基于multisim的腦電采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真(完整資料)

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基于multisim的腦電采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真(完整資料）(可以直接使用，可編輯優(yōu)秀版資料，歡迎下載）課程設(shè)計(jì)說明書題目基于ｍultｉsim的腦電采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真學(xué)院（系)：年級專業(yè)：學(xué)號:學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：教師職稱：目錄1課程設(shè)計(jì)的目的………………42課程設(shè)計(jì)的要求………………43腦電放大濾波的方案設(shè)計(jì)……54腦電儀采集電路………………54。1前置放大電路…………54.2高通低通濾波電路………………８４.350Hz工頻陷波………1０４．４電平二級放大電路………………125課程設(shè)計(jì)總結(jié)……………………１３6參考文獻(xiàn)………………14１課程設(shè)計(jì)的目的腦電信號是與反映大腦神經(jīng)活動(dòng)有關(guān)的生物電位，由皮層內(nèi)大量神經(jīng)元突出后電位同步總和所形成的，是許多神經(jīng)元共同活動(dòng)的結(jié)果.對它進(jìn)行檢測可用于神經(jīng)診斷和認(rèn)知生理心理學(xué)研究,以及康復(fù)領(lǐng)域.現(xiàn)在已明確，在頭皮上引導(dǎo)的腦電波振幅,在正常情況下，從波峰到波底為５~２00μV(而從大腦皮層上引導(dǎo)的電位變化可達(dá)到１ｍV）其頻率范圍從小于1Hz到１０0Ｈz,波形因不同的腦部位置而異,并與覺醒和睡眠的水平相關(guān)，且存在很大的個(gè)體差異,也就是說腦電波在不同的正常人中也存在著不同的表現(xiàn).因而腦電信號放大和采集的實(shí)現(xiàn)仍是一個(gè)難題.而實(shí)現(xiàn)腦電信號放大的主要困難在于高增益放大的同時(shí)去除各種干擾。腦電圖是一種隨機(jī)性的生理信號,其規(guī)律性遠(yuǎn)不如心電圖那樣明確，通常將腦電圖的振幅和頻率成分作為腦電診斷的主要依據(jù)，而頻率成分顯得尤為重要。因?yàn)榇竽X活動(dòng)的程度與腦電圖節(jié)律的平均頻率之間有密切的關(guān)系.一般將正常腦電活動(dòng)相關(guān)的腦電波頻率范圍劃分為五種類型，頻率由低到高，將正常的腦電信號劃分為δ(0。5～3．5Hz）,θ波（4～7Hz），α波（8～13Hz）,β波(18～３０Hz）,γ波(31Hz以上）。本課程設(shè)計(jì)目的是設(shè)計(jì)一個(gè)低功耗腦電儀采集電路。腦電信號采集模塊主要由腦電采集電路、信號放大電路、濾波電路和ＡD采樣電路組成。腦電信號十分微弱且有較多干擾，所以在電極采集到心電信號之后，先通過放大電路將信號高保真放大，然后再通過濾波電路濾除諸多干擾得到較高信噪比的心電信號，最后進(jìn)行AＤ采樣。2設(shè)計(jì)要求及注意事項(xiàng)由于腦電信號十分微弱,通常在微幅量級，所以腦電放大器的前置放大器應(yīng)有較高的要求，應(yīng)有較低的輸入噪聲，高增益，高共模抑制比低漂移和高輸入阻抗等要求。具體參數(shù)要求如下：增益:５00～10０0倍共模抑制比：大于8０dB輸入阻抗：大于10兆歐姆同時(shí)滿足安全、實(shí)用、可靠等特點(diǎn)干擾信號主要來源:1.工頻干擾50Hz工頻干擾是由人體的分布電容所引起,工頻干擾的模型由５0Hz的正弦信號及其諧波組成。幅值通常與EＣG峰峰值相當(dāng)或更強(qiáng).2．電極接觸噪聲。電極接觸噪聲是瞬時(shí)干擾,來源于電極與肌膚的不良接觸，即病人與檢測系統(tǒng)的連接不好。其連接不好可能是瞬時(shí)的，如病入的運(yùn)動(dòng)和振動(dòng)導(dǎo)致松動(dòng);也可能是固定的,檢測系統(tǒng)不斷的開關(guān),放大器輸入端連接不好等。3。肌電干擾(EMＯ）肌電干擾來自于人體的肌肉顫動(dòng)，肌肉運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生毫伏級電勢。ＥMＧ基線通常在很小電壓范圍內(nèi)所以一般不明顯。肌電干擾可視為瞬時(shí)發(fā)生的零均值帶限噪聲，主要能量集中在30Hz～300Hz范圍內(nèi)。此外還有人為因素、基線漂移、呼吸影響等因素干擾。３腦電放大濾波的方案設(shè)計(jì)由傳感器采集到的腦電通過前置放大電路進(jìn)行放大,在經(jīng)過濾波器進(jìn)行濾波出去噪聲和干擾,最終得到可用的腦電波形。最紅通過電平提升電路將低電平提升到AD轉(zhuǎn)換器可用的電壓.系統(tǒng)的整體框圖如圖1所示。圖1便攜式腦電儀采集系統(tǒng)的整體框圖其中由于被測信號是微弱的電流信號，放大容易引起電壓電流的失調(diào),以及零點(diǎn)漂移、自激干擾等現(xiàn)象；還有背景噪聲、電路噪聲、元器噪聲的影響。上述這些因素對微弱信號放大器的精度、穩(wěn)定度要求很高,這時(shí)普通的運(yùn)算放大器和儀用放大器已經(jīng)無法滿足精度的要求。最后前置放大電路選用集成運(yùn)算放大器ＩＣL7650。高通濾波主要是濾除電路中的直流成分,如:極化電壓等,本設(shè)計(jì)中采用的是一階無源高通濾波器,放在隔離級之后，主放大電路之前,來消除直流成分的干擾。低通濾波器是用來通過低頻信號、衰減或抑制高頻信號.設(shè)計(jì)中采用了相頻特性較好的巴特沃斯壓控電壓源式電路(ＶCVS）。為了使濾波特性更接近理想情況，使用了四階低通濾波電路，由兩個(gè)二階濾波電路級串聯(lián)而成。最后在通過反向放大得到最終可用的波形。４腦電儀采集電路4．1前置放大電路采用ICL7650芯片進(jìn)行放大，其內(nèi)部構(gòu)造如圖2所示圖２ＩCL7６５０內(nèi)部構(gòu)造ＩCL765０是Inteｒｓiｌ公司利用動(dòng)態(tài)校零技術(shù)和先進(jìn)的CMOS工藝制成的斬波穩(wěn)零式高精度運(yùn)算放大器。電路設(shè)計(jì)技術(shù)和先進(jìn)工藝研制成功的第四代集成運(yùn)算放大器.ICL7650除了具有普通運(yùn)算放大器的特點(diǎn)和應(yīng)用范圍外,還具有高增益、高共模抑制比、失調(diào)小和低漂移等特點(diǎn).特點(diǎn)如下:輸入阻抗：10１2Ω；輸入偏置電壓平均溫度系數(shù)：0101uV·℃-1；輸入偏置電流：<10pA;開環(huán)增益:≥120dB；轉(zhuǎn)換速率:215v·us－1；單位增益帶寬:2MHｚ最終的前置放大電路如下圖3所示。圖3前置放大電路將Vab作為電壓放大器的輸入信號。所以電壓放大器的輸出電壓為：Vo＝(1+Ｒ3／Ｒ２）*Vi實(shí)際上，考慮運(yùn)算放大器不是理想的,其增益為有限值，則電路的反饋深度為:F=R3/（R2+R3）根據(jù)負(fù)反饋放大器的增益計(jì)算公式可以得到該同相放大器的實(shí)際增益為:A１=Ａ/（１+AF)。Ｍｕltiｓｉm軟件仿真的圖４，圖5所示。圖4前置放大電路的multisim的仿真電路圖圖５前置放大電路的仿真波形4。２高通和低通濾波電路(1)高通濾波由Ｒ１、C1構(gòu)成,其截止頻率為:ｆ=１/（2π＊Ｒ1*C1)＝0.０５Hz其測控電路圖如圖6所示圖6高通濾波電路圖其相應(yīng)的mｕltｉsim仿真電路圖,波形圖如下圖7、8、9所示.圖７高通濾波multisim仿真電路圖圖8高通濾波multiｓｉm仿真幅度波形圖v圖9高通濾波multisim仿真幅度相位圖（２)由于容抗１/ＳC與信號頻率f成反比，高頻段時(shí)容抗很小，電容串聯(lián)時(shí)將給高頻信號提供暢通之路,反之低頻時(shí)容抗很大,電容串聯(lián)時(shí)將使低頻信號得到衰減和抑制。R2～R５、C2~Ｃ５和U1A、U1Ｂ構(gòu)成四階低通濾波器,由于自發(fā)腦電信號的頻率主要都在50Hz以下,為此設(shè)計(jì)其截止頻率為:其相應(yīng)的測量電路圖如圖10所示圖１0低通濾波電路圖其相應(yīng)的mｕltiｓim仿真電路圖，波形圖如下圖11、12、13所示.圖11低通濾波mulｔｉsim仿真電路圖圖１2低通濾波mｕltisｉm仿真幅度波形圖圖９低通濾波mｕltiｓiｍ仿真幅度相位圖4.３50HＺ工頻陷波陷波器是利用壓電效應(yīng)制成的帶阻濾波器，它的作用是阻止或?yàn)V掉信號中干擾成分在腦電信號的采集過程中,存在50Ｈz的工頻干擾,雖然前置放大電路對共模干擾具有較強(qiáng)的抑制能力,但有部分工頻干擾是以差模信號的方式進(jìn)入電路的，對腦電信號造成嚴(yán)重的干擾，必須加以濾除。消除工頻干擾的方法是使用帶阻濾波器,它能夠使在規(guī)定的頻帶內(nèi)，信號不能通過（或受到很大衰減或抑制)，而在其余頻率范圍，信號則能順利通過.帶阻濾波器又稱陷波器。利用雙T網(wǎng)絡(luò)和運(yùn)算放大器構(gòu)成的有源雙T帶阻濾波電路,是作為抑制腦電信號測量中的工頻干擾而經(jīng)常采用的陷波電路結(jié)構(gòu)。圖4為本系統(tǒng)采用的有源雙T網(wǎng)絡(luò)陷波電路。在圖４所示的50Hz陷波電路中，陷波器的中心頻率為：f=1/(２π*Ｒ1＊C1）陷波器參數(shù)的確定一方面通過計(jì)算,另一方面還要通過實(shí)驗(yàn)檢測其濾波效果。本設(shè)計(jì)中Ｒ1＝Ｒ2=2R3=R，C１=C２=C3/2，根據(jù)上式算得f為50。2Hz，實(shí)際測得陷波器的中心頻率為５0。４Ｈｚ，滿足設(shè)計(jì)要求。陷波器的品質(zhì)因素Q,決定濾波器的選擇性，高Q對應(yīng)較窄的阻帶而低Q對應(yīng)較寬的阻帶。Q值的計(jì)算公式為:Q=1/(４*（1-F)）,式中F為電路反饋系數(shù)：F=R5/(Ｒ4＋R5)選取R1=2６1Ｋ，Ｒ2=54．9Ｋ,計(jì)算可得F=0.８，Q=1.2５。這種陷波器電路能有效地濾除50Ｈz工頻產(chǎn)生的干擾，而且Ｑ值的提高保證了有用信號不被衰減。R4＝（1-F）R,R5=FRＦ值取值影響陷波電路的頻帶寬度。Ｆ值越大，頻率選擇性越好。但是F值太高,濾波器的性能不穩(wěn)定,當(dāng)元器件受溫度等環(huán)境影響參數(shù)發(fā)生變化時(shí),會(huì)使陷波點(diǎn)發(fā)生移動(dòng),工頻干擾就得不到有效的抑制.通常Ｆ?。?。8左右.此外雙Ｔ網(wǎng)絡(luò)中，兩支路的Ｒ，C的對稱程度決定陷波點(diǎn)的衰減能達(dá)到的最低限度。只有保持R和C的嚴(yán)格對稱關(guān)系，才能使對應(yīng)于工頻的信號互相抵消，衰減到零。對于ω0=5０Ｈｚ，F(xiàn)=0.８2,取C=1０nF,則R=316Ｋ。其相應(yīng)電路圖如下圖１3所示圖1３50Ｈｚ工頻陷波電路圖其相應(yīng)的muｌtisim仿真電路圖和波形圖如圖14、15所示圖145０Ｈz工頻陷波multisim仿真電路圖１5５0Ｈｚ工頻陷波mｕltｉsim仿真相位圖圖155０Ｈｚ工頻陷波ｍultｉsim仿真相位圖4。4、后級放大采用反相放大器進(jìn)行后級放大。前端加有電容，隔直用.放大器正輸入端接有平衡電阻,減少直流偏置。電路圖如下圖增益Ａ2=－R２／R1=-２０；參數(shù)選擇：取R1=220KΩ，R2=4．7ＭΩ,平衡電阻為R３＝R1/／Ｒ2＝210KΩ;C1＝２。2μF其相應(yīng)的mulｔisiｍ仿真電路如下圖16,１7所示圖１6后級放大電路mulｔisｉm仿真圖圖1７后級放大電路multisiｍ仿真波形圖由前置放大和此級放大聯(lián)合起來選用不同參數(shù)即可將采集到的信號放大的５00倍以上。5課程設(shè)計(jì)總結(jié)通過這周的課程設(shè)計(jì)，使我更進(jìn)一步的了解了測控原理的相關(guān)知識,加深了對腦電方面知識的了解，初步達(dá)到了設(shè)計(jì)目的和要求，同時(shí)掌握的mｕltiｓim仿真軟件的基本應(yīng)用，提升了自己的實(shí)際實(shí)踐能力.明白了設(shè)計(jì)一個(gè)關(guān)于腦電采集系統(tǒng)應(yīng)從哪幾方面入手。此外也加強(qiáng)了我搜集資料和整理資料的能力,提高了自己動(dòng)手分析問題、解決問題的能力。這些都對我以后的工作進(jìn)行了即時(shí)的訓(xùn)練。并且在設(shè)計(jì)中遇到了許多問題，在對這些問題的解決上，也是對我個(gè)人能力的煅煉。而且這些問題的出現(xiàn)很有價(jià)值，是值得重視的，需要在我以后的學(xué)習(xí)中不斷的加以完善和提高.但總的來說,通過這次的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步地增強(qiáng)了我的實(shí)際動(dòng)手能力使我的理論與實(shí)踐能力相結(jié)合，從而在整體上提高了自身的學(xué)習(xí)能力和理論素養(yǎng)。腦電信號作為一種重要的生物電信號，在進(jìn)行大腦疾病診斷的過程中需要對其進(jìn)行記錄,以提供臨床數(shù)據(jù)和診斷的依據(jù)，因此腦電信號采集系統(tǒng)具有非常重要的臨床意義.本設(shè)計(jì)通過前置放大、高通、低通濾波器和50Hz工頻陷波器的合理設(shè)計(jì)與仿真實(shí)現(xiàn),克服了腦電信號提取中常遇到的一些困難,為腦電信號處理及特征提取提供一定的理論參考和分析。6參考文獻(xiàn)［1］譚郁玲.臨床腦電圖與腦電地形圖學(xué)[M]．北京:人民衛(wèi)生出版社,1999.［2］蔡建新，張唯真。生物醫(yī)學(xué)電子學(xué)［M］.北京：北京大學(xué)出版社,１997.［３］劉靜.心電圖機(jī)XD一104８輸入電路右腿驅(qū)動(dòng)電路的分析與設(shè)計(jì)［J]．青島大學(xué)學(xué)報(bào),19９9，17(1)：85—86．[4］陸坤。電子設(shè)計(jì)技術(shù)[M］.成都：電子科技大學(xué)出版社，19９7。［５]余學(xué)飛.醫(yī)學(xué)電子儀器原理與設(shè)計(jì)［Ｍ］．廣州:華南理工大學(xué)出版社，20０0[6］現(xiàn)代測控電路李剛林凌主編高等教育出版社安康學(xué)院學(xué)年論文﹙設(shè)計(jì)﹚題目基于MATLＡB的數(shù)字通信系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì)學(xué)生姓名學(xué)號專業(yè)班級指導(dǎo)教師２013年6月23日基于MATLＡＢ的模擬通信系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì)(作者：張小文)（安康學(xué)院電子與信息工程系電子信息工程專業(yè)1０級，陜西安康725000）指導(dǎo)教師:朱燕【摘要】通信是通過某種媒體進(jìn)行的信息傳遞,目的是傳輸信息，通信系統(tǒng)是用以完成信息傳輸過程的技術(shù)系統(tǒng)的總稱，作用是將信息從信源發(fā)送到一個(gè)或多個(gè)目的地.調(diào)制與解調(diào)在信息的傳輸過程中占據(jù)著重要的地位，是不可或缺的，因此研究系統(tǒng)的調(diào)制和解調(diào)過程就極為重要.MＡＴLAＢ是集數(shù)值計(jì)算、圖形繪制、圖像處理及系統(tǒng)仿真等強(qiáng)大功能于一體的科學(xué)計(jì)算語言，它強(qiáng)大的矩陣運(yùn)算和圖形可視化的功能以及豐富的工具箱，為通信系統(tǒng)的調(diào)制和解調(diào)過程的分析提供了極大的方便。本論文首先介紹了通信系統(tǒng)的概念,進(jìn)而引出調(diào)制和解調(diào)，然后介紹了我們常用的幾種調(diào)制和解調(diào)的方法。由于MＡＴＬAB具有的強(qiáng)大功能所以詳細(xì)介紹了MATLAB通信系統(tǒng)工具箱，并給出了基于MATＬAB的通信系統(tǒng)的調(diào)制與解調(diào)的實(shí)現(xiàn),運(yùn)用MATLＡB仿真軟件進(jìn)行仿真?！娟P(guān)鍵詞】通信系統(tǒng);調(diào)制與解調(diào);ＭATLＡB;2ＦSＫ；２ASK;2PSK；2DPSKDｉgitalCｏmmuｎicatｉonＳystemＳiｍuｌationＢａｓeｄOnＭATLABAutｈor：ＺhangＸiａｏwen（Ｇrａdｅ10,Ｃｌass2,ElectｒｏnｉcａnｄInformaｔionＥngiｎｅe(cuò)rinｇ，DepartmｅｎtofｅlectronicsaｎｄInｆormaｔionEngineｅring。，AnｋａｎgUniｖｅrsity,Ankaｎg725000，Ｓhａａnxi）Tuｔor：ZhuＹanAbsｔraｃt：Cｏmｍunｉｃatiｏnisthｒouｇhamediafoｒtrａnｓportａt(yī)iｏｎ.Coｍmunicatｉｏnｓyｓtemwhｉchisuｓedｔocompletetheprocｅssoｆiｎformaｔｉoｎtransmissｉonsystems,ｉngenｅｒａl,isｔosｅｎdtheｉｎforｍaｔionfromtheｓｏurｃetｏｏneorｍｏredesｔinatiｏnｓ．Moｄulatioｎanddｅｍoduｌationｏccupiedａnｉmpoｒtａntpositｉoｎｉｎtheｔraｎsmisｓionｏfｉnｆormatiｏnｗｈichｉsｅｓsentｉal，ｓotｈｅｒeｓearｃhabｏuttｈemodulatioｎanｄdemｏduｌａｔioｎpｒoｃｅｓsintｈeｃoｍmunicａt(yī)ｉoｎsysteｍiｓexｔreｍｅlyimportａnt.ＭＡTＬＡＢisanｕmeｒｉｃａlcoｍputatiｏn，graｐhicsｒｅnｄeｒiｎg，ｉmａgｅproｃｅssinｇａnｄsystemsｉmulationａndotherpｏｗerfulfｅaｔuresｉnｏnｅofｔhｅscｉenｔｉficcoｍｐutiｎglａnguage，itiｓapoweｒfulmatrixｃａlｃｕlatioｎandｇrａpｈicalｖisualｉzａt(yī)ioｎfeaturesandariｃｈｔoolｂoxprovideｓａgｒｅaｔcoｎvenienceforｔhｅcommunicationsｙｓｔeｍoｆmoｄulaｔionａｎｄｄeｍoｄulationprocess.Thisｐａperiｎtｒoducestheｃonceptofthecoｍmunｉｃatiｏnsyｓtｅm，aｎdｔｈenleadsｔomodulationanｄdemoｄulａｔioｎ，aｎdthenｉntroducedｓeveｒalofourcommoｎlyuｓedmｅthoｄoｆmodulaｔioｎａnddemodｕlaｔion。AstｈepｏｗeroｆMAＴLＡＢsoｗeintroduceｄｔｈecommunicaｔioｎsystemtoolｂoｘｉntheMＡTLAB。WegivesseveｒalexamｐlesabｏuttheｃommunicatioｎｓystembａsedonMATＬAＢmoｄuｌａt(yī)ｉｏnandｄeｍodulationａnduｓethesoｆtwarｅofＭＡTLABtosimuｌateｔhem.Keyｗords:Commuｎｉcａt(yī)iｏnSyｓtems；Mｏｄulatiｏnandｄemoduｌation;MＡＴLAB;2ＦSK；2ＡＳＫ；2ＰＳK；2DPＳＫ0引言通信按照傳統(tǒng)的理解就是信息的傳輸,在當(dāng)今高度信息化得社會(huì),信息和通信已經(jīng)成為現(xiàn)代社會(huì)的“命脈”。信息作為一種資源，只有通過廣泛的傳播與交流,才能產(chǎn)生利用價(jià)值，促進(jìn)社會(huì)成員之間的合作,推動(dòng)社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展，創(chuàng)造出巨大的經(jīng)濟(jì)效益.而通信作為傳輸信息的手段或方式，與傳感技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)相互融合，已經(jīng)成為21世紀(jì)國際社會(huì)和世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展的強(qiáng)大推動(dòng)力，所以未來的通信對人們的生活方式和社會(huì)的發(fā)展將會(huì)產(chǎn)生更加重大和意義深遠(yuǎn)的影響。在信息傳輸過程中，要求天線的尺寸要和信號的波長相比擬，信號才能有效的被輻射。對于語音信號來說，相應(yīng)的天線尺寸要在幾十公里以上，實(shí)際上不可能實(shí)現(xiàn)，所以需要經(jīng)過調(diào)制將信號頻譜搬移到較高的頻率范圍，如果不進(jìn)行調(diào)制就把信號直接輻射出去，那么各電臺(tái)所發(fā)出信號的頻率就會(huì)相同。調(diào)制作用的實(shí)質(zhì)就是使相同頻率范圍的信號分別依托于不同頻率的載波上，接收機(jī)就可以分離出所需的頻率信號,不致互相干擾.有時(shí)信號過于復(fù)雜,人工計(jì)算其調(diào)制和解調(diào)過程較難實(shí)現(xiàn)，對其結(jié)果的分析又缺乏可視化的直觀表現(xiàn)，影響了所得結(jié)果在實(shí)際生活中的應(yīng)用，美國Mａt(yī)ｈＷo(hù)rｋs公司開發(fā)的MATLＡB解決了這一問題。它應(yīng)用于自動(dòng)控制、數(shù)學(xué)計(jì)算、信號分析、信號處理等諸多領(lǐng)域,也是國內(nèi)高校和研究部門進(jìn)行許多科學(xué)研究的重要工具.ＭATLＡB的出現(xiàn)給通信系統(tǒng)的分析提供了極大的方便。1MAＴLAB簡介美國Maｔｈwｏrks公司于1967年推出了矩陣實(shí)驗(yàn)室“MatrixLaｂoratｏrｙ"（縮寫為Mａｔlab)這就是Maｔlａb最早的雛形。開發(fā)的最早的目的是幫助學(xué)校的老師和學(xué)生更好的授課和學(xué)習(xí)。Ｍaｔlaｂ是一種解釋性執(zhí)行語言，具有強(qiáng)大的計(jì)算、仿真、繪圖等功能。Simulｉnｋ是ＭATＬAB中的一種可視化仿真工具，也是目前在動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等方面應(yīng)用最廣泛的工具之一。確切的說，Ｓｉmulink是一個(gè)用來對動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真和分析的軟件包,它支持線性和非線性系統(tǒng),連續(xù)、離散時(shí)間模型，或者是兩者的混合。系統(tǒng)還可以使多種采樣頻率的系統(tǒng)，而且系統(tǒng)可以是多進(jìn)程的。在Simuｌink環(huán)境中,它為用戶提供了方框圖進(jìn)行建模的圖形接口，采用這種結(jié)構(gòu)畫模型圖就如同用手在紙上畫模型一樣自如、方便，故用戶只需進(jìn)行簡單的點(diǎn)擊和拖動(dòng)就能完成建模,并可直接進(jìn)行系統(tǒng)的仿真，快速的得到仿真結(jié)果。但是Sｉｍulｉnｋ不能脫離MATLAＢ而獨(dú)立工作。Matlａb將高性能的數(shù)值計(jì)算和可視化集成在一起,并提供了大量的內(nèi)置函數(shù),從而被廣泛地應(yīng)用于科學(xué)計(jì)算、控制系統(tǒng)、信息處理等領(lǐng)域的分析、仿真和設(shè)計(jì)工作，而且利用Maｔlａb產(chǎn)品的開放式結(jié)構(gòu)，可以非常容易地對Matlａb的功能進(jìn)行擴(kuò)充,從而在不斷深化對問題認(rèn)識的同時(shí),不斷完善Ｍatlａb產(chǎn)品以提高產(chǎn)品自身的競爭能力。利用M語言還開發(fā)了相應(yīng)的Maｔlａb專業(yè)工具箱函數(shù)供用戶直接使用。這些工具箱應(yīng)用的算法是開放的可擴(kuò)展的，用戶不僅可以查看其中的算法,還可以針對一些算法進(jìn)行修改，甚至允許開發(fā)自己的算法擴(kuò)充工具箱的功能。目前Ｍaｔlab產(chǎn)品的工具箱有四十多個(gè),分別涵蓋了數(shù)據(jù)獲取、科學(xué)計(jì)算、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析、數(shù)字信號處理、數(shù)字圖像處理、金融財(cái)務(wù)分析以及生物遺傳工程等專業(yè)領(lǐng)域。2二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的原理及實(shí)現(xiàn)數(shù)字通信系統(tǒng),按調(diào)制方式可以分為基帶傳輸和帶通傳輸。數(shù)字基帶信號的功率一般處于從零開始到某一頻率(如0～6M）低頻段，因而在很多實(shí)際的通信(如無線信道)中就不能直接進(jìn)行傳輸，需要借助載波調(diào)制進(jìn)行頻譜搬移，將數(shù)字基帶信號變換成適合信道傳輸?shù)臄?shù)字頻帶信號進(jìn)行傳輸，這種傳輸方式,稱為數(shù)字信號的頻帶傳輸或調(diào)制傳輸、載波傳輸。所謂調(diào)制，是用基帶信號對載波波形的某參量進(jìn)行控制,使該參量隨基帶信號的規(guī)律變化從而攜帶消息。對數(shù)字信號進(jìn)行調(diào)制可以便于信號的傳輸;實(shí)現(xiàn)信道復(fù)用；改變信號占據(jù)的帶寬;改善系統(tǒng)的性能.數(shù)字基帶通信系統(tǒng)中四種基本的調(diào)制方式分別稱為振幅鍵控（ASK，Amplitude－Ｓhiｆtｋｅyｉng）、移頻鍵控（ＦSK,Fｒequencｙ－Shｉfｔkｅyｉng)、移相鍵控（ＰSK，Ｐhaｓe－Ｓhiftｋeyｉng)和差分移相鍵(DPSK，DifferｅｎtPｈase-Ｓhiｆtkｅyｉnｇ)。本次課程設(shè)計(jì)對這四種調(diào)制方式進(jìn)行了仿真。2。1二進(jìn)制振幅鍵控采用的流程圖如圖2-1所示：圖2—１2ASK調(diào)制解調(diào)框圖2.1。1ASK調(diào)制原理2ASK二進(jìn)制振幅調(diào)制就是用二進(jìn)制數(shù)字基帶信號控制正弦載波的幅度,使載波振幅隨著二進(jìn)制數(shù)字基帶信號而變化，而其頻率和初始相位保持不變.信息比特是通過載波的幅度來傳遞的。其信號表達(dá)式為：，S(t）為單極性數(shù)字基帶信號。由于調(diào)制信號只有0或1兩個(gè)電平，相乘的結(jié)果相當(dāng)于將載頻或者關(guān)斷，或者接通,它的實(shí)際意義是當(dāng)調(diào)制的數(shù)字信號“１”時(shí)，傳輸載波;當(dāng)調(diào)制的數(shù)字信號為“0"時(shí)，不傳輸載波。２ASK信號的時(shí)間波形e2ASＫ(t)隨二進(jìn)制基帶信號S(t)通斷變化。所以又被稱為通斷鍵控信號。典型波形如圖2-2所示。圖2—2典型2ASＫ波形e2AＳＫ（t)為已調(diào)信號,它的幅度受s(t)控制，也就是說它的幅度上攜帶有ｓ（ｔ)的信息。2ＡSK信號的產(chǎn)生方法通常有兩種：模擬調(diào)制法（相乘器法）和鍵控法。模擬調(diào)制法就是用基帶信號與載波相乘,進(jìn)而把基帶信號調(diào)制到載波上進(jìn)行傳輸。鍵控法由s（t）來控制電路的開關(guān)進(jìn)而進(jìn)行調(diào)制。兩種方法的調(diào)制如圖２-３和圖2—４所示。圖2-３模擬調(diào)制法（相乘器法）圖２—4鍵控法2.1。２ＡSK解調(diào)原理2AＳＫ有兩種基本解調(diào)方法：相干解調(diào)法(同步檢測法)和非相干解調(diào)法(包絡(luò)檢波法）.相干解調(diào)需要將載頻位置的已調(diào)信號頻譜重新搬回原始基帶位置，因此用相乘器與載波相乘來實(shí)現(xiàn)。相乘后的信號只要濾除高頻部分就可以了。為確保無失真還原信號,必須在接收端提供一個(gè)與調(diào)制載波嚴(yán)格同步的本地載波，這是整個(gè)解調(diào)過程能否順利完好進(jìn)行的關(guān)鍵。本次設(shè)計(jì)采用相干解調(diào)法.兩種解調(diào)原理圖如圖2—5和圖2—6所示。圖２－5相干解調(diào)法(同步檢測法)圖2—６非相干解調(diào)法（包絡(luò)檢波法)2。1.３仿真結(jié)果及分析通過編寫M文件程序（見附錄），產(chǎn)生隨機(jī)信號，按圖２—1順序?qū)γ恳荒K編程后。程序中注有需注意語句及解釋.運(yùn)行程序，實(shí)現(xiàn)2AＳＫ的調(diào)制與解調(diào)過程.本次設(shè)計(jì)采用模擬調(diào)制法（相乘器法)和相干解調(diào)法.仿真后調(diào)制過程及解調(diào)過程的圖形分別如圖2—7和圖2－8所示。圖2-７2ＡＳＫ調(diào)制過程仿真圖圖2—82AＳＫ解調(diào)過程仿真圖由圖可以看出,產(chǎn)生的數(shù)字隨機(jī)信號為“0100１０00０１"，經(jīng)載波調(diào)制后信號為“1”的時(shí)間內(nèi)有正弦波形，信號為“0”的時(shí)間內(nèi)無波形。經(jīng)過加隨機(jī)噪聲,相干解調(diào)后,恢復(fù)出原始信號,與基帶信號一致，因此達(dá)到本次設(shè)計(jì)目的。2。2二進(jìn)制移頻鍵控所用流程圖如圖2-9所示:圖2-92FＳK調(diào)制解調(diào)框圖2．2.1FＳK調(diào)制原理一個(gè)FＳＫ信號可以看成是兩個(gè)不同載波的2AＳＫ信號的疊加。其解調(diào)和解調(diào)方法和FSK差不多。２FSK信號的頻譜可以看成是f1和ｆ2的兩個(gè)2ASＫ頻譜的組合.頻移鍵控是利用載波的頻率來傳遞數(shù)字信號,在２ＦSK中,載波的頻率隨著二進(jìn)制基帶信號在f1和f2兩個(gè)頻率點(diǎn)間變化，頻移鍵控是利用載波的頻移變化來傳遞數(shù)字信息的.在２FSK中，載波的頻率隨基帶信號在f１和ｆ2兩個(gè)頻率點(diǎn)間變化。故其表達(dá)式為：典型波形如圖2-10所示：圖2—10２FSK典型波形圖2FＳK的調(diào)制方式有兩種，即模擬調(diào)頻法和鍵控法.本次設(shè)計(jì)采用鍵控法.鍵控法中可以用二進(jìn)制“1”來對應(yīng)于載頻f1，而“0”用來對應(yīng)于另一頻率f2，而這個(gè)可以用受矩形脈沖序列控制的開關(guān)電路對兩個(gè)不同的獨(dú)立的頻率源f１、f２進(jìn)行選擇通。鍵控法原理圖如圖２-１１示圖２—11２ＦSK鍵控法原理圖２．２。2FSＫ解調(diào)原理2FＳＫ的解調(diào)方式有兩種：相干解調(diào)方式和非相干解調(diào)方式。非相干解調(diào)是經(jīng)過調(diào)制后的２FSK數(shù)字信號通過兩個(gè)頻率不同的帶通濾波器ｆ1、f2濾出不需要的信號，然后再將這兩種經(jīng)過濾波的信號分別通過包絡(luò)檢波器檢波，最后將兩種信號同時(shí)輸入到抽樣判決器同時(shí)外加抽樣脈沖,最后解調(diào)出來的信號就是調(diào)制前的輸入信號.其原理圖如圖2-１２所示。圖2－12２FＳK非相干解調(diào)原理圖相干解調(diào)是根據(jù)已調(diào)信號由兩個(gè)載波ｆ１、ｆ2調(diào)制而成,則先用兩個(gè)分別對ｆ1、ｆ2帶通的濾波器對已調(diào)信號進(jìn)行濾波,然后再分別將濾波后的信號與相應(yīng)的載波f１、ｆ２相乘進(jìn)行相干解調(diào),再分別低通濾波、用抽樣信號進(jìn)行抽樣判決器即可.原理圖如圖3－1４所示。圖2-１32FSK相干解調(diào)原理圖2。２。3仿真結(jié)果及分析通過編寫Ｍ文件程序(見附錄),產(chǎn)生隨機(jī)信號，按流程圖2.2.1順序?qū)γ恳荒K編程后。程序中注有需注意語句及解釋。運(yùn)行程序，實(shí)現(xiàn)2ＦSK的調(diào)制與解調(diào)過程。本次設(shè)計(jì)中采用鍵控法調(diào)制法和相干解調(diào)法。仿真后調(diào)制過程及解調(diào)過程的圖形分別如圖2-14、圖2—15和圖2—1６所示.由圖可以看出，產(chǎn)生的隨機(jī)信號為“101１０01０0１"，經(jīng)過反相產(chǎn)生反碼，并分別與兩個(gè)載波相乘，經(jīng)過加入隨機(jī)噪聲后波形如圖2—15所示。在解調(diào)時(shí)，分別與對應(yīng)的載波相乘。解調(diào)出基帶信號,可以看出實(shí)現(xiàn)了本次設(shè)計(jì)目的。圖２—142FＳK鍵控法調(diào)制過程仿真圖圖2－152FSＫ鍵控法調(diào)制過程仿真圖圖2—16２FSK相干解調(diào)過程仿真圖２.3二進(jìn)制相移鍵控所用流程圖如圖2-17所示：圖2－17２PＳＫ調(diào)制解調(diào)框圖２。３.1PSK調(diào)制原理在二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制中，當(dāng)正弦載波的相位隨二進(jìn)制數(shù)字基帶信號離散變化時(shí)，則產(chǎn)生二進(jìn)制移相鍵控（2PSK)信號.2ＰSＫ信號調(diào)制有兩種方法,即模擬調(diào)制法和鍵控法。通常用已調(diào)信號載波的０°和180°分別表示二進(jìn)制數(shù)字基帶信號的１和0,模擬調(diào)制法用兩個(gè)反相的載波信號進(jìn)行調(diào)制。2PＳK以載波的相位變化作為參考基準(zhǔn)的,當(dāng)基帶信號為０時(shí)相位相對于初始相位為0°，當(dāng)基帶信號為１時(shí)相對于初始相位為18０°。鍵控法，是用載波的相位來攜帶二進(jìn)制信息的調(diào)制方式.通常用0°和1８0°來分別代表0和1.其時(shí)域表達(dá)式為:其中，２ＰSK的調(diào)制中aｎ必須為雙極性碼。本次設(shè)計(jì)中采用模擬調(diào)制法。兩種方法原理圖分別如圖2-１８和圖２-１9所示。圖2—18模擬調(diào)制法原理圖圖2-19鍵控法原理圖2．3.2PSＫ解調(diào)原理由于2PＳK的幅度是恒定的,必須進(jìn)行相干解調(diào).經(jīng)過帶通濾波的信號在相乘器中與本地載波相乘，然后用低通濾波器濾除高頻分量，在進(jìn)行抽樣判決。判決器是按極性來判決的.即正抽樣值判為１,負(fù)抽樣值判為0.2PSK信號的相干解調(diào)原理圖如圖2—２０所示，各點(diǎn)的波形如圖２—２1所示。由于2PSK信號的載波回復(fù)過程中存在著180°的相位模糊，即恢復(fù)的本地載波與所需相干載波可能相同，也可能相反，這種相位關(guān)系的不確定性將會(huì)造成解調(diào)出的數(shù)字基帶信號與發(fā)送的基帶信號正好相反,即“1”變成“0”嗎“0"變成“1"，判決器輸出數(shù)字信號全部出錯(cuò)。這種現(xiàn)象稱為２PSK方式的“倒π”現(xiàn)象或“反相工作”.但在本次仿真中是直接給其同頻同相的載波信號，所以不存在此問題。圖2－2０2ＰSK的相干解調(diào)原理圖圖2－21相干解調(diào)中各點(diǎn)波形圖2.3.３仿真結(jié)果及分析通過編寫Ｍ文件程序（見附錄），產(chǎn)生隨機(jī)信號,按流程圖2－17所示順序?qū)γ恳荒K編程后.程序中注有需注意語句及解釋。運(yùn)行程序，實(shí)現(xiàn)２PＳK的調(diào)制與解調(diào)過程。本次設(shè)計(jì)采用模擬調(diào)制法和相干解調(diào)法。仿真后調(diào)制過程及解調(diào)過程的圖形分別如圖２—２2和圖２—２3示.圖2—222PSK模擬調(diào)制方法過程仿真圖圖2—232PSK相干解調(diào)過程仿真圖由圖可以看出,產(chǎn)生的隨機(jī)信號為“0０1１００１100”,經(jīng)過反相產(chǎn)生反碼,并將原碼跟反碼一起合成雙極性碼，與載波相乘后加入隨機(jī)噪聲。在解調(diào)時(shí)，與對應(yīng)的載波相乘經(jīng)過低通濾波、抽樣判決后，解調(diào)出基帶信號與原基帶信號一致，可以看出實(shí)現(xiàn)了本次設(shè)計(jì)目的。2.4二進(jìn)制差分相移鍵控所用流程圖如圖2—２４所示:圖2－242DPSK調(diào)制解調(diào)框圖2。４．1DPSＫ調(diào)制原理二進(jìn)制差分相移鍵控。2DPSＫ方式是用前后相鄰碼元的載波相對相位變化來表示數(shù)字信息。假設(shè)前后相鄰碼元的載波相位差為,可定義一種數(shù)字信息與之間的關(guān)系為:為前一碼元的相位。實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制差分相移鍵控的最常用的方法是:先對二進(jìn)制數(shù)字基帶信號進(jìn)行差分編碼，然后對變換出的差分碼進(jìn)行絕對調(diào)相即可。２DＰSK調(diào)制原理圖如圖2—２5所示。圖2—252DPSK調(diào)制原理框圖2。4。2DＰSK解調(diào)原理２DＰＳK信號解調(diào)有相干解調(diào)方式和差分相干解調(diào)。用差分相干解調(diào)這種方法解調(diào)時(shí)不需要恢復(fù)本地載波,只要將ＤＰSK信號精確地延遲一個(gè)碼元時(shí)間間隔，然后與DPＳＫ信號相乘,相乘的結(jié)果就反映了前后碼元的相對相位關(guān)系，經(jīng)低通濾波后直接抽樣判決即可恢復(fù)出原始的數(shù)字信息,而不需要在進(jìn)行差分解碼。相干解調(diào)碼變換法及相干解調(diào)法的解調(diào)原理是,先對2DPSK信號進(jìn)行相干解調(diào)，恢復(fù)出相對碼，再通過碼反變換器變換為絕對碼，從而恢復(fù)出發(fā)送的二進(jìn)制數(shù)字信息。在解調(diào)過程中,若相干載波產(chǎn)生相位模糊,解調(diào)出的相對碼將產(chǎn)生倒置現(xiàn)象，但是經(jīng)過碼反變換器后,輸出的絕對碼不會(huì)發(fā)生任何倒置現(xiàn)象,從而解決了載波相位模糊的問題。本次設(shè)計(jì)采用相干解調(diào)。兩種解調(diào)方式的原理圖如圖2—2６和圖2－27所示。圖2—26２DPSＫ差分相干解調(diào)原理圖圖2－272DＰSK相干解調(diào)原理圖2DPＳK相干解調(diào)各點(diǎn)波形圖如圖２—28所示。圖２—282DPSK相干解調(diào)各點(diǎn)波形圖2。4。３仿真結(jié)果及分析通過編寫M文件程序（見附錄）,產(chǎn)生隨機(jī)信號，按流程圖2－2４所示順序?qū)γ恳荒K編程后。程序中注有需注意語句及解釋。本次設(shè)計(jì)采用相干解調(diào)法。運(yùn)行程序，實(shí)現(xiàn)2DPＳK的調(diào)制與解調(diào)過程。仿真后調(diào)制過程及解調(diào)過程的圖形分別如圖２—2９、圖2—3０和圖２-31所示。由圖可以看出,產(chǎn)生的絕對隨機(jī)碼為“０1００１11010",經(jīng)碼差分變化產(chǎn)生相對碼,經(jīng)反相產(chǎn)生相對碼反碼，分別與兩個(gè)載波相乘后加入隨機(jī)噪聲.在解調(diào)時(shí),分別與對應(yīng)的載波相乘經(jīng)過低通濾波、抽樣判決后，解調(diào)出基帶信號與原基帶信號一致,可以看出實(shí)現(xiàn)了本次設(shè)計(jì)目的。圖2-292ＤPSK調(diào)制過程仿真圖圖2—30２DPSK調(diào)制過程仿真圖圖２-312ＤPSK相干解調(diào)過程仿真圖3總結(jié)與體會(huì)通過本次課程設(shè)計(jì),我對課本上數(shù)字通信傳輸系統(tǒng)特別是二進(jìn)制頻移鍵控（2FSK）有了重新的認(rèn)識。對2FSK調(diào)制數(shù)字基帶信號加深了理解。對于使用鍵控法產(chǎn)生2FSＫ信號、添加高斯白噪聲、使用相干解調(diào)、抽樣判決等，我比較系統(tǒng)地認(rèn)識了數(shù)字通信傳輸系統(tǒng)。本課程設(shè)計(jì)使用的MATＬAB仿真軟件和Simｕｌink仿真環(huán)境，通過寫其源程序代碼，加深了我對每一步進(jìn)行的理解,即要明白每一步都是怎么來的。通過使用Simulinｋ仿真環(huán)境，我可以直觀地放置相應(yīng)的模塊，搭建通信系統(tǒng),并能夠動(dòng)態(tài)的顯示仿真結(jié)果，使學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)不再枯燥３．1程序設(shè)計(jì)與系統(tǒng)實(shí)施。ＭＡTLＡＢ提供了程序設(shè)計(jì)仿真環(huán)境，可以通過編寫代碼完成某些模塊的仿真。同時(shí)利用其提供的畫圖功能，可以使人直觀地觀察程序設(shè)計(jì)及調(diào)試的結(jié)果。每一步都得十分細(xì)心,需要具體到一個(gè)小小的標(biāo)點(diǎn)符號,否則程序就會(huì)在調(diào)試中出錯(cuò).本設(shè)計(jì)中，根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)劃包括基帶信號的產(chǎn)生和調(diào)制、加入高斯白噪聲、帶通濾波和低通濾波、相干解調(diào)、計(jì)算誤碼率等。本過程使我將學(xué)習(xí)過但并不熟練的ＭATＬAB軟件重新學(xué)習(xí)和使用了一下，并通過查閱和引用相關(guān)資料學(xué)習(xí)使用其相關(guān)的函數(shù)功能。MATＬAB中的畫圖功能是本課程設(shè)計(jì)的亮點(diǎn)，將結(jié)果直觀地表現(xiàn)出來。3。2理論模糊造成設(shè)計(jì)困難。通過進(jìn)行設(shè)計(jì)我發(fā)現(xiàn)，沒有熟悉的理論知識搞設(shè)計(jì)是困難的。在設(shè)計(jì)每一步時(shí)，必須搞清楚每一步是干什么的,怎么進(jìn)行，這些都需要理論進(jìn)行指導(dǎo)。當(dāng)哪一步不會(huì)弄時(shí)，我就去查書，將書中的理論細(xì)細(xì)研讀，這樣通過本課程設(shè)計(jì)我又把書中相關(guān)的部分細(xì)細(xì)看了幾遍,對書中的理論有了更深的認(rèn)識。因?yàn)槎啻握{(diào)試，結(jié)果越來越接近理論情況下的結(jié)果，可見實(shí)驗(yàn)其實(shí)就是對理論的驗(yàn)證.所以，清楚地掌握理論是進(jìn)行設(shè)計(jì)的關(guān)鍵步驟。參考文獻(xiàn)［1]樊昌信，詹道庸,徐炳祥，吳成柯.通信原理［M]．北京:國防工業(yè)出版社,198０：171~260。［2］薛鵬騫.電子與通信電路計(jì)算機(jī)仿真［M］。北京：煤炭工業(yè)出版社，2003：１1３～144。[3］鄧華．MATLAＢ通信仿真及應(yīng)用實(shí)例詳解[M］。北京:人民郵電出版社,200３：9９～1１5．［４］陳懷?。甅ATLＡB及其在理工課程中的應(yīng)用指南[Ｍ］.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2002:１46~１８0。［５]張謙．通信系統(tǒng)中MAＴＬＡB基礎(chǔ)與仿真應(yīng)用[M].西安:西安電子科技大學(xué)出版社，20１０：85~10９．［6］孫屹.MATＬＡB通信仿真開發(fā)手冊[M］．北京：國防工業(yè)出版社，2005:138~168．［7]王立寧，樂光新，詹菲．MAＴＬAＢ與通信仿真[M]．北京:人民郵電出版社，20００:７4~８6．[8]約翰·G·普羅克斯?，F(xiàn)代通信系統(tǒng)的使用MＡTLＡB［M]．西安:西安交通學(xué)出版社，2001：95~１２1．[9]陳萍．現(xiàn)代通信實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)仿真[Ｍ］。北京：國防工業(yè)出版社,２003:1７1～260。［10］孫亮.ＭATLAＢ語言與控制系統(tǒng)仿真[Ｍ］．北京：北京工業(yè)大學(xué)出版社,2001:64～83。［１1]WilliamAＳhay．UndｅrstａnｄｉngDaｔaCoｍmunｉｃatioｎｓaｎｄNetwｏｒks［Ｍ]：WａｄswortｈＰublishinｇComｐａny，１998:1６２～16４．［12］WillｉａmStallｉｎgｓ。DataandCｏmpuｔeｒCommｕnicationｓ，ＳeventhEｄiｔiｏn［Ｍ]:PｒｅnticｅHaｌl，２0０3:２０1~207。電子設(shè)計(jì)與制作課程設(shè)計(jì)班級：通信工程姓名：學(xué)號:指導(dǎo)教師：設(shè)計(jì)時(shí)間：成績：評語：電子設(shè)計(jì)與制作實(shí)習(xí)報(bào)告實(shí)習(xí)目的此次電子設(shè)計(jì)實(shí)習(xí)主要為大學(xué)四年的專業(yè)課起承接作用，完成此次設(shè)計(jì)有三部分目的。首先對大學(xué)兩年來所學(xué)的有關(guān)電子設(shè)計(jì)方面專業(yè)課進(jìn)行鞏固,將所學(xué)的理論知識應(yīng)用到實(shí)踐中來，理論聯(lián)系實(shí)際，進(jìn)一步加深對已學(xué)相關(guān)專業(yè)知識的認(rèn)識。其次，通過此次電子設(shè)計(jì)，熟悉并掌握電子設(shè)計(jì)電路的一般設(shè)計(jì)方法，熟悉電子元器件的表示、參數(shù)及封裝樣式。在設(shè)計(jì)出租車?yán)锍逃?jì)價(jià)表電路過程中,進(jìn)一步系統(tǒng)地掌握相關(guān)專業(yè)知識及元件作用，學(xué)習(xí)利用相關(guān)軟件進(jìn)行電子線路的調(diào)試，掌握電子電路的仿真及應(yīng)用仿真軟件.最后,通過此次實(shí)習(xí)，加強(qiáng)對本專業(yè)的了解，通過設(shè)計(jì),培養(yǎng)同學(xué)們的動(dòng)手能力,從而為以后學(xué)習(xí)更加高深的專業(yè)知識打好基礎(chǔ).實(shí)習(xí)時(shí)間實(shí)習(xí)內(nèi)容及過程設(shè)計(jì)題目出租汽車?yán)锍逃?jì)價(jià)表設(shè)計(jì)與仿真設(shè)計(jì)目的掌握出租汽車?yán)锍逃?jì)價(jià)表的設(shè)計(jì)與仿真；熟悉同步十進(jìn)制系數(shù)乘法計(jì)數(shù)器芯片的工作原理和使用方法；掌握計(jì)數(shù)器、寄存器和譯碼器及顯示電路的原理和使用方法。設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)出租汽車?yán)锍逃?jì)價(jià)表電路；選用中小規(guī)模集成器件；具有在線仿真及顯示電路.出租車計(jì)費(fèi)器原理框圖出租車計(jì)價(jià)器根據(jù)乘客乘坐時(shí)汽車行駛路程的多少計(jì)價(jià)，并在行駛過程中同步顯示車費(fèi).從起步價(jià)3元開始,汽車?yán)锍涛礉M1。5公里時(shí),均按起步價(jià)計(jì)算。超過１。５公里，則在起步價(jià)基礎(chǔ)上按每0。1公里加０．２元計(jì)算.路程和計(jì)費(fèi)可通過十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)。要設(shè)計(jì)一個(gè)精度為0.１公里，計(jì)費(fèi)范圍為9９．9元的計(jì)費(fèi)器，則需有6個(gè)數(shù)碼管，前三個(gè)用來顯示路程，后三個(gè)用來顯示計(jì)價(jià)。起價(jià)（Ｘ．Ｘ元）可以通過計(jì)數(shù)器的置數(shù)端進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)置。這里行車?yán)锍逃妹}沖信號代替，每來一個(gè)脈沖代表0．１公里路程。出租車計(jì)費(fèi)器主要由路程計(jì)數(shù)電路、比較器電路、計(jì)費(fèi)電路、顯示電路和時(shí)鐘脈沖信號源等組成，其原理框圖如圖：圖一出租車計(jì)價(jià)器設(shè)計(jì)原理框圖出租汽車?yán)锍逃?jì)價(jià)表核心器件介紹7４ＬS160７４LS160是中規(guī)模集成同步十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，具有異步清零和同步預(yù)置數(shù)的功能。使用７4LS1６0通過置零法或置數(shù)法可以實(shí)現(xiàn)任意進(jìn)制的計(jì)數(shù)器。異步清零：當(dāng)RＤ＝１時(shí)，Q0＝Q１=Q2＝Q3=０;同步預(yù)置：當(dāng)ＬＤ＝1時(shí),在時(shí)鐘脈沖CP上升沿作用下,Q0＝D0,Q1＝Ｄ1,Ｑ2=D2，Q３=D3。鎖存：當(dāng)使能端EＰ·EＴ=０時(shí)，計(jì)數(shù)器禁止計(jì)數(shù),為鎖存狀態(tài)。計(jì)數(shù)：當(dāng)使能端EP=ET＝1時(shí)，為計(jì)數(shù)狀態(tài).圖二７4LS1６0邏輯功能圖圖三74ＬS1６0引腳圖7485數(shù)字比較器圖四數(shù)字比較器引腳圖數(shù)字比較器:對兩個(gè)位數(shù)相同的二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行比較,并判定其大小關(guān)系的邏輯電路。撥碼開關(guān)用來操作控制的地址開關(guān)，采用的是0／1的二進(jìn)制編碼原理。每一個(gè)鍵對應(yīng)的背面上下各有兩個(gè)引腳，撥至ON一側(cè)，這下面兩個(gè)引腳接通；反正則斷開。這四個(gè)鍵是獨(dú)立的，相互沒有關(guān)聯(lián)。此類元件多用于二進(jìn)制編碼?？梢栽O(shè)接通為1；斷開為0，則有:0０00、0001、00１0、……、111０、1111一共是16種編碼。圖五撥碼開關(guān)總原理圖圖六出租車計(jì)價(jià)器設(shè)計(jì)總原理圖單元電路設(shè)計(jì)及原理分析初始值設(shè)定計(jì)費(fèi)器的所有清0功能通過開關(guān)S4完成.初始值設(shè)定部分包括里程置數(shù)和起價(jià)置數(shù)兩部分。里程置數(shù)由開關(guān)S5和S６完成;起價(jià)置數(shù)部分由比較器U9和反相器U10A產(chǎn)生置數(shù)信號，由開關(guān)Ｓ10和U1１（7４LＳ1６０N）進(jìn)位輸出接入異或門U17A產(chǎn)生置數(shù)脈沖,從而使U12(7４LS１60Ｎ）獲得起價(jià)并通過數(shù)碼管顯示。汽車行駛路程計(jì)數(shù)主要由計(jì)數(shù)器７４LS１６０N和數(shù)碼管組成。用74LS160Ｎ芯片（Ｕ4～U6）的級聯(lián)進(jìn)行路程累加。為了簡化設(shè)計(jì),這里汽車行駛路程用脈沖信號表示，每個(gè)脈沖表示0.1公里路，通過數(shù)碼管顯示出來并且數(shù)碼管最后一位表示小數(shù)。路程比較電路路程比較電路主要由三片74８5N（U7~U9）數(shù)值比較器和預(yù)置1。5km輸入端組成.當(dāng)行程小于１.5km時(shí),U9的5腳ＯＡＧTＢ(＞）輸出為０，從而使計(jì)數(shù)器U1１、Ｕ13處于保持狀態(tài)；7腳OAGTＢ（〈）輸出為1，經(jīng)反相后變?yōu)?加到U１2的9腳LOＡD，從而使計(jì)費(fèi)器一直顯示起步價(jià)。當(dāng)行程大于1.5km時(shí),U9的5腳OAGＴＢ（＞）輸出為１，從而使計(jì)數(shù)器U11、U13處于可計(jì)數(shù)狀態(tài);7腳ＯAGTB（〈）輸出為０，經(jīng)反相后變?yōu)?，這樣U1２的9腳沒有置數(shù)信號也處于可計(jì)數(shù)狀態(tài).計(jì)費(fèi)電路主要由三片74LＳ１6０N(U11～Ｕ１3）級聯(lián)與數(shù)碼管組成。當(dāng)路程小于1。5公里時(shí)顯示器起步價(jià)。當(dāng)里程大于１。5公里時(shí)，在起步價(jià)基礎(chǔ)上,按每超過0.１公里路增加0.２元費(fèi)用計(jì)算.仿真結(jié)果與分析行程小于1．5公里仿真結(jié)果當(dāng)行程小于等于1.5公里時(shí),U9的7腳輸出1，通過反相器Ｕ１０A后變?yōu)?，這樣Ｕ12置數(shù)端9腳為有效的置數(shù)信號０，使U1２處于置數(shù)狀態(tài)，在時(shí)鐘脈沖下降沿作用下,將并行數(shù)據(jù)輸入端的0011（十進(jìn)制數(shù)3）送到計(jì)數(shù)器輸出端,從而使數(shù)碼顯示器顯示3元。由于U11、U1３的計(jì)數(shù)使能端ENＰ、ENT與U9輸出端５腳相連，其輸出為０，這樣ＥNP＝ＥNT=０，使得U11、U13處于保持狀態(tài),于是計(jì)費(fèi)顯示器一直顯示3元。其仿真結(jié)果如圖:圖七行程小于１.5公里仿真結(jié)果圖行程大于1．5公里仿真結(jié)果當(dāng)行程大于1．5公里時(shí),比較器7485N得到比較結(jié)果A>B,U9的７端輸出為０，通過反相器使得Ｕ１2的9腳為1，置數(shù)無效，U12處于可計(jì)數(shù)狀態(tài)，其計(jì)數(shù)工作過程為：U11輸出１00１前進(jìn)位輸出為０加在異或門輸入端，而開關(guān)S10加在異或門輸入端的邏輯值為1,這樣異或門輸出１;當(dāng)U11為１00１時(shí)進(jìn)位輸出為1，由于異或門輸入均為1,因而輸出為０，這樣使得U1２的時(shí)鐘脈沖端2腳正好得到一個(gè)下降沿而計(jì)數(shù).另外,U９的5腳輸出１，此時(shí)與5腳相連的U1１、U13的使能端ENＰ=ＥNＴ=1，使U11、U1３處于計(jì)數(shù)狀態(tài).其仿真結(jié)果如圖:圖八行程大于１。5公里仿真結(jié)果圖實(shí)習(xí)總結(jié)及體會(huì)組員分工實(shí)習(xí)總結(jié)實(shí)習(xí)心得體會(huì)參考文獻(xiàn)[1］周來秀．基于Multisiｍ的仿真研究［R]。TN79。湖南:中國科技信息．2011[2］黃培根。Mulｔisｉｍ10虛擬仿真和業(yè)余制版實(shí)用技術(shù)[M］．北京：電子工業(yè)出版社．2０08*＊＊**＊*＊＊**＊＊*＊*＊實(shí)踐教學(xué)**＊*＊*＊＊**＊＊＊*＊*＊＊*蘭州理工大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院20１3年春季學(xué)期嵌入式系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)課程設(shè)計(jì)題目:專業(yè)班級：姓名：學(xué)號：指導(dǎo)教師:成績：目錄TＯC＼o”1—3＂\h＼ｚ＼ｕHYPEＲLINK\l＂＿Ｔoc３5９85457０”目錄PAGＥＲEF_Ｔoｃ359８５4570\ｈ１摘要ＰAGERＥＦ_Toc35985４571\h2HYＰERＬINＫ\l"_Toｃ359854572"前言PＡGEＲEＦ_Ｔoｃ359854572＼h3一基本原理PAＧEREF＿Toc359854５73\ｈ4ＨYPEＲLＩNK\l”_Toc３5９8５4574"1．1溫濕度數(shù)據(jù)采集原理PAＧEＲEF_Toｃ３59854５74＼h4ＨYPERLIＮK\l”_Ｔoc3598５4５７5”１。１.1SHT１0引腳特性ＰAGＥREＦ_Toc35985４５7５\ｈ4二系統(tǒng)分析PAGERＥF_Tｏc359854５76\ｈ6２.１具體步驟描述PＡGＥＲＥＦ_Toc359854577＼h６ＨＹPEＲLINＫ\l"_Toc3５98５4５７８”2.２程序流程圖PAGＥＲEF＿Toc３5９8５4578＼h7HＹPＥRＬINK\l"_Toｃ35９854579"三詳細(xì)設(shè)計(jì)ＰAGEREF_Toｃ3598５4５79\ｈ8HYＰEＲLＩNK\l”_Tｏｃ３59８54580"３.1實(shí)現(xiàn)溫濕度數(shù)據(jù)采集的硬件部分PAGEＲEＦ_Toc3５９854580\h8HYPERLINK\l＂_Toc3５9854581”3.1．1無線傳感基本結(jié)構(gòu)及實(shí)現(xiàn)原理PＡGERＥF_Toｃ35９85４581\h83．1.2使用的實(shí)驗(yàn)箱以及軟件支持PAＧEREF_Toｃ35９８５4582\h9HYＰEＲLINK\l"_Ｔoc359８5４５83”3.１。3實(shí)現(xiàn)溫濕度采集系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)模塊設(shè)計(jì)ＰAGＥＲEF_Ｔｏｃ3５98５4583\h9HYＰEＲLINK\l”_Toｃ3５９854５84＂3．2實(shí)現(xiàn)溫濕度數(shù)據(jù)采集的軟件部分PＡGEＲEF_Tｏc３５9854584\h10３．2.1ZIGBEE技術(shù)概述PAGEＲEＦ_Ｔｏc３59８5458５\h1０HYＰERＬINK\l”_Toｃ３598５45８6”3。2．２ＺＩＧBEE協(xié)議棧ＰAGＥＲEF_Toc３5985４586\h11HYPERＬIＮK\l”＿Toc35985458７”3．2．3ZIGBＥE協(xié)議棧網(wǎng)絡(luò)層PAＧＥRＥF＿Toc3598545８7\h12ＨＹＰＥＲLINK\l"_Ｔoc359854５88"3。２。4AODV路由協(xié)議ＰAGＥRＥＦ_Toc3５98５4588\h13ＨYPＥＲLINK\l"＿Toc3５９８５４58９”3.3總體軟件結(jié)構(gòu)圖PＡGEREＦ_Toc３59854５89\h13HYＰERＬINK\l"_Toc35９８５４590”3。4核心程序代碼PAGEＲEF_Toc359854５９0\ｈ１４３．4．1AODV協(xié)議源代碼分析ＰAGＥＲＥＦ_Toc35９854５9１\ｈ15總結(jié)ＰAGEREF_Tｏc3５9854５９２＼ｈ18參考文獻(xiàn)PAGEREＦ_Toc3５９８5４５９3＼ｈ19HYPERLIＮK\l"_Toc35９8５45９４"致謝PAGEREF_Ｔoc3598５459４＼h2０摘要嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ),軟硬件可定制,適用于不同應(yīng)用場合對功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng).嵌入式系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域,如通信領(lǐng)域、工業(yè)控制、交通領(lǐng)域、醫(yī)療衛(wèi)生、消費(fèi)娛樂等.正如溫濕度采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，其包括了數(shù)據(jù)的采集過程、傳輸過程以及數(shù)據(jù)的處理過程是嵌入式系統(tǒng)在國家森林火災(zāi)的防范、大型糧庫的溫濕度控制以及家庭溫濕度控制等方面的典型應(yīng)用。由于傳統(tǒng)的有線方式在數(shù)據(jù)的檢測、采集、以及傳輸過程中需要大量的節(jié)點(diǎn)且這些節(jié)點(diǎn)不集中，因此需要大量布線.為了避免該問題本設(shè)計(jì)主要從無線傳感方向進(jìn)行改進(jìn)，本設(shè)計(jì)對溫濕度的讀取是利用CC2530的I/O（P1.0和P１.1）模擬一個(gè)類IIC的過程，對光照的采集則使用內(nèi)部的AIＮＯ通道。該系統(tǒng)使用CC2５30讀取溫濕度傳感器ＳHT10的溫度和濕度數(shù)據(jù)，并通過CC２５３０內(nèi)部的ＡDC得到光照傳感器的數(shù)據(jù)。最后將采樣得到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換然后在ＬCD上顯示.關(guān)鍵字：溫濕度的采集ＣC２530溫濕度傳感器ＳＨT10前言本設(shè)計(jì)是一種基于CＣ2５3０和數(shù)字溫濕度傳感器的溫濕度采集系統(tǒng)。即該系統(tǒng)是采用Ｚigbｅe(cuò)無線通信技術(shù)結(jié)合傳感器，并通過運(yùn)用Zigbee協(xié)議架構(gòu)組建無線傳感網(wǎng)絡(luò)，來實(shí)現(xiàn)主從節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集和傳輸?shù)?。同時(shí),需要在網(wǎng)絡(luò)層通過AODV路由協(xié)議來進(jìn)行節(jié)點(diǎn)間的連接以及數(shù)據(jù)的收發(fā)。總之，基于無線傳感技術(shù)的無線網(wǎng)絡(luò)傳感器是一種將傳感器、控制器、計(jì)算能力、通信能力完美的結(jié)合于一身的嵌入式設(shè)備.它們跟外界的物理環(huán)境交互，實(shí)時(shí)的采集信息,并且將收集到的信息通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)傳送給遠(yuǎn)程用戶。無線網(wǎng)絡(luò)傳感器一般是由一個(gè)低功耗的微控制器(MＣU)和若干個(gè)存儲(chǔ)器、無線電/光通信裝置、傳感器等組件所集成的，通過傳感器、動(dòng)臂機(jī)構(gòu)、以及通信裝置和它們所處的外界物理環(huán)境進(jìn)行交互。由此而引入的無線傳感網(wǎng)絡(luò)更是一種開創(chuàng)了新的應(yīng)用領(lǐng)域的新興概念和技術(shù),廣泛被應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域、大規(guī)模環(huán)境監(jiān)測、智能建筑、戰(zhàn)場監(jiān)視、智能家裝、工業(yè)自動(dòng)化和大區(qū)域內(nèi)的目標(biāo)追蹤等領(lǐng)域。如,在醫(yī)院Ｚiｇbee網(wǎng)絡(luò)可以幫助醫(yī)生及時(shí)并準(zhǔn)確的收集急診病人的信息及相關(guān)度檢查結(jié)果，從而快速準(zhǔn)確的作出診斷；同時(shí)，對一些特殊的病人，可讓其攜帶Zigbeｅ終端而對其進(jìn)行24小時(shí)的體溫、脈搏控制。生命誠可貴,時(shí)間價(jià)更高！又如，在工業(yè)控制領(lǐng)域內(nèi),就可以很好的通過無線傳感網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)廠房內(nèi)不同區(qū)域的溫濕度的檢測及控制，以及相關(guān)機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)狀況是否正常的有關(guān)信息，統(tǒng)計(jì)庫存量，等等.總的來說，我們的工作及生活在無形的改變著，變得更精致更高效更美麗.而這無形中進(jìn)行著的神奇改變的關(guān)鍵莫過于高端的技術(shù)——嵌入式系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)及無線技術(shù)。一基本原理１．１溫濕度數(shù)據(jù)采集原理溫濕度探頭直接使用IIC接口進(jìn)行控制，本實(shí)驗(yàn)將使用CC２530讀取溫濕度傳感器SHT１0的溫度和濕度數(shù)據(jù)，并將采樣到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換然后再LＣD顯示。其中對溫濕度的讀取是利用ＣC2530的I/O（Ｐ１。0和Ｐ1。1）模擬一個(gè)類IＩC得過程.其中該系統(tǒng)所使用的SHT１０是一款高度集成的溫濕度傳感器芯片，提供全標(biāo)定的數(shù)字輸出。它采用專利的CMＯSens技術(shù)，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性與卓越的長期穩(wěn)定性。傳感器包括一個(gè)電容性聚合體測濕敏感元件、一個(gè)用能隙材料制成的測溫元件，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)無縫連接.1.1．1ＳHT10引腳特性1.VDD,GNDＳHT1０的供電電壓為2.4~5。５V。傳感器上電后,要等待11mｓ以越過“休眠”狀態(tài)。在此期間無需發(fā)送任何指令。電源引腳(VDD，ＧＮD)之間可增加一個(gè)100ｎF的電容，用以去耦濾波。2．SCK用于微處理器與ＳHＴ10之間的通訊同步。由于接口包含了完全靜態(tài)邏輯，因而不存在最小SＣK頻率。3.DATA三態(tài)門用于數(shù)據(jù)的讀取。DATA在ＳＣＫ時(shí)鐘下降沿之后改變狀態(tài)，并僅在SCK時(shí)鐘上升沿有效。數(shù)據(jù)傳輸期間,在ＳCK時(shí)鐘高電平時(shí),DATA必須保持穩(wěn)定.為避免信號沖突，微處理器應(yīng)驅(qū)動(dòng)DATA在低電平。需要一個(gè)外部的上拉電阻（例如：1０kΩ)將信號提拉至高電平。上拉電阻通常已包含在微處理器的Ｉ/Ｏ電路中。（１）向ＳHT1０發(fā)送命令:用一組“啟動(dòng)傳輸"時(shí)序,來表示數(shù)據(jù)傳輸?shù)某跏蓟?它包括:當(dāng)SCK時(shí)鐘高電平時(shí)DATA翻轉(zhuǎn)為低電平，緊接著SCK變?yōu)榈碗娖?隨后是在SＣＫ時(shí)鐘高電平時(shí)DATA翻轉(zhuǎn)為高電平。后續(xù)命令包含三個(gè)地址位（目前只支持“０0０”，和五個(gè)命令位。SＨT1０會(huì)以下述方）式表示已正確地接收到指令：在第8個(gè)SCK時(shí)鐘的下降沿之后，將ＤATA拉為低電平(ACK位）。在第9個(gè)SCＫ時(shí)鐘的下降沿之后,釋放DATＡ（恢復(fù)高電平）.（2）測量時(shí)序(RH和T）：發(fā)布一組測量命令（‘000001０1’表示相對濕度RH,‘０0０0００１1’表示溫度T）后,控制器要等待測量結(jié)束.這個(gè)過程需要大約１1/５5／2１０ms,分別對應(yīng)８/12/1４bit測量。確切的時(shí)間隨內(nèi)部晶振速度,最多有±15％變化。ＳHＴxx通過下拉DＡＴＡ至低電平并進(jìn)入空閑模式,表示測量的結(jié)束?？刂破髟谠俅斡|發(fā)ＳCK時(shí)鐘前，必須等待這個(gè)“數(shù)據(jù)備妥”信號來讀出數(shù)據(jù)。檢測數(shù)據(jù)可以先被存儲(chǔ),這樣控制器可以繼續(xù)執(zhí)行其它任務(wù)在需要時(shí)再讀出數(shù)據(jù)。接著傳輸２個(gè)字節(jié)的測量數(shù)據(jù)和1個(gè)字節(jié)的CRＣ奇偶校驗(yàn)。需要通過下拉DAＴA為低電平，uC以確認(rèn)每個(gè)字節(jié)。所有的數(shù)據(jù)從ＭＳＢ開始,右值有效（例如:對于１2bit數(shù)據(jù)，從第５個(gè)ＳCＫ時(shí)鐘起算作MSB；而對于８bit數(shù)據(jù)，首字節(jié)則無意義）。用ＣＲC數(shù)據(jù)的確認(rèn)位，表明通訊結(jié)束。如果不使用ＣRC—8校驗(yàn)，控制器可以在測量值LSB后,通過保持確認(rèn)位ack高電平，來中止通訊。在測量和通訊結(jié)束后，SHＴxx自動(dòng)轉(zhuǎn)入休眠模式。(3）通訊復(fù)位時(shí)序：如果與SHＴxｘ通訊中斷,下列信號時(shí)序可以復(fù)位串口:當(dāng)ＤＡTＡ保持高電平時(shí)，觸發(fā)SCK時(shí)鐘９次或更多。在下一次指令前，發(fā)送一個(gè)“傳輸啟動(dòng)”時(shí)序。這些時(shí)序只復(fù)位串口，狀態(tài)寄存器內(nèi)容仍然保留。二系統(tǒng)分析嵌入式溫濕度采集系統(tǒng)是一種基于CC2５30和數(shù)字溫濕度傳感器ＳHT１0的溫濕度采集系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用Zigbｅe(cuò)無線通信技術(shù)結(jié)合傳感器，通過運(yùn)用Zigｂee協(xié)議架構(gòu)組建無線傳感網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)主從節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集和傳輸,以及一點(diǎn)對多點(diǎn)，兩點(diǎn)之間的通信。并且也是基于Ziｇbｅe(cuò)協(xié)議棧的中心節(jié)點(diǎn)和終端節(jié)點(diǎn)的協(xié)議傳輸，主要是從Zｉｇbee協(xié)議棧網(wǎng)絡(luò)層里AOＤV路由協(xié)議著手，在網(wǎng)絡(luò)層通過AＯＤV路由協(xié)議進(jìn)行節(jié)點(diǎn)間的連接以及數(shù)據(jù)的收發(fā)。2.１具體步驟描述1、給智能主板供電（USB外接電源或２節(jié)干電池）；2、將一個(gè)無線節(jié)點(diǎn)模塊插入到帶LＣD的智能主板的相應(yīng)位置；3、將溫濕度及光電傳感器模塊插入到智能主板的傳感及控制擴(kuò)展口位置;4、將CＣ2530仿真器的一端通過USB線（A型轉(zhuǎn)B型）連接到ＰC機(jī)，另一端通過10Pｉｎ下載線連接到智能主板的CC２530ＪTAＧ口(J２03);５、將智能主板上電源開關(guān)撥至開位置。按下仿真器上的按鈕，仿真器上的指示燈為綠色時(shí),表示連接成功；6、使用IAR7。51打開“…\OURS＿CC253０LIＢ\ｌiｂ１０（HumｉTempLｉght)\IＡR_files”下的HumiTempLight。eww文件，下載運(yùn)行程序；7、觀察LCＤ上溫度、濕度和光照強(qiáng)度的變化；8、用一個(gè)物體擋住光照傳感器的光線,觀察ＬCD上光照強(qiáng)度數(shù)據(jù)的變化；9、向溫濕度傳感器吹一口氣體，觀察LＣD上溫濕度數(shù)據(jù)的變2.２程序流程圖開始開始系統(tǒng)時(shí)鐘初始化LCD初始化顯示光照數(shù)據(jù)光照數(shù)據(jù)采集讀取溫濕度數(shù)據(jù)AINO通道采樣初始化顯示溫濕度數(shù)據(jù)圖1-1系統(tǒng)程序流程圖三詳細(xì)設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)是基于CC2５３0的溫濕度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)。因此，其重點(diǎn)是溫濕度數(shù)據(jù)采集設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)，主要可分為二大部分，一是實(shí)現(xiàn)無線傳感的硬件模塊；二是實(shí)現(xiàn)無線傳感的軟件支持，也就是基于Zｉgbee協(xié)議架構(gòu)的編程。實(shí)現(xiàn)溫濕度數(shù)據(jù)采集的硬件部分主要包括：無線傳感基本結(jié)構(gòu)、無線傳感實(shí)現(xiàn)原理、本設(shè)計(jì)所使用的實(shí)驗(yàn)箱以及軟件支持、常見的無線傳感模塊以及實(shí)現(xiàn)基于ＣC253０的溫濕度采集系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)模塊設(shè)計(jì)。實(shí)現(xiàn)溫濕度數(shù)據(jù)采集的軟件部分主要包括:Zigbeｅ協(xié)議棧整體架構(gòu)、Zigbee協(xié)議棧網(wǎng)絡(luò)層、AOＤV路由協(xié)議。3。1實(shí)現(xiàn)溫濕度數(shù)據(jù)采集的硬件部分嵌入式溫濕度采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)的硬件部分可以大體有無線傳感基本結(jié)構(gòu)、無線傳感實(shí)現(xiàn)原理、本設(shè)計(jì)所使用的實(shí)驗(yàn)箱以及軟件支持、常見的無線傳感模塊以及實(shí)現(xiàn)基于CC2530的溫濕度采集系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)模塊設(shè)計(jì)等組成。其具體內(nèi)容如下:3.１．1無線傳感基本結(jié)構(gòu)及實(shí)現(xiàn)原理無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在設(shè)計(jì)目標(biāo)方面是以數(shù)據(jù)為中心的,在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，因?yàn)楣?jié)點(diǎn)通常運(yùn)行在人無法接近的惡劣甚至危險(xiǎn)的遠(yuǎn)程環(huán)境中,所以除了少數(shù)節(jié)點(diǎn)需要移動(dòng)以外，大部分節(jié)點(diǎn)都是靜止不動(dòng)的。在被監(jiān)測區(qū)域內(nèi)，節(jié)點(diǎn)任意散落，節(jié)點(diǎn)除了需要完成感測特定的對象以外,還需要進(jìn)行簡單的計(jì)算,維持互相之間的網(wǎng)絡(luò)連接等功能。并且由于能源的無法替代以及低功耗的多跳通信模式節(jié),設(shè)計(jì)無線傳感節(jié)點(diǎn)時(shí)，有效的延長網(wǎng)絡(luò)的生命周期以及節(jié)點(diǎn)的低功耗成為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究的核心問題，其無線傳感節(jié)點(diǎn)模型如下圖1-2所示。無線傳感網(wǎng)絡(luò)的建立是基于傳感器加無線傳輸模塊的，傳感器采集的數(shù)據(jù),簡單處理后經(jīng)過無線傳輸模塊傳到服務(wù)器或應(yīng)用終端。目標(biāo)、觀測節(jié)點(diǎn)、傳感節(jié)點(diǎn)和感知視場是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)所包括的4個(gè)基本實(shí)體對象。大量傳感節(jié)點(diǎn)隨機(jī)部署,單個(gè)節(jié)點(diǎn)經(jīng)過初始的通信和協(xié)商，通過自組織方式自行配置，形成一個(gè)傳輸信息的單跳鏈接或一系列無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)組成的網(wǎng)絡(luò),協(xié)同形成對目標(biāo)的感知視場。傳感節(jié)點(diǎn)檢測的目標(biāo)信號經(jīng)過傳感器本地簡單處理后通過單播或廣播以多跳的方式通過鄰近傳感節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)接^測節(jié)點(diǎn).用戶和遠(yuǎn)程任務(wù)管理單元?jiǎng)t能夠通過衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)或Internet等外部網(wǎng)絡(luò),與觀測節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的交互。觀測節(jié)點(diǎn)向網(wǎng)絡(luò)發(fā)布查詢請求和控制指令,接收傳感節(jié)點(diǎn)返回的目標(biāo)信息。節(jié)點(diǎn)定位系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)定位系統(tǒng)移動(dòng)系統(tǒng)無線通信模塊電源電源自供電系統(tǒng)傳感器模塊轉(zhuǎn)換處理器存儲(chǔ)器圖1－2無線傳感節(jié)點(diǎn)模型3。1．2使用的實(shí)驗(yàn)箱以及軟件支持物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)IOV－T—２５３0采用系列傳感器模塊和無線節(jié)點(diǎn)模塊組成無線傳感網(wǎng)，擴(kuò)展嵌入式網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)廣域訪問，可實(shí)現(xiàn)多種物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)架，完成物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的各種傳感器的信息采集、無線信號收發(fā)、Ｚｉgbeｅ網(wǎng)絡(luò)通訊、組件控制全過程。該工具箱提供了無線傳感網(wǎng)通信模塊、基本的傳感器及控制器模塊、嵌入式網(wǎng)關(guān)、計(jì)算機(jī)服務(wù)器參考軟件等。3.1.３實(shí)現(xiàn)溫濕度采集系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)模塊設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)包含4個(gè)無線傳感網(wǎng)通信節(jié)點(diǎn)和一個(gè)無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器。其中具體情況如下:無線節(jié)點(diǎn)模塊：主要有射頻單片機(jī)構(gòu)成，ＭCＵ是TI的CC２５30,2.4G載頻，棒狀天線.傳感器及控制模塊:系列傳感器模塊，包括溫濕度傳感模塊、繼電器模塊和ＲＳ2３２模塊等，也可以通過總線擴(kuò)展用戶自己的傳感器及控制器部件。電源板或智能主板:即實(shí)現(xiàn)無線節(jié)點(diǎn)模塊與傳感及控制模塊的連接,又實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)供電，目前主要有兩節(jié)電池供電,保留外接電源接口，可以直接有直流電供電。３。2實(shí)現(xiàn)溫濕度數(shù)據(jù)采集的軟件部分實(shí)現(xiàn)溫濕度數(shù)據(jù)采集的軟件部分主要有Zigbee技術(shù)概述、Ziｇｂｅe(cuò)協(xié)議棧整體架構(gòu)、Ziｇｂee協(xié)議棧網(wǎng)絡(luò)層、AODＶ路由協(xié)議等幾部分組成.而Zigbee協(xié)議棧網(wǎng)絡(luò)層主要包括：網(wǎng)絡(luò)層概述、網(wǎng)絡(luò)層所實(shí)現(xiàn)功能、網(wǎng)絡(luò)層中常用路由協(xié)議。AＯDV路由協(xié)議主要包括:協(xié)議概述、協(xié)議的基本原理、AOＤV路由協(xié)議消息控制幀。一下將是溫濕度數(shù)據(jù)采集的軟件部分各部分的具體介紹：3。２．１ZＩGＢEE技術(shù)概述Zigbｅe(cuò)技術(shù)的使用與發(fā)展很大程度上彌補(bǔ)了無線通信市場上低功耗、低成本、低速率的空缺.同時(shí)隨著Zigbee技術(shù)的深入發(fā)展和應(yīng)用，越來越多的注意力和研究力量將會(huì)轉(zhuǎn)到應(yīng)用的設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通測試和市場的推廣等方面。Zigｂee技術(shù)的關(guān)鍵點(diǎn)是發(fā)展一種易布建、低成本、低功耗的無線網(wǎng)絡(luò)。Zigｂeｅ技術(shù)的應(yīng)用前景非常好。Zigｂee在未來的幾年里將在工業(yè)無線定位、工業(yè)控制、消費(fèi)電子、汽車自動(dòng)化、家庭網(wǎng)絡(luò)、樓宇自動(dòng)化、醫(yī)用設(shè)備控制等多個(gè)控制領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用，特別是工業(yè)控制和家庭自動(dòng)化，將會(huì)成為今后Ｚiｇbｅe(cuò)芯片的主要應(yīng)用領(lǐng)域。通常符合以下條件之一的應(yīng)用,都可以考慮采用Zigｂee技術(shù)：(1)網(wǎng)點(diǎn)多:需要數(shù)據(jù)采集或監(jiān)控的網(wǎng)點(diǎn)多。（2）低傳輸量:要求傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量不大且要求數(shù)據(jù)成本低。（3）可靠性高:要求數(shù)據(jù)傳輸可靠性、全性高。（4)體積小:設(shè)備體積很小，體積較大的充電電池或者電源模塊不便放置.（5）電池供電。（6)覆蓋量大：所需檢測點(diǎn)監(jiān)測點(diǎn)多,地形復(fù)雜，需要較大的網(wǎng)絡(luò)覆蓋面積。（7）現(xiàn)有移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的覆蓋盲區(qū)。（８)遙測、遙控系統(tǒng)：使用現(xiàn)存移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行的低數(shù)據(jù)量傳輸。（9）局部區(qū)域移動(dòng)目標(biāo)的定位系統(tǒng)：使用ＧPS效果差、成本高的。Zｉｇbee無線傳感網(wǎng)絡(luò)是基于ＩEEE802。15.4技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和Ｚigｂeｅ網(wǎng)絡(luò)協(xié)議而設(shè)計(jì)的無線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)主要應(yīng)用在壓力過程控制數(shù)據(jù)采集、流量過程控制數(shù)據(jù)采集、溫度濕度監(jiān)控、樓宇自動(dòng)化、工業(yè)控制、數(shù)據(jù)中心、社區(qū)安防、設(shè)備監(jiān)控、環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)控、制冷監(jiān)控、倉庫貨物監(jiān)控等方面。適用于蔬菜大棚溫度、濕度和土壤酸堿度監(jiān)控,鋼鐵冶煉溫度控制,煤氣抄表等各個(gè)領(lǐng)域.這種網(wǎng)絡(luò)主要用于無線系統(tǒng)中短距離的連接，提供傳感器網(wǎng)絡(luò)接入，能夠滿足各種傳感器的數(shù)據(jù)輸出和輸入控制的命令和信息的需求，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化、無線化。Zｉgｂee技術(shù)是一種應(yīng)用于各種電子設(shè)備之間的無線通信技術(shù),這種通信組網(wǎng)是基于中短距離范圍內(nèi)、低傳輸速率下的。根據(jù)Zｉｇbee技術(shù)的本質(zhì)，它具有下列特性:低功耗、高度擴(kuò)展性、可靠性高等。3。2.2ＺIGBEＥ協(xié)議棧Zｉgbｅe(cuò)協(xié)議棧由一組子層組成，每一層為其上層提供一定的特定服務(wù)：一個(gè)數(shù)據(jù)實(shí)體提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，一個(gè)管理實(shí)體提供管理、維護(hù)等服務(wù)。每個(gè)服務(wù)實(shí)體通過一個(gè)服務(wù)接入點(diǎn)(ＳAＰ）為其上層提供服務(wù)接口,并且每個(gè)服務(wù)接入點(diǎn)（SAP)提供了一系列的基本服務(wù)指令來實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。Zigbeｅ協(xié)議棧中包括應(yīng)以下各個(gè)子層：(1)APＰ(ApｐlicaｔioｎProgrａｍｍing）:應(yīng)用層目錄，這是用戶創(chuàng)建各種不同工程的區(qū)域，在這個(gè)目錄中包含了應(yīng)用層的內(nèi)容和這個(gè)項(xiàng)目的主要內(nèi)容，在協(xié)議棧里面一般是以操作系統(tǒng)的任務(wù)實(shí)現(xiàn)的。（２）HAＬ(Harｄwaｒe（H/W）ＡbｓｔraｃｔioｎLayer）：硬件層目錄，包含有與硬件相關(guān)的配置和驅(qū)動(dòng)及操作函數(shù)。ＺigＢee硬件層通過射頻固件和射頻硬件提供了一個(gè)從MＡC層以硬件層無線信道的接口.在硬件層中,包含一個(gè)硬件層管理實(shí)體（ＰLMＥ),該實(shí)體通過調(diào)用硬件層的管理功能函數(shù)，為硬件層管理服務(wù)提供其接口，同時(shí),還負(fù)責(zé)維護(hù)由硬件層所管理的目標(biāo)數(shù)據(jù)庫,該數(shù)據(jù)庫包含有硬件層個(gè)域網(wǎng)絡(luò)的基本信息。（３）ＭAＣ：介質(zhì)接入控制子層，包含了ＭAＣ層的參數(shù)配置文件及其MAC的LIB庫的函數(shù)接口文件。實(shí)現(xiàn)的功能有：1、能產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)信標(biāo)。2、支持ＰAＮ的連接和斷開連接.3、同信標(biāo)保持同步.４、在對等的MAC實(shí)體之間提供一個(gè)可靠的通信鏈路。5、處理和維護(hù)GＴS機(jī)制。6、信道接入采用ＣSMＡ—ＣA接入機(jī)制.7、支持設(shè)備的安全性.介質(zhì)訪問控制層（MＡC）幀被稱為MAC協(xié)議數(shù)據(jù)單元(MPDU），其長度不超過127個(gè)字節(jié)。它具有四種不同的幀形式,即信標(biāo)幀、數(shù)據(jù)幀、確認(rèn)幀和命令幀。(４）MT(MｏnitｏrＴest）:實(shí)現(xiàn)通過串口可控各層，與各層進(jìn)行直接交互。（5）NWK(ZigＢeeNｅtwｏrkＬayeｒ)：網(wǎng)絡(luò)層目錄，含網(wǎng)絡(luò)層配置參數(shù)文件及網(wǎng)絡(luò)層庫的函數(shù)接口文件,APS層庫的函數(shù)接口。(６)OSAＬ(ＯperatｉngSｙstem(ＯS)AbｓｔractｉonＬａyer）:協(xié)議棧的操作系統(tǒng)。（7）Pｒoｆilｅ：AF(Apｐliｃaｔionworｋ）層目錄，包含AＦ層處理函數(shù)文件。（8）Secｕrity:安全層目錄,安全層處理函數(shù)，比如加密函數(shù)等。（９）Ｓｅrvices：地址處理函數(shù)目錄，包括著地址模式的定義及地址處理函數(shù)。（10)0Tools：工程配置目錄，包括空間劃分及ＺStack相關(guān)配置信息。（11）ZDO（ZｉgBeeＤeｖiceObjｅｃts）：ZDＯ目錄。(1２）ZMac:ＭAC層目錄，包括MAC層參數(shù)配置及MＡC層LIＢ庫函數(shù)回調(diào)處理函數(shù)。(13）ZMain:主函數(shù)目錄，包括入口函數(shù)及硬件配置文件。(１4)Ｏｕｔput:輸出文件目錄，這個(gè)ＥＷ8０51ＩＤE自動(dòng)生成的。3.2．３ZIＧBEＥ協(xié)議棧網(wǎng)絡(luò)層ＺigBee網(wǎng)絡(luò)層必須提供一定的功能,其主要是提供一些必要的函數(shù)，以保證IEEE8０2．1５.４-２０0３ZigBee協(xié)議棧的ＭAC層能夠正確操作，正常工作,并且為應(yīng)用層提供一個(gè)合適的服務(wù)接口。為了和應(yīng)用層通信，必須向其提供接口，網(wǎng)絡(luò)層的概念包括了兩個(gè)必要的功能服務(wù)實(shí)體。它們分別為數(shù)據(jù)服務(wù)實(shí)體(NLDE)和管理服務(wù)實(shí)體(NLMＥ）。網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)實(shí)體(ＮLDE）通過網(wǎng)絡(luò)層相關(guān)的數(shù)據(jù)庫服務(wù)接入點(diǎn)（NLＤE—SAＰ)提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù),網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體(NLＭE）通過網(wǎng)絡(luò)層相關(guān)的管理庫服務(wù)接入點(diǎn)(NLME-SAP）提供網(wǎng)絡(luò)管理服務(wù),網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體利用網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)實(shí)體來獲得一些網(wǎng)絡(luò)管理任務(wù),并完成一些網(wǎng)絡(luò)的管理工作。并且，網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體還維護(hù)一個(gè)管理對象的數(shù)據(jù)庫,叫做網(wǎng)絡(luò)信息庫(NIB）,網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體完成對網(wǎng)絡(luò)信息庫（NIＢ）的維護(hù)和管理。3。2.４AODＶ路由協(xié)議AＯDＶ自組織按需請求型距離向量路由協(xié)議（AdHocOnDemanｄＤistanｃｅVeｃtor,簡稱ＡODV)，AOＤV采用的是逐跳轉(zhuǎn)發(fā)分組方式，在每個(gè)節(jié)點(diǎn)之間保存了路由請求和路由回答的結(jié)果，因此路由的頭部不需要攜帶完整的路由信息，從而提高了協(xié)議的效率。算法旨在多個(gè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)中建立和維護(hù)一個(gè)自啟動(dòng)的,動(dòng)態(tài)的,多跳路由的專屬網(wǎng)絡(luò)。它是一種按需的改進(jìn)的距離向量路由協(xié)議，具有按需路由協(xié)議的特點(diǎn)即在AODＶ路由協(xié)議中，網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)在需要進(jìn)行通信時(shí)才發(fā)送路由分組,而不會(huì)周期性地交互路由信息以得到所有其它主機(jī)的路由；同時(shí)具有距離向量路由協(xié)議的一些特點(diǎn)，即各節(jié)點(diǎn)路由表只維護(hù)本節(jié)點(diǎn)到其他節(jié)點(diǎn)的路由,而無需掌握全網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)中連接的斷開和異動(dòng)都會(huì)影響網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，AODV使得移動(dòng)節(jié)點(diǎn)能適時(shí)對這種變化做出響應(yīng)。ＡODV的操作是無自環(huán)的，并且由于解決了Bellmａn-Ｆord“無窮計(jì)數(shù)”的問題,使得該算法在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓瘯r(shí)能夠快速收斂。當(dāng)一個(gè)連接斷開時(shí)，AＯDＶ會(huì)告知所有受到影響的節(jié)點(diǎn),這些節(jié)點(diǎn)會(huì)讓用到這個(gè)連接的路由失效.ＡODV的一個(gè)顯著特點(diǎn)是它在每個(gè)路由表項(xiàng)上使用了目的序列號。目的序列號由目的節(jié)點(diǎn)創(chuàng)建,并且被包含在路由信息中，然后這些路由信息將被回發(fā)到所有向它發(fā)起請求的節(jié)點(diǎn)。目的序列號的使用確保了無回環(huán),并且易于編程。如果到一個(gè)目的有兩條路由可供選擇，那么收到請求的節(jié)點(diǎn)將會(huì)選擇序列號最大的那一條。此外，AＯDＶ另一個(gè)顯著的特點(diǎn)是它加入了組播路由協(xié)議擴(kuò)展,并支持QOS。它的缺點(diǎn)是：不支持單向信道，原因是AODV協(xié)議基于雙向信道的假設(shè)工作，路由回答分組直接沿著路由請求的反方向回到源節(jié)點(diǎn)。3．３總體軟件結(jié)構(gòu)