畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于MSP430單片機(jī)的無(wú)線報(bào)警鎖設(shè)計(jì)

1、基于 msp430 單片機(jī)的無(wú)線報(bào)警鎖設(shè)計(jì) 摘要 本系統(tǒng)是一個(gè)基于單片機(jī)的短距離無(wú)線報(bào)警系統(tǒng)，主要由閱讀器(reader) 和電子標(biāo)簽（tag)兩大部分組成。其中，閱讀器部分為此系統(tǒng)的主體，考慮到 系統(tǒng)成本問(wèn)題，此次設(shè)計(jì)中采用電子標(biāo)簽來(lái)模擬閱讀器。系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用單片機(jī) 加射頻芯片的方式，其中，單片機(jī)選用美國(guó) ti 公司的 msp430f2232，射頻芯 片采用挪威 nordic 公司的 nrf905.總體來(lái)說(shuō)，此系統(tǒng)為一簡(jiǎn)單的通信系統(tǒng)。 系統(tǒng)利用閱讀器與電子標(biāo)簽之間來(lái)回傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，再結(jié)合特定的報(bào)警裝置外圍 電路，從而達(dá)到無(wú)線報(bào)警的目的。 關(guān)鍵字：rfid msp430 nrf905 無(wú)線通信 單

2、片機(jī) wireless alarming design based on msp430 mcu abctrcact the system is a short distance wireless alarming system based on single chip machine msp430 series. it consists of two parts: the reader part and the tag part. certainly, the reader is the main part. considering the cost factor, the system ad

3、opts a simple tag to stimulate the reader part. the system operates in the form of mcu and radio chip. the core mcu is msp430f2232 from ti company in america, and the radio chip is nrf905 from nordic corporation in norway. generally speaking, the system is just a simple communication system. the sys

4、tem utilizes the data transmitted between the reader and the tag, and combines the peripheral circuits of alarming equipment to achieve the goal of wireless alarming. key word: rfid msp430 nrf905 wireless communication mcu 目 錄 前言 .1 第一章 緒論 .2 1.1 課題背景 .2 1.2 無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)概述 .2 1.3 課題進(jìn)展 .4 1.4 后話 .4 第二章 芯

5、片簡(jiǎn)介 .5 2.1 單片機(jī)芯片 msp430f2232.5 2.2 射頻芯片nrf905 .6 2.3 數(shù)據(jù)編碼 .9 2.4 gfsk 數(shù)據(jù)調(diào)制.10 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) .12 3.1 系統(tǒng)硬件組成 .12 3.2 系統(tǒng)電路設(shè)計(jì) .12 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) .20 4.1 程序語(yǔ)言介紹 .20 4.1.1 機(jī)器語(yǔ)言.20 4.1.2 匯編語(yǔ)言.20 4.1.3 高級(jí)語(yǔ)言.20 4.2 c 語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)流程.21 4.3 msp430f2232 編程基礎(chǔ)簡(jiǎn)介.21 4.3.1 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和程序存儲(chǔ)器地址空間.21 4.3.2 msp430f2232 寄存器介紹.22 4.4 程序流程圖

6、 .24 4.4.3 系統(tǒng)源代碼 .26 4.5 本章小結(jié) .26 第五章 系統(tǒng)仿真調(diào)試 .27 5.1 仿真軟件介紹 .27 5.2 仿真步驟 .28 5.3 仿真說(shuō)明 .28 結(jié) 論 .29 參考文獻(xiàn) .30 致 謝 .31 前言 近二三十年來(lái)，自動(dòng)識(shí)別技術(shù)在全球范圍內(nèi)得到了迅猛的發(fā)展，初步形成了一個(gè)涵蓋條碼識(shí) 別技術(shù)，射頻設(shè)別技術(shù)，生物特征識(shí)別技術(shù)，圖像識(shí)別技術(shù)以及磁識(shí)別技術(shù)等的計(jì)算機(jī)，光，電， 通信和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為一體的高技術(shù)學(xué)科。射頻識(shí)別（rfid）技術(shù)作為一種先進(jìn)自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，被認(rèn) 為是二十一世紀(jì)十大重要技術(shù)之一，在生產(chǎn)制造，銷(xiāo)售流通，公共安全等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前 景。安全報(bào)警，作為

7、 rfid 技術(shù)重要應(yīng)用領(lǐng)域之一，也越來(lái)越得到到了人們的重視。本課題正是 rfid 技術(shù)在安全領(lǐng)域的一個(gè)具體應(yīng)用。 在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我主要使用單片機(jī) msp430f2232 以及射頻芯片 nrf905 來(lái)實(shí)現(xiàn)短距離的 無(wú)線報(bào)警應(yīng)用。以 msp430f2232 為核心，利用 nrf905 進(jìn)行數(shù)據(jù)的接收及發(fā)送。使用 iar 集成開(kāi) 發(fā)平臺(tái)編寫(xiě)軟件代碼，用 protel99 se 軟件設(shè)計(jì)電路板圖等。 第一章 緒論 1.1 課題背景 射頻識(shí)別（rfid）技術(shù)是今年來(lái)隨著無(wú)線電技術(shù)和大規(guī)模集成電路的普及應(yīng)用而出現(xiàn)的一項(xiàng) 先進(jìn)的自動(dòng)識(shí)別和數(shù)據(jù)采集技術(shù)，使用 rfid 技術(shù)，可以利用無(wú)線電波對(duì)人，動(dòng)物

8、和貨物等被識(shí) 別對(duì)象進(jìn)行高效率的自動(dòng)識(shí)別。 rfid 技術(shù)是一種工具技術(shù)，必須將其與特定的應(yīng)用領(lǐng)域相結(jié)合，才能充分發(fā)揮其高效，自 動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)?；?rfid 技術(shù)的應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)和實(shí)施部署涉及多學(xué)科、多領(lǐng)域的知識(shí)與方法，涉 及信息、制造、材料、裝備及工藝等諸多前沿和高科技領(lǐng)域，涵蓋的技術(shù)包括無(wú)線通信、計(jì)算機(jī) 網(wǎng)絡(luò)、控制理論、信息系統(tǒng)和管理科學(xué)等?，F(xiàn)今，rfid 技術(shù)已經(jīng)成為眾多領(lǐng)域廣泛關(guān)注的一個(gè) 焦點(diǎn)。 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)課題正是基于以上所述而提出來(lái)的。 1.2 無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)概述 1.2.1 rfid 的基本概念 rfid 射頻識(shí)別是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，它通過(guò)射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲

9、取相關(guān)數(shù)據(jù)，識(shí)別工作無(wú)須人工干預(yù)，可工作于各種惡劣環(huán)境。rfid 技術(shù)可識(shí)別高速運(yùn)動(dòng) 物體并可同時(shí)識(shí)別多個(gè)標(biāo)簽，操作快捷方便。 rfid 系統(tǒng)因應(yīng)用不同，其組成也會(huì)有所不同，但基本都是由電子標(biāo)簽（tag)和閱讀器 （reader）兩大部分組成。電子標(biāo)簽具有智能讀寫(xiě)和加密通信的功能，通過(guò)無(wú)線電波與讀寫(xiě)設(shè)備 進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。閱讀器有時(shí)也稱(chēng)為查詢(xún)器、讀寫(xiě)器或讀出裝置，主要由無(wú)線收發(fā)模塊、天線、控 制模塊及接口電路組成。閱讀器可以將主機(jī)的讀寫(xiě)命令傳送到電子標(biāo)簽，再?gòu)闹鳈C(jī)發(fā)往電子標(biāo)簽 的數(shù)據(jù)加密，然后將電子標(biāo)簽返回的數(shù)據(jù)解密后送到主機(jī)。 由上可見(jiàn)，為了完成 rfid 系統(tǒng)的主要功能，它必須有兩個(gè)基本部分，

10、即標(biāo)簽和閱讀器。 1.2.2 rfid 發(fā)展歷史 rfid 技術(shù)的前身可以追溯到第二次世界大戰(zhàn)期間，當(dāng)時(shí)該技術(shù)被英軍用于識(shí)別敵我雙方的 飛機(jī)。隨后，在 1948 年出現(xiàn)了早期研究 rfid 的一篇具有里程碑意義的論文 。后來(lái)，信息技術(shù)，如晶體管集成電路，微 處理芯片，通信網(wǎng)絡(luò)等新技術(shù)的發(fā)展，拉開(kāi)了 rfid 技術(shù)的研究序幕。在 20 世紀(jì) 60 年代出現(xiàn)了 一系列的 rfid 技術(shù)論文及專(zhuān)利文獻(xiàn)。 rfid 的應(yīng)用于 20 世紀(jì) 60 年代應(yīng)運(yùn)而生，出現(xiàn)了商用 rfid 系統(tǒng)電子商品監(jiān)視設(shè)備 eas。eas 被認(rèn)為是 rfid 技術(shù)最早且最廣泛應(yīng)用于商業(yè)領(lǐng)域的系統(tǒng)。 20 世紀(jì) 70 年代，r

11、fid 技術(shù)成為人們研究的熱門(mén)課題，各機(jī)構(gòu)都開(kāi)始致力于 rfid 技術(shù)的開(kāi) 發(fā)。 20 世紀(jì) 80 年代時(shí)充分利用 rfid 技術(shù)的 10 年。雖然世界各地開(kāi)發(fā)者的方向有所不同，但是 美國(guó)，法國(guó)，意大利，西班牙，挪威以及日本等國(guó)家都在不同程度，不同應(yīng)用領(lǐng)域安裝和使用了 rfid 系統(tǒng)。 20 世紀(jì) 90 年代是 rfid 技術(shù)繁榮發(fā)展的 10 年，主要表現(xiàn)在美國(guó)大量的配置了電子收費(fèi)系統(tǒng)。 借助于電子收費(fèi)系統(tǒng)，出現(xiàn)了一些新功能的 rfid 技術(shù)。例如，一個(gè)電子標(biāo)簽可以具有多個(gè)賬號(hào)， 分別用于停車(chē)場(chǎng)管理，費(fèi)用征收，保安系統(tǒng)以及社區(qū)管理。 rfid 技術(shù)在我國(guó)也有了一定范圍的應(yīng)用。自 1993 年我

12、國(guó)政府頒布了“金卡工程”計(jì)劃以來(lái)， 加速了我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)信息化的進(jìn)程。由此，各種射頻識(shí)別技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用十分迅猛。 1.2.3 rfid 的分類(lèi) 1 根據(jù)標(biāo)簽的供電形式分類(lèi) 在實(shí)際應(yīng)用中，必須給標(biāo)簽供電它才能工作。根據(jù)標(biāo)簽獲取電能方式的不同，可以把標(biāo)簽分 為有源標(biāo)簽，無(wú)源標(biāo)簽和半有源標(biāo)簽。 （1） 有源標(biāo)簽 內(nèi)部自帶電池進(jìn)行供電，它的電能充足，工作可靠性高，信號(hào)傳送距離遠(yuǎn)。 （2） 無(wú)源標(biāo)簽 內(nèi)部不帶電池，要靠外界提供能量才能正常工。 （3） 半有源標(biāo)簽 介于兩者之間。 2 根據(jù)標(biāo)簽的工作頻率分類(lèi) 從應(yīng)用概念來(lái)說(shuō)，電子標(biāo)簽的工作頻率也就是射頻識(shí)別系統(tǒng)的工作頻率，是其最重要的特點(diǎn) 之一。電子標(biāo)簽的

13、工作頻率不僅決定著射頻識(shí)別系統(tǒng)的工作原理，識(shí)別距離，還決定著電子標(biāo)簽 及讀寫(xiě)器實(shí)現(xiàn)的難易程度和設(shè)備的成本。 rfid 按應(yīng)用頻率的不同分為低頻（lf） 、高頻（hf） 、超高頻（uhf） ，相對(duì)應(yīng)的代表性頻率 分別為：低頻 135khz 以下、高頻 13.56mhz、超高頻 860m960mhz 1.2.4 rfid 的應(yīng)用領(lǐng)域 車(chē)輛自動(dòng)識(shí)別治理 :鐵路車(chē)號(hào)自動(dòng)識(shí)別是射頻識(shí)別技術(shù)最普遍的應(yīng)用。 高速公路收費(fèi)及智能交通系統(tǒng) :高速公路自動(dòng)收費(fèi)系統(tǒng)是射頻識(shí)別技術(shù)最成功的應(yīng)用之 一，它充分體現(xiàn)了非接觸識(shí)別的優(yōu)勢(shì)。在車(chē)輛高速通過(guò)收費(fèi)站的同時(shí)完成繳費(fèi)，解決了交通 的瓶頸問(wèn)題，提高了車(chē)行速度，避免擁堵，提

14、高了收費(fèi)結(jié)算效率。 貨物的跟蹤、治理及監(jiān)控 : :射頻識(shí)別技術(shù)為貨物的跟蹤、治理及監(jiān)控提供了快捷、準(zhǔn)確、 自動(dòng)化的手段。以射頻識(shí)別技術(shù)為核心的集裝箱自動(dòng)識(shí)別，成為全球范圍最大的貨物跟蹤治 理應(yīng)用。 倉(cāng)儲(chǔ)、配送等物流環(huán)節(jié) : :射頻識(shí)別技術(shù)目前在倉(cāng)儲(chǔ)、配送等物流環(huán)節(jié)已有許多成功的應(yīng) 用。隨著射頻識(shí)別技術(shù)在開(kāi)放的物流環(huán)節(jié)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的研究開(kāi)發(fā)，物流業(yè)將成為射頻識(shí)別技術(shù) 最大的受益行業(yè)。 電子錢(qián)包、電子票證 :射頻識(shí)別卡是射頻識(shí)別技術(shù)的一個(gè)主要應(yīng)用。射頻識(shí)別卡的功能 相當(dāng)于電子錢(qián)包，實(shí)現(xiàn)非現(xiàn)金結(jié)算。目前主要的應(yīng)用在交通方面。 生產(chǎn)線產(chǎn)品加工過(guò)程自動(dòng)控制 : :主要應(yīng)用在大型工廠的自動(dòng)化流水作業(yè)線上，實(shí)現(xiàn)

15、自動(dòng) 控制、監(jiān)視，提高生產(chǎn)效率，節(jié)約成本。 動(dòng)物跟蹤和治理 : :射頻識(shí)別技術(shù)可用于動(dòng)物跟蹤。在大型養(yǎng)殖廠，可通過(guò)采用射頻識(shí)別 技術(shù)建立飼養(yǎng)檔案、預(yù)防接種檔案等，達(dá)到高效、自動(dòng)化治理牲畜的目的，同時(shí)為食品安全 提供了保障。射頻識(shí)別技術(shù)還可用于信鴿比賽、賽馬識(shí)別等，以準(zhǔn)確測(cè)定到達(dá)時(shí)間。 1.2.5 rfid 的市場(chǎng)前景 雖然 rfid 技術(shù)在應(yīng)用中仍然存在一些問(wèn)題，分析家們依然認(rèn)為 rfid 具有巨大的市場(chǎng)潛力和 廣闊的發(fā)展空間。 華爾街的分析師分析，rfid 技術(shù)所獨(dú)有的優(yōu)勢(shì)，最終將在全球形成一個(gè)巨大的產(chǎn)業(yè)，rfid 技術(shù)市場(chǎng)將在未來(lái) 5 年內(nèi)達(dá)到數(shù)百億美元的市場(chǎng)空間。據(jù)權(quán)威咨詢(xún)機(jī)構(gòu)研究報(bào)告稱(chēng)

16、：到 2010 年 全球 rfid 市場(chǎng)將達(dá)到 3000 億美元。 1.3 課題進(jìn)展 1 查閱 msp430 與 nrf905 相關(guān)資料，確定系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 2 確定系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，完成系統(tǒng)框圖和原理圖設(shè)計(jì) 3 使用 protel 繪制原理圖和電路版圖。 4 完成電路調(diào)試及軟件調(diào)試工作。 5 完善軟硬件、完成系統(tǒng)調(diào)試。 6 完成論文初稿。 7 修改論文準(zhǔn)備答辯 1.4 后話 由于本人能力水平有限，也缺乏實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。所以，這設(shè)計(jì)不能做到盡善盡美，需要老師和同 學(xué)們多提出些意見(jiàn)。讓我把這設(shè)計(jì)做得更好，更具實(shí)際生產(chǎn)性和應(yīng)用性。 第二章 芯片簡(jiǎn)介 2.1 單片機(jī)芯片 msp430f2232 msp430 系

17、列單片機(jī)是美國(guó)德州儀器(ti)1996 年開(kāi)始推向市場(chǎng)的一種 16 位超低功耗的 混合信號(hào)處理器 (mixed signal processor)。稱(chēng)之為混合信號(hào)處理器，主要是由于其針對(duì)實(shí) 際應(yīng)用需求，把許多模擬電路、數(shù)字電路和微處理器集成在一個(gè)芯片上，以提供“單片” 解決方案。 目前 msp430 系列有 opt 型、 flash 型和 rom 型三種類(lèi)型的器件，這些器件的開(kāi)發(fā)手 段不同。對(duì)于 opt 型和 rom 型的器件是使用仿真器開(kāi)發(fā)成功之后在燒寫(xiě)或掩膜芯片；對(duì)于 flash 型則有十分方便的開(kāi)發(fā)調(diào)試環(huán)境，因?yàn)槠骷瑑?nèi)有 jtag 調(diào)試接口，還有可電擦寫(xiě) 的 flash 存儲(chǔ)器，因此采

18、用先下載程序到 flash 內(nèi)，再在器件內(nèi)通過(guò)軟件控制程序的運(yùn) 行，由 jtag 接口讀取片內(nèi)信息供設(shè)計(jì)者調(diào)試使用的方法進(jìn)行開(kāi)發(fā)。這種方式只需要一臺(tái) pc 機(jī)和一個(gè) jtag 調(diào)試器，而不需要仿真器和編程器。開(kāi)發(fā)語(yǔ)言有匯編語(yǔ)言和 c 語(yǔ)言。 1. msp430f2232 單片機(jī)基本特性 非常低的工作電源電壓范圍：1.8v 到 3.6v。本系統(tǒng)選擇為 3.3v。 十分低的功率消耗：active mode 下，1mhz，2.2v，電流為 270ua。 standby mode 下，0.7ua。 off mode(ram retetion) 下，0.1ua。 極短的喚醒時(shí)間，典型時(shí)間為 6us。 中

19、央處理器 cpu 為 16 位。 內(nèi)部 cpu 結(jié)構(gòu)遵循精簡(jiǎn)指令集 risc 設(shè)計(jì)（reduced instruction set computer)。 8kbflash+512bram 存儲(chǔ)器組織采用“馮.諾依曼”結(jié)構(gòu)。它的程序存儲(chǔ)器 rom 和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 ram 在同一地址空間， 分配在 0000ffff 范圍內(nèi)。 cpu 內(nèi)含有 16 個(gè)寄存器，分為 4 個(gè)特殊寄存器和 12 個(gè)普通寄存器。 強(qiáng)大的時(shí)鐘模塊：低速晶體振蕩器，高速晶體振蕩器，dco 振蕩器。這些時(shí)鐘模塊可以產(chǎn)生 三個(gè)不同的時(shí)鐘供不同的模塊使用。 具有 4 個(gè) 8 位 io 端口，即 32 根 io 線。其中 p1 和 p2

20、 端口具有中斷功能。 具有兩個(gè) 16 位定時(shí)計(jì)數(shù)器 timer_a 和 timer_b 以及看門(mén)狗。 內(nèi)帶比較器模塊，支持 a/d 轉(zhuǎn)換，電壓檢測(cè)和外部模擬信號(hào)的監(jiān)控。 具有串行通信模塊 usart，該模塊既可以作為 uart 使用，提供一部通信功能。也可以作為 spi 使用，提供同步通信功能。 內(nèi)帶 10 位 200kbps 速度的 adc 模塊。 2. 引腳功能 單片機(jī) msp430f2232 為 38 條引腳，tssop（thin shrink small-outline package）方式封 裝。 元件管腳圖如圖所示 圖 2.1 msp430f2232 芯片引腳說(shuō)明 從單片機(jī) msp

21、430f2232 的管腳圖可以看出，它的控制引腳主要來(lái)自 i/o，這樣做的目的是節(jié) 省引腳數(shù)目，以達(dá)到減少芯片占用面積的目的。 2.2 射頻芯片 nrf905 nrf905是挪威nordic公司推出的單片射頻發(fā)射器芯片，工作電壓為 1.9-3.6v，32引腳 qfn封裝（5mm5mm） ，工作于433/868/915mhz3個(gè)ism(industrial scientific medical) 頻段。nrf905可以自動(dòng)完成處理字頭和 crc（循環(huán)冗余碼校驗(yàn)）的工作，可由片內(nèi)硬件自動(dòng) 完成曼徹斯特編碼 /解碼，使用 spi接口與微控制器通信，配置非常方便，其功耗非常低，以 -10dbm的輸出功

22、率發(fā)射時(shí)電流只有 11ma，在接收模式時(shí)電流為 12.5ma。 nrf905單片無(wú)線收 發(fā)器工作由一個(gè)完全集成的頻率調(diào)制器，一個(gè)帶解調(diào)器的接收器，一個(gè)功率放大器，一個(gè)晶 體震蕩器和一個(gè)調(diào)節(jié)器組成。 shockburst工作模式的特點(diǎn)是自動(dòng)產(chǎn)生前導(dǎo)碼和 crc，可以很 容易通過(guò)spi接口進(jìn)行編程配置。 1.芯片特點(diǎn) 低功耗shockburst工作模式 工作電源電壓范圍 1.93.6v 多通道工作etsi/fcc兼容 通道切換時(shí)間 650us 無(wú)需外部saw濾波器 輸出功率可調(diào)至 10dbm 傳輸前監(jiān)聽(tīng)的載波檢測(cè)協(xié)議 當(dāng)正確的數(shù)據(jù)包被接收或發(fā)送時(shí)有數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒信號(hào)輸出 偵測(cè)接收的數(shù)據(jù)包當(dāng)?shù)刂氛_輸

23、出地址匹配信號(hào) 數(shù)據(jù)包自動(dòng)重發(fā)功能 低工作電流:tx下，在輸出功率為 -10dbm時(shí)典型值為 11ma；rx下，典型值為 12.5ma. 晶振有多種選擇： 4mhz,8mhz,12mhz,16mhz,20mhz. 通信頻道可編程選擇： 433mhz,868mhz,915mhz. 極少的材料消耗。 芯片自動(dòng)產(chǎn)生前導(dǎo)碼和 crc碼。 毫米級(jí)尺寸綠色封裝。 方便簡(jiǎn)潔的spi接口編程配置。 2.管腳圖 圖 2.2 nrf905 芯片引腳說(shuō)明 3.芯片工作模式 nrf905 采用 nordic 公司的 vlsi shockburst 技術(shù)。shockburst 技術(shù)使 nrf905 能夠提 供高速的數(shù)據(jù)

24、傳輸，而不需要昂貴的高速mcu 來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理 /時(shí)鐘覆蓋。通過(guò)將與 rf 協(xié) 議有關(guān)的高速信號(hào)處理放到芯片內(nèi)， nrf905 提供給應(yīng)用的微控制器一個(gè) spi 接口，速率由 微控制器自己設(shè)定的接口速度決定。 nrf905 通過(guò) shockburst 工作模式在 rf 以最大速率進(jìn) 行連接時(shí)降低數(shù)字應(yīng)用部分的速度來(lái)降低在應(yīng)用中的平均電流消耗。在shockburst rx 模 式中，地址匹配 am 和數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒 dr 信號(hào)通知 mcu 一個(gè)有效的地址和數(shù)據(jù)包已經(jīng)各自接 收完成。在 shockburst tx 模式中，nrf905 自動(dòng)產(chǎn)生前導(dǎo)碼和 crc 校驗(yàn)碼，數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒 dr 信號(hào)通知

25、mcu 數(shù)據(jù)傳輸已經(jīng)完成。總之，這意味著降低mcu 的存儲(chǔ)器需求也就是說(shuō)降低 mcu 成本，又同時(shí)縮短軟件開(kāi)發(fā)時(shí)間。 芯片有以下幾種工作模式 （1 1）典典型型 s sh ho oc ck kb bu ur rs st t t tx x 模模式式 當(dāng)應(yīng)用 mcu 有遙控?cái)?shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)時(shí)，接收節(jié)點(diǎn)的地址tx-address 和有效數(shù)據(jù) tx- payload 通過(guò) spi 接口傳送給 nrf905 應(yīng)用協(xié)議或 mcu 設(shè)置接口速度； mcu 設(shè)置 trx_ce、tx_en 為高來(lái)激活 nrf905 shockburst 傳輸； nrf905 shockburst：無(wú)線系統(tǒng)自動(dòng)上電，數(shù)據(jù)包完成（加前導(dǎo)碼

26、和crc 校驗(yàn)碼） ， 數(shù)據(jù)包發(fā)送（ 100kbps，gfsk，曼切斯特編碼）。 如果 auto_retran 被設(shè)置為高 nrf905 將連續(xù)地發(fā)送數(shù)據(jù)包直到 trx_ce 被設(shè)置為低； 當(dāng) trx_ce 被設(shè)置為低時(shí)， nrf905 結(jié)束數(shù)據(jù)傳輸并自動(dòng)進(jìn)入 standby 模式。 （2 2）典典型型 s sh ho oc ck kb bu ur rs st t r rx x 模模式式 通過(guò)設(shè)置 trx_ce 高，tx_en 低來(lái)選擇 shockburst 模式； 650us 以后，nrf905 監(jiān)測(cè)空中的信息； 當(dāng) nrf905 發(fā)現(xiàn)和接收頻率相同的載波時(shí)，載波檢測(cè)cd 被置高； 當(dāng) nr

27、f905 接收到有效的地址時(shí)，地址匹配 am 被置高； 當(dāng) nrf905 接收到有效的數(shù)據(jù)包（ crc 校驗(yàn)正確）時(shí)， nrf905 去掉前導(dǎo)碼、地址和 crc 位，數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒（ dr）被置高； mcu 設(shè)置 trx_ce 低，進(jìn)入 standby 模式低電流模式； mcu 可以以合適的速率通過(guò) spi 接口讀出有效數(shù)據(jù)； 當(dāng)所有的有效數(shù)據(jù)被讀出后， nrf905 將 am 和 dr 置低； nrf905 將準(zhǔn)備進(jìn)入 shockburst rx、shockburst tx 或 powerdown 模式。 （3 3）掉掉電電模模式式 p po ow we er rd do ow wn n 在掉

28、電模式中， nrf905 被禁止，電流消耗最小，典型值低于2.5ua。當(dāng)進(jìn)入這種模式 時(shí)，nrf905 是不活動(dòng)的狀態(tài)。這時(shí)候平均電流消耗最小，電池使用壽命最長(zhǎng)。在掉電模式中， 配置字的內(nèi)容保持不變。 （4 4）s st ta an nd db by y 模模式式 standby 模式在保持電流消耗最小的同時(shí)保證最短的shockburstrx、shockbursttx 的啟動(dòng)時(shí)間。當(dāng)進(jìn)入這種模式時(shí)，一部分晶體振蕩器是活動(dòng)的。電流消耗取決于晶體振蕩器 頻率，如：當(dāng)頻率為 4mhz 時(shí)，idd=12ua；當(dāng)頻率為 20mhz 時(shí)，idd=46ua。如果 upclk（pin3）被使能，電流消耗將增加

29、。并且取決于負(fù)載電容和頻率。在此模式中，配置字 的內(nèi)容保持不變。 以上幾種工作模式由芯片的 trx_ce,pow_up 以及 tx_en 三個(gè)引腳決定。 . 2.3 數(shù)據(jù)編碼 在不同的通信系統(tǒng)中，考慮到具體的實(shí)際應(yīng)用，需要采取針對(duì)不同應(yīng)用的數(shù)字基帶 信號(hào)編碼。為了適合線路傳輸，應(yīng)該正確地設(shè)計(jì)傳輸碼型。數(shù)字基帶信號(hào)碼型可以考慮以下 原則： 1.有利于提高系統(tǒng)的頻帶利用率 2.基帶信號(hào)應(yīng)具有足夠大的定時(shí)信號(hào)供提取 3.接收端必須能正確解碼。 4.具有在線誤碼檢測(cè)功能。 一些常用的碼型有： 1 單極性碼 。2 單極性歸零碼。 3 雙極性碼。 4 雙極性歸零 碼。 5 差分碼。 6 數(shù)字雙相碼 7 c

30、mi 碼 8密勒碼 9 ami 碼。 在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，對(duì)于單片機(jī)與射頻芯片之間的數(shù)據(jù)傳輸基帶信號(hào)，我采用的是曼徹 斯特編碼， 速率為100kbps.曼徹斯特碼 manchester code (又稱(chēng)裂相碼、雙向碼），其編 碼規(guī)則很簡(jiǎn)單，在每個(gè)碼元均用兩個(gè)不同相位的電平信號(hào)表示，0碼和1碼的相位正好相 反。 用電壓跳變的相位不同來(lái)區(qū)分 1和0，即用正的電壓跳變表示 0，用負(fù)的電壓跳變表示 1。因 此，這種編碼也稱(chēng)為自同步編碼。 三種編碼示意圖如下： 圖 2.4 三種編碼方式 2.4 gfsk 數(shù)據(jù)調(diào)制 調(diào)制就是對(duì)信號(hào)源的信息進(jìn)行處理，使其變?yōu)檫m合于信道傳輸?shù)男问降倪^(guò)程。一般來(lái)說(shuō)， 信號(hào)源的信息

31、（也稱(chēng)為信源）含有直流分量和頻率較低的頻率分量，稱(chēng)為基帶信號(hào)。基帶信 號(hào)往往不能作為傳輸信號(hào)，因此必須把基帶信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)相對(duì)基帶頻率而言頻率非常高的 信號(hào)以適合于信道傳輸。這個(gè)信號(hào)叫做已調(diào)信號(hào)，而基帶信號(hào)叫做調(diào)制信號(hào)。調(diào)制是通過(guò)改 變高頻載波即消息的載體信號(hào)的幅度、相位或者頻率，使其隨著基帶信號(hào)幅度的變化而變化 來(lái)實(shí)現(xiàn)的。而解調(diào)則是將基帶信號(hào)從載波中提取出來(lái)以便預(yù)定的接收者（也稱(chēng)為信宿）處理 和理解的過(guò)程。 調(diào)制在通信系統(tǒng)中有十分重要的作用。通過(guò)調(diào)制，不僅可以進(jìn)行頻譜搬移，把調(diào)制信號(hào) 的頻譜搬移到所希望的位置上，從而將調(diào)制信號(hào)轉(zhuǎn)換成適合于傳播的已調(diào)信號(hào)，而且它對(duì)系 統(tǒng)的傳輸有效性和傳輸?shù)目煽?/p>

32、性有著很大的影響，調(diào)制方式往往決定了一個(gè)通信系統(tǒng)的性能。 在通信中，我們常常采用的調(diào)制方式有以下幾種： 1.模擬調(diào)制：用連續(xù)變化的信號(hào)去調(diào)制一個(gè)高頻正弦波 主要有：(1).幅度調(diào)制（調(diào)幅 am，雙邊帶調(diào)制 dsbsc，單邊帶調(diào)幅 ssbsc，殘留邊帶調(diào)制 vsb 以及獨(dú)立邊帶 isb） ； (2).角度調(diào)制（調(diào)頻 fm，調(diào)相 pm）兩種。因?yàn)橄辔坏淖兓示褪穷l率，所以調(diào)相 波和調(diào)頻波是密切相關(guān)的； 2.數(shù)字調(diào)制：用數(shù)字信號(hào)對(duì)正弦或余弦高頻振蕩進(jìn)行調(diào)制 主要有: (1).振幅鍵控 ask；(2).頻率鍵控 fsk；(3).相位鍵控 psk。 3.脈沖調(diào)制：用脈沖序列作為載波 主要有：(1).脈沖

33、幅度調(diào)制 （pam：pulse amplitude modulation） ；(2).脈寬調(diào)制 （pdm：pulse duration modulation） ；(3).脈位調(diào)制（ppm：pulse position modulation） ；(4).脈沖編碼調(diào)制 （pcm：pulse code modulation) 。 在本次畢業(yè)設(shè)計(jì) 中，對(duì)于閱讀器與電子標(biāo)簽之間的數(shù)據(jù)傳輸，我采用的是數(shù)字調(diào)制中的 高斯頻率鍵控調(diào)制 gfsk，即是在 fsk 前加了一個(gè)高斯低通濾波器 。在此，有必要對(duì) fsk 作 簡(jiǎn)要的說(shuō)明。 fsk（frequency-shift keying）：頻移鍵控。就是用數(shù)字信號(hào)

34、去調(diào)制載波的頻率。是 信息傳輸中使用得較早的一種調(diào)制方式 ,它的主要優(yōu)點(diǎn)是 : 實(shí)現(xiàn)起來(lái)較容易 ,抗噪聲與抗衰 減的性能較好。在中低速數(shù)據(jù)傳輸中得到了廣泛的應(yīng)用。 它是利用基帶數(shù)字信號(hào)離散取值特點(diǎn)去鍵控載波頻率以傳遞信息的一種數(shù)字調(diào)制技術(shù)。 最常見(jiàn)的是用兩個(gè)頻率承載二進(jìn)制 1和0的雙頻 fsk 系統(tǒng)。 圖 2.5 fsk 調(diào)制示例 第三章第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 在這次基于 msp430 單片機(jī)的無(wú)線報(bào)警鎖設(shè)計(jì)中，我主要以單片機(jī) msp430f2232 和 nrf905 為核心，外擴(kuò)基本的電路單元，從而實(shí)現(xiàn)課題要求。單片機(jī)與射頻芯片之間通過(guò) spi 接口進(jìn)行通 信，數(shù)據(jù)經(jīng)射頻芯片發(fā)送出

35、去。閱讀器和電子標(biāo)簽之間通過(guò)無(wú)線電波傳送數(shù)據(jù)。系統(tǒng)框圖如下所 示。 圖 3.1 系統(tǒng)框圖 3.1 系統(tǒng)硬件組成 系統(tǒng)硬件電路包括：電源電路，單片機(jī)復(fù)位電路，晶振電路，電池電壓檢測(cè)電路，spi 接口 電路，天線電路，閱讀器顯示電路，jtag 接口電路。 3.2 系統(tǒng)電路設(shè)計(jì) 3.2.1 電源電路 在電子電路及設(shè)備中，一般都需要穩(wěn)定的直流電源供電。直流電源的輸入為 220v，50hz 的 電網(wǎng)電壓（即市電） 。一般情況下，所需直流電壓得數(shù)值和電網(wǎng)電壓的有效值相差較大，因而需 要通過(guò)電源變壓器降壓后，再對(duì)交流電壓進(jìn)行處理。變壓器副邊電壓有效值決定于后面電壓的需 要。目前主要有兩種降壓的方法，變壓器降

36、壓和電容降壓。但考慮到電容降壓有一定的危險(xiǎn)，因 此，此次畢業(yè)設(shè)計(jì)我采用的是變壓器降壓的方式。 變壓器副邊電壓通過(guò)整流電路由交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓，即將正弦波電壓轉(zhuǎn)換為單一的脈 動(dòng)電壓。常見(jiàn)的整流電路有半波整流和全波整流電路之分，我在畢業(yè)設(shè)計(jì)中采用的是全波整流電 路。同時(shí)，為了減小電壓的脈動(dòng)，需通過(guò)濾波電路進(jìn)行濾波，使輸出電壓平滑。 圖 3.2 直流電源方框圖 根據(jù)以上所述，可以利用一些特定的電子元器件得到系統(tǒng)所需要的直流電源，具體的供電電源如下。 圖 3.3 直流電供應(yīng)電路圖 從上圖可以得知：220v/50hz 市電從左側(cè)進(jìn)入，經(jīng)過(guò)芯片 mcp73831 和芯片 xc6201 降壓和 穩(wěn)壓，最

37、后得到 msp430f2232 單片機(jī)所需要的電源電壓 vcc3.3v。 3.2.2 單片機(jī)復(fù)位電路 復(fù)位指的是單片機(jī)的初始化操作，當(dāng)程序運(yùn)行出錯(cuò)或操作錯(cuò)誤使系統(tǒng)處于死循環(huán)時(shí)，也需要 復(fù)位以重新啟動(dòng)機(jī)器。復(fù)位分為上電自動(dòng)復(fù)位和按鍵手動(dòng)復(fù)位兩種方式。 對(duì)于 msp430f2232 單片機(jī)來(lái)說(shuō)，以下三種情況將產(chǎn)生 por 復(fù)位信號(hào)： 系統(tǒng)開(kāi)始上電時(shí)。 在復(fù)位模式下，rst/nmi 管腳有一定時(shí)間長(zhǎng)度的低電平。 當(dāng) poron=1 時(shí)，電源電壓監(jiān)控模塊 svs 保持在低電平。 以下種情況將產(chǎn)生 puc 復(fù)位信號(hào)： 有 por 信號(hào)產(chǎn)生時(shí)。 在看門(mén)狗模式下，看門(mén)狗定時(shí)長(zhǎng)度溢出時(shí)。 watchdog t

38、imer security key violation. a flash memory security key violation. a cpu instruction fetch from the peripheral address range 0h-o1ffh. 單片機(jī) msp430f2232 的復(fù)位信號(hào)產(chǎn)生電路圖如下所示： 圖 3.4 復(fù)位信號(hào)產(chǎn)生示意圖 3.2.33.2.3 晶振電路 msp43o 系列單片機(jī)的時(shí)鐘模塊主要由高速晶體，低速晶體和數(shù)字控制振蕩器（dco）等器件 構(gòu)成。所產(chǎn)生的時(shí)鐘為：主系統(tǒng)時(shí)鐘（mclk） ，子系統(tǒng)時(shí)鐘（smclk）和輔助時(shí)鐘（aclk） 。由于 時(shí)鐘

39、模塊產(chǎn)生三個(gè)不同的時(shí)鐘信號(hào)，這樣可以采用不同的時(shí)鐘從而達(dá)到低功耗的目的。 一般說(shuō)來(lái)，系統(tǒng)的功耗和系統(tǒng)的工作頻率成正比關(guān)系，這樣可以在低功耗應(yīng)用的情況下選用 低速晶體。如果系統(tǒng)對(duì)運(yùn)算要求比較高，則可以選用高速晶體產(chǎn)生較高的主系統(tǒng)時(shí)鐘提供給 cpu，以滿足運(yùn)算要求。如果對(duì)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求比較高，則可以采用 aclk 時(shí)鐘?？偟膩?lái)說(shuō)，應(yīng) 根據(jù)不同的應(yīng)用來(lái)選擇適當(dāng)?shù)臅r(shí)鐘。 msp430f2232 單片機(jī)的基本晶振電路如下: 圖 3.5 基本晶振電路圖 在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，運(yùn)用到了頻率為 32khz 外部晶體振蕩即我們常見(jiàn)的手表晶體振蕩器，作 為軟 rtc 的時(shí)鐘；應(yīng)用 msp430 內(nèi)部的 rc 振蕩器

40、產(chǎn)生的 8mhz 作為系統(tǒng)主時(shí)鐘。 圖 3.6 外部晶振電路圖 3.2.4 電池電壓檢測(cè)電路 眾所周知，任何電子設(shè)備都是需要有能量供應(yīng)的。為了保證系統(tǒng)的正常工作，有時(shí)候必需得 外加電源檢測(cè)電路。為了獲取標(biāo)簽電池電壓的大小，我在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，特別設(shè)計(jì)了一個(gè)電池 電壓檢測(cè)電路。當(dāng)系統(tǒng)因長(zhǎng)時(shí)間工作而導(dǎo)致電池供電能力不足時(shí)，讓閱讀器及時(shí)地發(fā)現(xiàn)，并作出 相應(yīng)的解決措施。眾所周知，微控制器對(duì)意外情況有兩種處理方式：中斷方式和查詢(xún)方式。我在 電池電壓檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)中，采用了軟件查詢(xún)的方式，間隔一定的時(shí)間 cpu 自動(dòng)取檢測(cè)電池電壓 的大小。當(dāng)供電能力不能滿足系統(tǒng)的工作要求時(shí)，立即作出相對(duì)應(yīng)的措施。 電池電

41、壓檢測(cè)電壓電路工作原理如下：主要運(yùn)用一個(gè) mos 管來(lái)控制電池電壓的檢測(cè)。通過(guò)控 制 n 型增強(qiáng)型 mosfet 管子的開(kāi)斷來(lái)達(dá)到定時(shí)監(jiān)測(cè)電池電壓的目的。當(dāng)單片機(jī)的端口 p3.3 輸出為 高電位 1 時(shí)，場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通，電阻 r6 和 r4 構(gòu)成電池分壓電路。r4 獲得的電壓通過(guò)單片機(jī)端口 p2.0 進(jìn)行保存。當(dāng)單片機(jī)端口 p3.3 輸出為低電位 0 時(shí)，場(chǎng)效應(yīng)管截止，檢測(cè)電路不工作。這就 是整個(gè)電池電壓檢測(cè)電路的原理。設(shè)置一定得時(shí)間間隔，可以得到電池當(dāng)前的電壓值。單片機(jī)對(duì) p2.0 口的信息進(jìn)行采集，利用程序進(jìn)行判斷，從而指導(dǎo)系統(tǒng)該如何做出反應(yīng)。 該電池電壓檢測(cè)電路，需要占用單片機(jī) msp43

42、0f2232 的兩個(gè) i/o 端口。由于該系統(tǒng)只是簡(jiǎn)單 的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，對(duì) i/o 端口的數(shù)量要求并不高，因此可以以這種方式來(lái)設(shè)計(jì)電池電壓檢測(cè)電路。 在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)該考慮數(shù)量有限的 i/o 端口數(shù)。具體的電池電壓檢測(cè)電路如下： 圖 3.7 電池電壓檢測(cè)電路 3.2.53.2.5 spi 接口電路 spi 總線系統(tǒng)是一種同步串行外設(shè)接口，它可以使mcu 與各種外圍設(shè)備以串行方式進(jìn)行 通信以交換信息。該接口一般使用 4 條線：串行時(shí)鐘線（ sck） 、主機(jī)輸入 /從機(jī)輸出數(shù)據(jù)線 miso、主機(jī)輸出/從機(jī)輸入數(shù)據(jù)線 mosi 和低電平有效的從機(jī)選擇線 ss(有的 spi 接口芯片 帶有中斷信號(hào)線

43、int 或 int、有的 spi 接口芯片沒(méi)有主機(jī)輸出 /從機(jī)輸入數(shù)據(jù)線 mosi)。 msp430f2232 的 spi 接口主要由 4 個(gè)引腳構(gòu)成： spiclk、mosi、miso 及 /ss，其中 spiclk 是整個(gè) spi 總線的公用時(shí)鐘， mosi、miso 作為主機(jī)，從機(jī)的輸入輸出的標(biāo)志， mosi 是主機(jī)的輸出，從機(jī)的輸入， miso 是主機(jī)的輸入，從機(jī)的輸出。 /ss 是從機(jī)的標(biāo)志管 腳，在互相通信的兩個(gè) spi 總線的器件， /ss 管腳的電平低的是從機(jī)，相反 /ss 管腳的電平 高的是主機(jī)。在一個(gè) spi 通信系統(tǒng)中，必須有主機(jī)。 spi 總線可以配置成單主單從，單主多

44、 從，互為主從。 msp430f2232 和射頻芯片 nrf905 都提供 spi 接口，他們之間的連線圖如下所示： 圖 3.8 主機(jī)與從機(jī) spi 連接方式 注：master device 即為 msp430f2232，slave device 為 nrf905 3.2.6 天線電路 在無(wú)線電設(shè)備中用來(lái)發(fā)射或接收電磁波的部 件。無(wú)線電通信、廣播、電視、雷達(dá)、 等 工程系統(tǒng)，凡是利用電磁波來(lái)傳遞信息的，都依靠天線來(lái)進(jìn)行工作。一般天線都具有可逆性， 即同一副天線既可用作發(fā)射天線，也可用作接收天線。同一天線作為發(fā)射或接收的基本特性 參數(shù)是相同的。這就是天線的互易定理。 在我這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我使用的

45、 是對(duì)稱(chēng)振子天線。對(duì)稱(chēng)振子是一種經(jīng)典的、迄今為止使 用最廣泛的天線。 兩臂長(zhǎng)度相等的振子叫做對(duì)稱(chēng)振子。每臂長(zhǎng)度為四分之一波長(zhǎng)、全長(zhǎng) 為二分之一波長(zhǎng)的振子，稱(chēng)半波對(duì)稱(chēng)振子。具體天線電路見(jiàn)下: 圖 3.9 天線電路 3.2.7 jtag 接口電路 jtag 也是一種國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試協(xié)議（ ieee 1149.1兼容） ，主要用于芯片內(nèi)部測(cè)試?，F(xiàn)在 多數(shù)的高級(jí)器件都支持 jtag 協(xié)議,如 dsp、fpga 器件等。標(biāo)準(zhǔn)的 jtag 接口是4線： tms、tck、tdi、tdo,分別為模式選擇、時(shí)鐘、數(shù)據(jù)輸入和數(shù)據(jù)輸出線。 相關(guān) jtag 引腳 的定義為： tck 為測(cè)試時(shí)鐘輸入； tdi 為測(cè)試數(shù)據(jù)輸

46、入，數(shù)據(jù)通過(guò) tdi 引腳輸入 jtag 接口； tdo 為測(cè)試數(shù)據(jù)輸出，數(shù)據(jù)通過(guò) tdo 引腳從 jtag 接口輸出； tms 為測(cè)試模式選擇， tms 用 來(lái)設(shè)置 jtag 接口處于某種特定的測(cè)試模式； trst 為測(cè)試復(fù)位，輸入引腳，低電平有效。 在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，主要應(yīng)用 jtag 接口連接上位機(jī)如 pc 到閱讀器及電子標(biāo)簽。主要 目的為調(diào)試程序代碼以以及將源代碼灌進(jìn)芯片中。連接電纜為pc25針并口線纜 。 3.3 protel 99se 介紹以及系統(tǒng)原理圖 1 關(guān)于 protel 99 se 的介紹 protel 99 se 是 protel 公司于2000年推出的產(chǎn)品，在 prot

47、el 系列產(chǎn)品中， protel 99se 以其強(qiáng)大的功能，方便快捷的設(shè)計(jì)模式和人性化的設(shè)計(jì)環(huán)境，贏得了眾多電路設(shè)計(jì)這得 青睞，成為當(dāng)前電子工業(yè)中印刷電路板設(shè)計(jì)的主流軟件。 protel 設(shè)計(jì)系統(tǒng)是一套建立在 pc 環(huán)境下的 eda 電路集成設(shè)計(jì)系統(tǒng)，它以卓越的功能旺 盛的生命力緊跟計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)和 eda 技術(shù)的發(fā)展步伐。 protel 99se 由兩大部分組成：電路原理圖設(shè)計(jì)（ advanced schematic）和多層印刷 電路板設(shè)（advanced pcb） 。其中 advanced schematic 由兩部分組成：電路圖編輯器 （schematic）和元件庫(kù)編輯器（ schema

48、tic library） 。protel 99se 作為常用的電路設(shè)計(jì) 軟件，相對(duì)于其他電路設(shè)計(jì)軟件，具有以下一些特性： 靈活的文檔管理。 多樣的模板。 豐富的原理圖元件庫(kù)和 pcb 封裝庫(kù)。 增強(qiáng)的元件布線工具。 增強(qiáng)的手動(dòng)布線方式。 優(yōu)越的混合信號(hào)電路仿真。 良好的兼容性。 在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我就是應(yīng)用 protel 99se 軟件設(shè)計(jì)印刷電路板圖。 一般來(lái)說(shuō)，利用 protel 99 se 進(jìn)行印制電路板的最基本過(guò)程可以分為 6 個(gè)主要的操作步驟。 圖 3.10 印制電路板制作過(guò)程 2 系統(tǒng)原理圖 見(jiàn)附錄。 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 4.1 程序語(yǔ)言介紹 編寫(xiě)計(jì)算機(jī)程序所用的語(yǔ)言足程序設(shè)計(jì)語(yǔ)

49、言。它是人與計(jì)算機(jī)之間交流信息的工具，分為機(jī) 器語(yǔ)言、匯編語(yǔ)言和高級(jí)語(yǔ)言三類(lèi)。 4.1.1 機(jī)器語(yǔ)言 機(jī)器語(yǔ)言是計(jì)算機(jī)硬系統(tǒng)所能識(shí)別的程序語(yǔ)言。它是直接用二進(jìn)制形式指令表示命令的一種 語(yǔ)言，所以它不需要翻譯就能直接被執(zhí)行。每一種機(jī)器語(yǔ)言所編寫(xiě)的程序只適用于某種特定類(lèi)型 的計(jì)葬機(jī)。機(jī)器語(yǔ)言中的每一條語(yǔ)句實(shí)際上是條二進(jìn)制形式的指令代碼，由操作碼和操作數(shù)兩部 分組成。 機(jī)器語(yǔ)言的運(yùn)行速度快、效率高，但用它編寫(xiě)的程序既難辨認(rèn)和記憶，又容易出錯(cuò)。給程序 的編寫(xiě)、閱讀和修改帶來(lái)很大困難。 4.1.2 匯編語(yǔ)言 程序設(shè)計(jì)自動(dòng)化的第一階段，就是使用匯編語(yǔ)言。用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)的程序，稱(chēng)為匯編語(yǔ)言程 序。它是用字母

50、、數(shù)字和符號(hào)來(lái)編寫(xiě)的程序。匯編語(yǔ)言輸入到計(jì)算機(jī)后在執(zhí)行時(shí)首先被一種稱(chēng) 之為匯編程序的系統(tǒng)程序翻譯成機(jī)器語(yǔ)言程序，然后才能由計(jì)算機(jī)執(zhí)行。 匯編語(yǔ)言也是面向機(jī)器的語(yǔ)言，執(zhí)行速度與機(jī)器語(yǔ)言相仿，但它比機(jī)器語(yǔ)言易讀、好記，也 不容易出錯(cuò)，這對(duì)縮短編程、讀取和修改帶來(lái)很大方便。其缺點(diǎn)是使用匯編語(yǔ)言編程時(shí)，必須熟 悉機(jī)器的指令系統(tǒng)、尋址方式、寄存器的設(shè)置和使用方式，且不同類(lèi)型的機(jī)器不能移植。使用匯 編語(yǔ)言程序可“把計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程刻劃的非常精細(xì)而又具體，因此可以編制出結(jié)構(gòu)緊湊、運(yùn)行 時(shí)間精確的程序。這樣的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言在實(shí)時(shí)控制中是非常實(shí)用的。匯編語(yǔ)言的優(yōu)點(diǎn)：占用的內(nèi) 存單元和 cpu 資源少；程序簡(jiǎn)短，執(zhí)

51、行速度快；可直接調(diào)用計(jì)算機(jī)的全部資源，并可有效的利 用計(jì)算機(jī)的專(zhuān)有特性；能準(zhǔn)確掌握指令的執(zhí)行時(shí)間，適用于實(shí)時(shí)控制系統(tǒng) 4.1.3 高級(jí)語(yǔ)言 高級(jí)語(yǔ)言克服了匯編語(yǔ)言的缺點(diǎn)，是種面向問(wèn)題或過(guò)程的語(yǔ)言。它是參照數(shù)學(xué)語(yǔ)言而設(shè)計(jì)的 近似于日常會(huì)話的語(yǔ)言。在高級(jí)語(yǔ)言中一條命令的功能可“代替幾條、幾十條甚至兒百條匯編 語(yǔ)言命令的功能。它不但直觀、易學(xué)，而且通用性強(qiáng)，便于移植到不同類(lèi)型的機(jī)器上使用。 在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，由于牽涉的程序規(guī)模較大，有 c 語(yǔ)言編程有著相對(duì)的優(yōu)勢(shì)，因此，我 采用的是高級(jí)語(yǔ)言 c 語(yǔ)言。 4.2 c 語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)流程 用 c 語(yǔ)言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)與使用其他高級(jí)語(yǔ)言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)的過(guò)程是類(lèi)似的

52、。即首先對(duì)問(wèn)題 進(jìn)行分析，明確要達(dá)到的工作目的、技術(shù)指標(biāo)等，然后確定算法，再根據(jù)算法畫(huà)出工作流程圖， 然后按流程圖編寫(xiě)源程序經(jīng)上機(jī)調(diào)試、修改后最終確定源程序。 4.3 msp430f2232 編程基礎(chǔ)簡(jiǎn)介 由于在進(jìn)行編程的時(shí)候，需要牽涉到許多關(guān)于單片機(jī)的資源，下面對(duì)單片機(jī)的一些資源作簡(jiǎn) 單的介紹。 4.3.1 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 和程序存儲(chǔ)器地址空間 計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)配置有兩種典型結(jié)構(gòu)，即：哈佛結(jié)構(gòu)和普林斯頓結(jié)構(gòu)。 在 msp430f2232 單片機(jī)中，程序存儲(chǔ)器rom 是 flash 類(lèi)型的。它主要是用來(lái)放置 用戶應(yīng)用程序代碼的。而數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器主要是用來(lái)存放運(yùn)算的中間結(jié)果，標(biāo)志以及數(shù)據(jù)的 暫存和緩沖等。如

53、前所述，msp430f2232 單片機(jī)最大尋址空間為64kb，也就是說(shuō)， 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和程序存儲(chǔ)器的地址范圍為0000h-ffffh。它們的 組織結(jié)構(gòu)圖如下： 圖 4.1 存儲(chǔ)器組織圖 4.3.2 msp430f2232 寄存器介紹 在 msp430 系列單片機(jī)中，cpu 內(nèi)部共有 16 個(gè)寄存器。4 個(gè)特殊寄存器和 12 個(gè)普通寄存器。 圖 4.2 寄存器結(jié)構(gòu)圖 1. 程序計(jì)數(shù)器 pc 為了保證程序 (在操作系統(tǒng)中理解為進(jìn)程 )能夠連續(xù)地執(zhí)行下去， cpu 必須具有某些手 段來(lái)確定下一條指令的地址。而程序計(jì)數(shù)器正是起到這種作用，所以通常又稱(chēng)為指令計(jì)數(shù)器。 在程序開(kāi)始執(zhí)行前，必須將它的起始地址，

54、即程序的一條指令所在的內(nèi)存單元地址送入 pc，因此程序計(jì)數(shù)器（ pc）的內(nèi)容即是從內(nèi)存提取的第一條指令的地址。當(dāng)執(zhí)行指令時(shí)， cpu 將自動(dòng)修改 pc 的內(nèi)容，即每執(zhí)行一條指令 pc 增加一個(gè)量，這個(gè)量等于指令所含的字節(jié) 數(shù)，以便使其保持的總是將要執(zhí)行的下一條指令的地址。由于大多數(shù)指令都是按順序來(lái)執(zhí)行 的，所以修改的過(guò)程通常只是簡(jiǎn)單的對(duì)pc 加1。 2. 堆棧指針 主要用在系統(tǒng)調(diào)用子程序或者進(jìn)入中斷服務(wù)程序的時(shí)候?qū)Τ绦蛴?jì)數(shù)器的保護(hù)，就是保護(hù)程序 的現(xiàn)場(chǎng)以及恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)的功能。 3. 常數(shù)發(fā)生器 常熟發(fā)生器主要用來(lái)產(chǎn)生常數(shù)，在采用 c 語(yǔ)言編寫(xiě)程序時(shí)，不需要關(guān)心該寄存器。 4. 狀態(tài)寄存器 用來(lái)設(shè)置

55、某些比特位來(lái)控制 cpu 的行為或者通過(guò)某些位來(lái)反映 cpu 的狀態(tài)。 4.3.3 單片機(jī)的工作模式 單片機(jī) msp430f2232 共有 6 種工作模式：活動(dòng)模式 am，5 種低功耗模式： lpm0,lpm1,lpm2,lpm3,lpm4,lpm5.芯片可以在 6us 內(nèi)從低功耗模式迅速進(jìn)入到活動(dòng)模式。 工作模式與功耗如下圖： 圖 4.3 工作模式圖 從上圖我們可以得到:系統(tǒng)功耗與工作電源是成正比例關(guān)系的。在不同的模式下， 電壓低的系統(tǒng)功耗小。同時(shí)，功耗與時(shí)鐘也有一定的關(guān)系。以上幾種低功耗模式正 是基于時(shí)鐘活性而設(shè)計(jì)出來(lái)的。也就是說(shuō)，在不同的低功耗模式下，系統(tǒng)的各個(gè)時(shí)鐘模 塊的活性是不同的。

56、 4.4 程序流程圖 程序流程圖是人們對(duì)解決問(wèn)題的方法、思路或算法的一種描述。在編寫(xiě)大型程序的時(shí)候，程 序流程圖對(duì)編程有著舉足輕重的作用。因此，在我們編寫(xiě)程序的時(shí)候，要充分重視程序流程圖的 繪制。 一般來(lái)說(shuō)，在進(jìn)行系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的時(shí)候，利用程序流程圖有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)： 采用簡(jiǎn)單規(guī)范的符號(hào)，畫(huà)法簡(jiǎn)單； 結(jié)構(gòu)清晰，邏輯性強(qiáng)； 便于描述，容易理解。 在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，主要包含兩個(gè)程序流程圖：閱讀器程序流程圖和標(biāo)簽程序流程圖。下面 將給出這兩個(gè)子系統(tǒng)的具體的程序流程圖。 4.4.1 閱讀器程序流程圖 圖 4.5 閱讀器程序流程圖 4.4.2 標(biāo)簽程序流程圖 圖 4.6 標(biāo)簽程序流程圖 4.4.3 系統(tǒng)源代

57、碼 略。 4.5 本章小結(jié) 通過(guò)程序的編寫(xiě)，我對(duì)單片機(jī) msp430f2232 的應(yīng)用有了進(jìn)一步的了解，并初步掌握了使用 iar embedded system 軟件編寫(xiě) c 程序。但同時(shí)，不足之處還有很多，有一些知識(shí)了解不夠透徹， 還需要大量的實(shí)際操作和練習(xí)。程序方面，也還有很多需要改進(jìn)的地方，使程序變得更簡(jiǎn)練，更 具有可讀性。 第五章 系統(tǒng)仿真調(diào)試 5.1 仿真軟件介紹 目前，支持 msp430 單片機(jī)的開(kāi)發(fā)調(diào)試環(huán)境比較多。我采用的軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)為 iar 公司提供 的開(kāi)發(fā)調(diào)試環(huán)境：iar embedded workbench 及調(diào)試器 c-spy。 embedded workbench 支

58、持多種單片機(jī)，它具有以下特性： 支持 windows 98/windows nt/windows 2000 操作系統(tǒng)。 windows 風(fēng)格的可視化開(kāi)發(fā)環(huán)境。 集成所有的工具（編譯，連接等） ，方便使用。 支持直觀的拖放功能。 具有超文本風(fēng)格的幫助。 可以采用 make 進(jìn)行重新編譯，連接等。 embedded workbench 采用創(chuàng)建項(xiàng)目（project）的方式來(lái)進(jìn)行軟件的開(kāi)發(fā)和管理。embedded workbench 包含以下實(shí)用工具： 具有語(yǔ)法突出顯示的文本編輯器。 編譯器。 匯編器。 連接器。 函數(shù)管理器。 make 工具。 調(diào)試器 c-spy. 用戶使用集成開(kāi)發(fā)環(huán)境的文本編輯器編寫(xiě)程序源代碼。該編譯器具有以下特性。 根據(jù) c 語(yǔ)言的語(yǔ)法來(lái)區(qū)別字體的顏色。 具有查找和替換功能，能夠非常方便的對(duì)程序進(jìn)行編輯。 可以從出錯(cuò)的列表中直接跳到文本中相應(yīng)的出錯(cuò)位置。 能夠檢查括號(hào)是否匹配，這在程序編寫(xiě)時(shí)非常有用。 能夠?qū)崿F(xiàn)程序的縮進(jìn)，使程序具有良好的代碼風(fēng)格。