应EndDevice，两个EndDevice收到短地址后分别点亮LED0（不再闪烁），若在规定时间内没有建立绑定关系，超时后灭LED0。

如果按下任何EndDevice的SW1则解除绑定，各EndDevice的LED0灭，且LED1闪烁3秒。

绑定状态下按动每个EndDevice的按钮SW2、SW3可分别切换对方对应LED亮灭状态。

二、实验原理

1.通过对方的MAC地址获得它的16位短地址

在基于JennicZigBee协议栈中，每个设备必须知道对方的16位短地址，才能进行直接通信，而16位短地址是在EndDevice或Router加入网络时由Coordinator动态分配的。

如果一个设备（请求者）知道另一个设备的MAC地址时，则请求者可通过调用zdpNwkAddrReq（）函数广播查寻与该MAC地址相匹配的结点，当匹配的结点收到该数据包则返回自己的短地址给请求者，请求者即可用该短地址与其进行通信。

2.通过广播请求对方绑定获得它的16位短地址

在使用afdeDataRequest（）函数发送数据包时，将16位的目标地址设置为0xffff，即可以广播的形式将数据包发送出去。

一个设备（请求者）想获取另一个设备的16位短地址的方法是：

发送一个广播请求绑定指令数据包，符合条件的结点（如判断指令包内容，按下按钮等）发送应答包（含自己的短地址）给请求者，请求者即可用该短地址与其进行通信。

3.通过发送请求应答绑定信息给Coordinator获得对方的16位短地址

按动EndDevice或Router按钮，调用afdeDataRequest（）函数向Coordinator发送绑定请求信息，Coordinator收到该信息后记录其短地址并定时，按动另外一个结点的按钮使用afdeDataRequest（）函数向Coordinator发送绑定应答信息，在有效定时时间内若Coordinator收到该应答信号，则记录其短地址，分别将记录的两个段地址发送给两个对应结点，两个结点收到短地址后便可以相互直接通信。

4．高功率模式

M02与M04高功率模块使用时，需要进行高功率配置，一般在初始化阶段设置。

高功率模块配置函数原型为：

VoidvAHI_HighPowerModuleEnable（bool_tbRFTXEn,

Bool_tbRFRXEn）;

5.网络地址请求函数zdpNwkAddrReq（）

在Coordinator与EndDevice实现的点对点实验介绍了Coordinator获取16位短地址的方法，而对于EndDevice和Router，当一个结点知道另一个结点的MAC地址后，则可以通过网络地址请求函数zdpNwkAddrReq（）以广播的方式发送数据包，查找与该MAC地址相匹配的结点在网络中的短地址。

协议栈可通过调用JZA_vZdpResponse（）函数处理响应消息。

6.网络地址请求响应函数JZA_vZdpResponse（）

JZA_vZdpResponse（）是一个协议栈调用应用程序的函数，当一个结点通过zdpNwkAddrReq（）发送查找另一个结点的短地址后，匹配的结点发送的应答消息可通过请求者的协议栈调用JZA