基于msp430的无线通信系统设计(编辑修改稿)

基于msp430的无线通信系统设计(编辑修改稿)内容摘要：

NC6P F O /5M R /1V C C2G N D3P F I4U1M A X 7 0 8V in1G N D2O N / O F F3O U T5B Y P A S S4U5L P 2 9 8 5ST1G N D2O U T3V C C4U6S G 3 5 0 S C F 8 M12345678J1C O N 8Q1P N P 1S1S W P BD1L E DR21KR11KR32 2 KR41KC21 0 0 n FD V C CC31 0 0 n FD V S SC41 0 n F+ C11 0 u F+ C91 0 u F+ C 1 11 0 u FV R E F /V e R E F +C51 0 u F+ C 1 31 0 u FV e R E F ++ C 1 51 0 u FC61 0 0 n FV R E F +G N DC81 0 0 n FCEC 1 01 0 0 n FS C KC 1 41 0 0 n FY T D OAVSSS O M IC 1 21 0 0 n FY T M SDVSSV D DY T D IAVCCC S NY T C L KD V C CS I M OY R S TY IR QG N DV D DG N DG N DV D DV D DG N DP6.0YRSTV D DYTCLKA V S SY 8 MG N DYTMSV R E F /V e R E F G N DG N DYTDIA V S SV C CYTDOV R E F +Y8MA V S SY R S TV e R E F +A V S SA V C CD V S SD V C CV C CV C CV C CG N DCEG N DYIRQV D DSCKG N DSOMIB Y P A S SV C CSIMOG N DG N DCSNB Y P A S S1J2C O N 1V D D+C71 0 u FV D D 图 整体电路图 清华 大学 2020 届毕业设计说明书 第 7 页 共 51 页 3 硬件 电路设计 主要由电源管理模块， 复位电路模块， 时钟模块 ， AD 转换模块， 无线模块， DMA模块 等 组成。 电源管理电路 电路设计 因为 MSP430FG4618 单片机工作电压为直流 ，且底层电路功耗很小。 电源的设计的好坏决定了电压输出的稳定性 ，从而决定单片机是否能稳定工作。 本电源的设计采用 LP2985 将 5V的电压转换为 ，此芯片低噪声低压差。 为了降低干扰，采用了小电容与地连接 [11]。 具体电路如图 33： 图 电压变换模块电路图 LP2985 芯片简介 芯片优势 : 该芯片有能力提供 150mA 连续负载电流， 有 过热保护。 有低漏失，低静态电流，该稳压器允许使用小，价格低廉的陶瓷电容，降低设计成本。 另外 还具有低噪声，小包装的优势。 结构框 图如下 : 清华 大学 2020 届毕业设计说明书 第 8 页 共 51 页 图 LP2985结构 框图 复位电路 MAX708 芯片简介 概述： MAX708 是一种微处理器电源监控芯片 ， 可同时输出高电平有效和低电平有效的复位信号。 复位信号可由 VCC电压 、 手动复位输入 、 或由独立的比较器触发。 独立的比较器可用于监视第二个电源信号 ， 为处理器提供电压跌落的预警功能。 这一功能是为器件发出复位信号前的正常关机 、 向操作者发送警报 、 或电源切换而考虑的。 MAX708 提供 3种域值电平可供选择。 性能： • RESET 信号 /RESET 信号输出 • 域值值为 用于电源失效或低电源警告的独立比较器 • 手动复位输入 • 需要 100 uA 的电源电流 • 复位域值为 V • 在 VCC = 1 V 时能提供有效的 RESET 信号 清华 大学 2020 届毕业设计说明书 第 9 页 共 51 页 应用 ： • 电池供应的器件 • 微处理器临界状态监控 • 控制器 • 便携式工具 芯片引脚图： 图 MAX708引脚图 MAX708 是电压监测芯片，当输 入电压低于某个值是， 708 产生复位信号。 MAX708 的引脚使用说明： MAX708 VCC电源 MAX708 GND地 MAX708 RS复位输出（高电平的复位信号），即输出高电平的复位信号 MAX708 /RS复位输出（低电平的复位信号），即输出低电平的复位信号 MAX708 /MR手动复位 (manual reset)。 当这一端的电压低于 ， RS 端和 /RS端有信号产生 MAX708 PF1电压失败输入端。 当这一端电平低于 ， /PF0 变为低电平。 当这一脚不用时，将它接地或接 VCC MAX708 /PF0电压失败输出端。 一般悬空不用 MAX708 NC没连接 原理框图： 清华 大学 2020 届毕业设计说明书 第 10 页 共 51 页 图 MXX708原理框图 复位电路设计 电路由 MXA708 复位芯片、电阻、 PNP 三极管、按键、发光二级管构成。 当按键按下时， /MR 引脚为 ，在 /RESET 引脚产生信号，输送给体统，使单片机复位。 按键的同时发光二极管发光，提示系统复位 [12]。 图 复位电路 清华 大学 2020 届毕业设计说明书 第 11 页 共 51 页 时钟电路 时钟电路采用集成的四脚 8M 晶体振荡器 SG350SCF8M，作为单片机 MSP430 的主系统时钟 ,该电路设计比较简单，连接方便 [13]。 电路设计图如下 : 图 时钟电路 无线模块电路 与单片机相连接的无线模块采用 nRF24L01芯片，与电脑相连的选择 NETUSB2401芯片， NETUSB24L01无线模块自带有控制接收的外围电路和 USB接口，可与计算机直接相连。 无线传输技术有 无线传输蓝牙技术 (Bluetooth Technology )， ZigBee（ IEEE ）， IrDA， (Infrared) 红外技术 ， WiFi(IEEE )： W ireless Fidelity， UWB (UltraWideband), nRF2401L射频收发芯片。 其中 IrDA (Infrared) 红外传输波长短 ， 对障碍物的衍射能差 ； W iF i 覆盖范围很广 ， 可达 100 m ,但是 其电波易受干扰 ； U V B 技术 目前 只有在美国官方承认 ； ZigBee 技术和蓝牙接近 ， 但大多时候处于睡眠模式 ， 适合于不需实时传输 或连续更新的场合 ； nRF24L01 单片射频收发芯片 ， GHz 频段 ，采用 G F SK 调制时的数据速率为高速率 8M bps， 高于蓝牙 ， 具有高数据吞吐量 ,程序开发简单。 考虑到 实时采集数据 ,选择 nRF24L01芯片作为无线传输芯片 [14,15]。 nRF24L01 芯片简介 nRF24L01 是一款工作在 ~ 世界通用 ISM 频段的单片无线收发器芯片。 无线收发器包括 :频率发生器、增强型 SchockBurstTM 模式控制器、功率放大器晶体振荡器、调制器、解调器。 输出功率、 频道选择和协议的设置可以通过 SPI 接口进行设置。 极低的电流消耗 ： 当工作在发射模式下发射功率为 6dBm 时电流消耗为 ，接收模式时为 ，掉电模式和待机模式下电流消耗更低。 清华 大学 2020 届毕业设计说明书 第 12 页 共 51 页 结构方框图 : 图 nRF4L01 及外部接口 nRF24L01芯片引脚图 : 图 nRF24L01芯片引脚图 清华 大学 2020 届毕业设计说明书 第 13 页 共 51 页 nRF24L01引脚及功能 图 nRF24L01引脚及功能说明 工作模式： nRF24L01可以设置为 以 下几种主要的模式 图 nRF24L01主要工作 模式 nRF24L01 在不同模式下的引脚功能 ： 清华 大学 2020 届毕业设计说明书 第 14 页 共 51 页 图 nRF24L01引脚功能 nRF24L01所有的配置都在配置寄存器中，所有寄存器都是通过 SPI口进行配置的。 SPI接口： SPI接口是标准的 SPI接口，其最大的数据传输率为 10Mbps。 大多数寄存器可读。 SPI指令设置： CSN为低后 SPI接口等待执行指令，每条指令的执行都必须通过一次 CSN由高到低的变化。 中断 ： nRF24L01的终端引脚（ IRQ）为低电平触发，当状态寄存器 TXDX， RXDR或 MAXRT为高时触发 中断。 当 MCU给中断源写 1时，中断引脚被禁止。 可屏蔽中断可以被 IRQ中断屏蔽。 通过设置可屏蔽中断位为高，则中断响应被禁止。 默认状态所有的中断源是被禁止的。 SPI时序： Sn状态寄存器位 ； Dn数据位。 图 SPI读操作 时序图 图 SPI写操作时序图 清华 大学 2020 届毕业设计说明书 第 15 页 共 51 页 图 SPI NOP 操作时序图 nRF24L01 无线模块电路 本模块由于设计 主要共能是与单片机 MSP340进行数据传输，并将收到的数据通过无线将数据传输到 NETUSB2401， NETUSB2401同过 USB与计算机相连。 所用引脚如图，其他采用悬空处理 [16]。 图 nRF24L01无线模块电路 NETUSB2401 无线模块介绍 NetUSB2401为 USB接口无线通信模块，采用 ，外形小巧（ USB大小），最大传输数率达 2Mbps，适用于室内通过电脑无线遥控，无线数据采集等。 性能及特点： 清华 大学 2020 届毕业设计说明书 第 16 页 共 51 页 (1) (2) 最高工作速率 2Mbps，高效 GFSK调制，适合短距离无线控 (3) 125 频道，满足多点通 信和跳频通信需要 (4) 内置硬件 CRC 检错和点对多点通信地址控制 (5) 低功耗 ～ 工作， Power down 模式下状态仅为 1uA (6) 可软件设地址，只有收到本机地址时才会输出数据（提供中断指示 ) (7) 提供二次开发包，提供实例源代码，无需掌握 USB驱动和 USB协议以及无线通信协议，只需要通过软件编程来控制无线收发 (8) 室内通讯距离约为 15~30米，看具体环境和通信速率而定 (9) 模块尺寸 : U盘大小 (可以根据需要定制外观和尺寸 ) 图 NETUSB2401实 物图片 单片机控制模块 MSP430 的简介 MSP430系列单片机是美国德州仪器（ TI） 1996年开始向市场推出的一种超低功耗拥有精简指令集（ RISC ）处理器的混合信号（ Mixed Signal Processor）。 由于它针对实际的应用需求，将多个不同的模拟电路、数字电路模块和微处理器集成在一个芯片上，清华 大学 2020 届毕业设计说明书 第 17 页 共 51 页 所以称之为混合信号处理器。 该系列单片机多用于需要电池供电的便携式仪器仪表中 [2]。 MSP430 的功能特性 低电源电压范围： 超低功耗：主动模 式 :400微安在 1MHz， 待机模式： 关闭模式（ RAM保持）： 有五种省电模式， 在不到 6微妙 就 从待机模式下 唤醒 16位 RISC构架，扩展内存， 125ns指令周期时间 三通道内部 DMA 12位 A/D转换 器具有内部参考，采样保持和自动扫描功能 16位 3路 TimerA比较寄存器 16位 7路 TimerB。