基于ZigBee的無線語音傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

基于ZigBee無線語音傳播系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要：ZigBee技術(shù)是一種短距離、低復(fù)雜度、低功耗、低速率、低成本無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。其重要特性涉及：具備多跳傳送（multi-hoprelay）機(jī)制、網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展性能好、布設(shè)容易以及具備自組織與自修復(fù)能力。在無線傳感網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中，聲音也是一種傳感量，傳播采樣聲音數(shù)據(jù)正是聲音傳感應(yīng)用基本規(guī)定，因此本論文針對IEEE802.15.4/ZigBee應(yīng)用環(huán)境，提出實(shí)現(xiàn)語音通信研究課題。本課題設(shè)計(jì)了基于CC2430芯片Zigbee硬件模塊，通過理解，在空曠環(huán)境下視距傳播距離大概30米；在此基本上設(shè)計(jì)了基于IEEE802.15.4語音通信系統(tǒng)方案，開發(fā)了硬件實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，用以研究短距離無線語音通信技術(shù)。語音通信方案充分運(yùn)用CC2430SoC性能特點(diǎn)，使用芯片內(nèi)部ADC和APR9600完畢語音采樣及回放，無需外部語音編解碼器件且使用外圍器件很少。系統(tǒng)可以較好地實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)語音無線傳播，發(fā)射功率不大于0dBm，語音延時(shí)不大于25ms，傳播距離達(dá)到15米，音質(zhì)MOS測試分達(dá)到3分以上。該方案硬件簡樸，成本低廉，功耗很低，可應(yīng)用于礦井井下生產(chǎn)、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、消防、安全監(jiān)控領(lǐng)域，拓展了IEEE802.15.4應(yīng)用范疇。核心詞：IEEE802.15.4；ZigBee；CC2430；APR9600；無線語音通信BasedonZigBeewirelessvoicetransmissionsystemdesignAbstract：ZigBeetechnologyisakindofshort，lowcomplexity，lowpowerconsumption，lowrate，lowcostwirelessnetworktechnology.Itsmainfeaturesinclude：withmultiplehopstransmission(multi-hoprelay)mechanism，extendthenetworkperformanceisgood，layouteasilyandhassinceorganizationandtheself-repairingability.Inwirelesssensornetworkapplications，theaudioisalsoakindofsensorvolume，transmissionsamplingvoicedataisthebasicrequirementofvoicesensing，sothispapertheapplicationofIEEE802.15.4/ZigBeeproposedrealizevoicecommunicationenvironment，theresearchsubject.ThistopicwasdesignedbasedontheCC2430chipZigbeehardwaremodules，afterunderstandinginopenenvironment，thetransmissiondistancestadiaabout30meters；OnthebasisofIEEE802.15.4designedonthebasisofvoicecommunicationsystemsolutions，developedhardwaretestplatformtostudythesprintwirelessvoicecommunicationstechnology.VoicecommunicationsplanmakefulluseofCC2430SoCperformancecharacteristics，usechipAPR9600completedinternalADCandspeechsamplingandplayback，withoutexternalvoicecodecpiecesanduseofperipheraldevicesseldom.Systemcanwellrealizereal-timespeechwirelesstransmission，transmissionpower，lessthan0dBm25msspeechdelay，thetransmissiondistancetolessthan15meters，timbreMOStestpointstothreepoints.Theschemehardwaresimpleandlowcost，lowpowerconsumption，andcanbeusedtomineproduction，wirelesssensornetwork，firecontrol，safetymonitoringfield，expandthescopeofIEEE802.15.4application.Keywords：IEEE802.15.4，ZigBee，CC2430，APR9600，wirelessvoicecommunication目錄TOC\o"1-3"\h\u16853第一章緒論 1299111.1選題背景 1101781.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2154491.2.1無線傳感網(wǎng)絡(luò)國內(nèi)外應(yīng)用現(xiàn)狀 27651.2.2Zigbee技術(shù)國內(nèi)外發(fā)呈現(xiàn)狀 3154991.3生產(chǎn)需求狀況 3223671.4研究目和意義 483461.5本論文研究內(nèi)容 526425第二章Zigbee合同棧構(gòu)造和原理 677052.1Zigbee合同棧概述 6174552.2ZigBee網(wǎng)絡(luò)體系 7289242.2.1兩種功能類型設(shè)備 7204412.2.2三種節(jié)點(diǎn)類型 8317762.2.3三種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錁?gòu)造 8293502.2.4兩種工作模式 9233502.3IEEE802.15.4通信層 9170372.3.1載波信道和頻率描述 10228162.3.2物理層(PHY)數(shù)據(jù)包格式 10247212.4介質(zhì)接入控制子層MAC 1156172.4.1MPDU數(shù)據(jù)單元解決 11192402.4.2MAC層數(shù)據(jù)傳播 12169452.5Zigbee網(wǎng)絡(luò)層 1553712.5.2組網(wǎng)管理 17166702.5.3Zigbee路由算法 1810915第三章CC2430模塊硬件設(shè)計(jì) 24209813.1Zigbee芯片描述 24264453.2CC2430無線單片機(jī)簡介 2583323.2.1CC2430芯片重要特點(diǎn) 25305653.2.2CC2430芯片引腳功能 28245233.2.3CC2430芯片典型電路應(yīng)用 29168263.3CC2430模塊硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 30257863.3.1CC2430模塊電路圖 3048013.3.2硬件方面設(shè)計(jì) 30121013.4軟件設(shè)計(jì) 34253063.4.1IAR開發(fā)環(huán)境簡介 34301863.4.2ADC參數(shù)配備 3560813.4.3使用TI-MAC合同棧進(jìn)行語音傳播 3613277總結(jié) 3925237道謝 4030070重要參照文獻(xiàn) 41第一章緒論1.1選題背景Zigbee是一種短距離、低速率無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，其開發(fā)是為了建立一種低成本、低功耗社區(qū)域無線通信方式，在此基本上通過軟件合同棧發(fā)展出易布建大容量、不依賴既有通信網(wǎng)絡(luò)和既有電力網(wǎng)絡(luò)無線網(wǎng)絡(luò)。Zigbee在工業(yè)控制、家庭智能化、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用前景。數(shù)據(jù)傳播速率低。只有10kb／s～250kb/s，專注于低傳播應(yīng)用。在休眠狀態(tài)下耗電量僅僅只有1μW，通信距離短狀況下工作狀態(tài)耗電為30mW，在低耗電待機(jī)模式下，兩節(jié)普通5號(hào)干電池可使用6個(gè)月以上。WSN節(jié)點(diǎn)對功耗需求極其苛刻，傳感器節(jié)點(diǎn)需要在危險(xiǎn)（例如戰(zhàn)場、核輻射）區(qū)域持續(xù)工作數(shù)年而不更換供電單元。由于ZigBee數(shù)據(jù)傳播速率低，合同簡樸，因此大大減少了成本，這也正是藍(lán)牙系統(tǒng)所不具備。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中可以具備成千上萬節(jié)點(diǎn)，如果不能嚴(yán)格地控制節(jié)點(diǎn)成本，那么網(wǎng)絡(luò)規(guī)模必將受到嚴(yán)重制約，從而將嚴(yán)重地制約WSN強(qiáng)大功能。每個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)最多可支持65000個(gè)節(jié)點(diǎn)。由于WSN能力很大限度上取決于節(jié)點(diǎn)多少，也就是說可容納傳感器節(jié)點(diǎn)越多，WSN功能越強(qiáng)大。因此ZigBee網(wǎng)絡(luò)容量大特點(diǎn)非常符合WSN需要。有效覆蓋范疇在10～75m之間，但是可以擴(kuò)展到數(shù)百米，詳細(xì)根據(jù)實(shí)際發(fā)射功率大小和各種不同應(yīng)用模式而定，基本上可以覆蓋普通家庭或辦公室環(huán)境。減少WSN節(jié)點(diǎn)能量消耗和平衡所有節(jié)點(diǎn)能量，有必要縮小節(jié)點(diǎn)RF模塊覆蓋范疇。使用頻段分別為2.4GHz、868MHz（歐洲）及915MHz（美國），均為免執(zhí)照頻段，具備16個(gè)擴(kuò)頻通信信道。相應(yīng)，WSN采用2.4GHZ工作頻段特性將會(huì)更有助于WSN發(fā)展。ZigBee提供了數(shù)據(jù)完整性檢查和鑒權(quán)功能，硬件自身支持CRC和AES－128。這一安全特性能較好地適應(yīng)軍事需要無線傳感器網(wǎng)絡(luò)?？偨Y(jié)Zigbee有如下長處：低功耗：由于ZigBee傳播速率低,發(fā)射功率僅為1mW,并且采用了休眠模式,功耗低,因而ZigBee設(shè)備非常省電。據(jù)估算,ZigBee設(shè)備僅靠兩節(jié)5號(hào)電池就可以維持長達(dá)6個(gè)月到2年左右使用時(shí)間,這是其他無線設(shè)備望塵莫及。成本低：ZigBee模塊初始成本在6美元左右,預(yù)計(jì)不久就能降到1.5—2.5美元，并且ZigBee合同是免專利費(fèi)。低成本對于ZigBee也是一種核心因素。時(shí)延短：通信時(shí)延和從休眠狀態(tài)激活時(shí)延都非常短,典型搜索設(shè)備時(shí)延30ms,休眠激活時(shí)延是15ms，活動(dòng)設(shè)備信道接入時(shí)延為15ms。因而ZigBee技術(shù)合用于對時(shí)延規(guī)定苛刻無線控制(如工業(yè)控制場合等)應(yīng)用。網(wǎng)絡(luò)容量大：一種星型構(gòu)造Zigbee網(wǎng)絡(luò)最多可以容納254個(gè)從設(shè)備和一種主設(shè)備，一種區(qū)域內(nèi)可以同步存在最多100個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)，并且網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成靈活。可靠：采用了碰撞避免方略,同步為需要固定帶寬通信業(yè)務(wù)預(yù)留了專用時(shí)隙,避開了發(fā)送數(shù)據(jù)競爭和沖突。MAC層采用了完全確認(rèn)數(shù)據(jù)傳播模式，每個(gè)發(fā)送數(shù)據(jù)包都必要等待接受方確認(rèn)信息。如果傳播過程中浮現(xiàn)問題可以進(jìn)行重發(fā)。安全：ZigBee提供了基于循環(huán)冗余校驗(yàn)(CRC)數(shù)據(jù)包完整性檢查功能,支持鑒權(quán)和認(rèn)證，采用了AES-128加密算法,各個(gè)應(yīng)用可以靈活擬定其安全屬性。ZigBee重要應(yīng)用在距離短、功耗低且傳播速率規(guī)定不高各種電子設(shè)備之間，典型傳播數(shù)據(jù)類型有周期性數(shù)據(jù)、間歇性數(shù)據(jù)和低反映時(shí)間數(shù)據(jù)。因而它應(yīng)用目的重要是：工業(yè)控制（如自動(dòng)控制設(shè)備、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)）、醫(yī)護(hù)（如監(jiān)視和傳感）、家庭智能控制（如照明、水電氣計(jì)量及報(bào)警）、消費(fèi)類電子設(shè)備遙控裝置、PC外設(shè)無線連接等領(lǐng)域。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1無線傳感網(wǎng)絡(luò)國內(nèi)外應(yīng)用現(xiàn)狀軍用領(lǐng)域：國際上比較有代表性和影響力無線傳感網(wǎng)絡(luò)項(xiàng)目有遙控戰(zhàn)場傳感器系統(tǒng)（RemoteBattlefieldSensorSystem）、網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)（NCW）及機(jī)靈傳感器網(wǎng)絡(luò)（SSW）、智能塵（smartdust）、Intelmote、Smart-Its項(xiàng)目、SensorIT、行為習(xí)性監(jiān)控（HabitatMonitoring）項(xiàng)目。SensorIT項(xiàng)目摸索了如何將WSN技術(shù)應(yīng)用于軍事領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)所謂“超視距”戰(zhàn)場監(jiān)測。民用領(lǐng)域：美日等國家運(yùn)用該技術(shù)對各種領(lǐng)域進(jìn)行了應(yīng)用[2]：英特爾與加利福尼亞州大學(xué)伯克利分校合伙針對微塵技術(shù)進(jìn)行研究，并于將傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用到大鴨島海燕生活習(xí)性監(jiān)測項(xiàng)目。日立制作所與YRP泛在網(wǎng)絡(luò)化研究所于11月24日宣布開發(fā)出了全球體積最小傳感器網(wǎng)絡(luò)終端，作為安裝電池有源無線終端，可以搭載溫度、亮度、紅外線、加速度等各種傳感器。設(shè)想應(yīng)用于大樓與家庭無線傳感器以及安全管理方面。三菱電機(jī)9月29日宣布成功試制出了支持近距離無線通訊技術(shù)ZigBee無線傳感器。在舊金山，科學(xué)家將200各種Mica2節(jié)點(diǎn)布置在金門大橋構(gòu)成WSN，用以監(jiān)測大橋從一端到另一端擺動(dòng)幅度，從而及時(shí)發(fā)現(xiàn)大橋隱患。國內(nèi)現(xiàn)狀：國內(nèi)無線傳感網(wǎng)絡(luò)及其應(yīng)用研究幾乎與發(fā)達(dá)國家同步啟動(dòng)。中華人民共和國科學(xué)院上海微系統(tǒng)聯(lián)合聲學(xué)所、微電子所、半導(dǎo)體所等十余個(gè)校所，初步建立傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)研究平臺(tái)，在無線智能傳感網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、微型傳感器、傳感器節(jié)點(diǎn)、簇點(diǎn)和應(yīng)用系統(tǒng)等方面獲得很大進(jìn)展。1.2.2Zigbee技術(shù)國內(nèi)外發(fā)呈現(xiàn)狀底由ZigBee聯(lián)盟發(fā)布了1.0版本規(guī)范ZigBee合同，11月發(fā)布了1.1版本規(guī)范。世界上有八家支持ZigBee聯(lián)盟創(chuàng)始者公司，即Chipcon、Ember、Freeseale、Honeywell、Mitsubishi、Motorola、PhiliPs、Samsung。ZigBee聯(lián)盟公司涉及有IC供應(yīng)商、無線IP提供商、OEM廠商、測試設(shè)備制造商、最后產(chǎn)品制造商等，提供ZigBee合用產(chǎn)品和方案。到4月，已有Chipcon、Freescale、CompXs、Ember四家公司通過了ZigBee聯(lián)盟對其產(chǎn)品所作測試和兼容性驗(yàn)證。飛思卡爾推出全球首個(gè)符合ZigBee原則平臺(tái)，制造商當(dāng)前可以將ZigBee技術(shù)用于傳感和監(jiān)控應(yīng)用。中華人民共和國市場，華為、海爾等中華人民共和國OEM公司也加入了ZigBee聯(lián)盟，許多院所展開了對ZigBee研究。ZigBee在中華人民共和國應(yīng)用也更加廣泛。例如以海爾U-HomeWirelessNetwork為代表，涉及通過Internet、電話、手機(jī)或進(jìn)行家庭監(jiān)控、無線網(wǎng)關(guān)控制等。同步許多公司也在進(jìn)行ZigBee有關(guān)產(chǎn)品開發(fā)工作，有代表性公司有上海順舟網(wǎng)絡(luò)科技有限公司[3]、成都無線龍通訊科技有限公司等[4]。1.3生產(chǎn)需求狀況為了推動(dòng)ZigBee技術(shù)發(fā)展，Chipcon與Ember、Freescale、Honeywell、Mistubishi、Motorola、Philips和Samsung等公司共同成立了ZigBeeAlliance，當(dāng)前該聯(lián)盟已經(jīng)包括130多家會(huì)員。該聯(lián)盟主席RobertF.Haile曾于11月親自拜訪中華人民共和國，以免專利費(fèi)方式吸引中華人民共和國本地公司加入。這一預(yù)言正在從ZigBee聯(lián)盟及其成員近期一系列活動(dòng)和進(jìn)展中得到驗(yàn)證。在原則林立短距離無線通信領(lǐng)域，ZigBee迅速發(fā)展可以說是有些令人始料不及，從底原則確立，究竟有關(guān)芯片及終端設(shè)備總共賣出1500億美元，應(yīng)當(dāng)說比被業(yè)界“炒”了近年藍(lán)牙、Wi-Fi進(jìn)展都要快。ZigBee技術(shù)在ZigBee聯(lián)盟和IEEE802.15.4推動(dòng)下，結(jié)合其她無線技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)無所不在網(wǎng)絡(luò)。它不但在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍事、環(huán)境、醫(yī)療等老式領(lǐng)域有具備巨大運(yùn)用價(jià)值，在將來其應(yīng)用可以涉及到人類尋常生活和社會(huì)生產(chǎn)活動(dòng)所有領(lǐng)域。隨著21世紀(jì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)和當(dāng)代科技迅速發(fā)展,人們對可以隨時(shí)隨處提供信息服務(wù)無線通信需求越來越迫切。短距離無線通信技術(shù)作為成為無線通信技術(shù)領(lǐng)域一種重要分支,在諸多無線數(shù)據(jù)傳播中應(yīng)用已經(jīng)越來越廣泛。Zigbee浮現(xiàn),彌補(bǔ)了短距離數(shù)據(jù)通訊低成本解決方案空白,促成了它應(yīng)用遼闊前景.據(jù)調(diào)查，時(shí)，zigbee芯片銷量只達(dá)到約1000萬元美元，而就已經(jīng)達(dá)到約6000萬美元，預(yù)測可達(dá)到3萬美元，復(fù)合增長63%。通過這些數(shù)據(jù)，咱們可以看出zigbee需求量是比較龐大。1.4研究目和意義ZigBee技術(shù)作為一種短距離、低復(fù)雜度、低功耗、低速率、低成本無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，它根據(jù)IEEE802.15.4原則，在數(shù)千個(gè)微小傳感器之間通過互相協(xié)調(diào)來實(shí)現(xiàn)通信，其重要特性涉及：具備多跳傳送（multi-hoprelay）機(jī)制、網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展性能好、布設(shè)容易以及具備自組織與自修復(fù)能力。由于ZigBee技術(shù)具備功耗低、成本低、網(wǎng)絡(luò)容量大、時(shí)延短、安全可靠、工作頻段靈活等許多長處，諸多研究機(jī)構(gòu)將其作為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通訊原則。老式上ZigBee重要應(yīng)用于家庭自動(dòng)化、工業(yè)自動(dòng)化、庫存管理、產(chǎn)品質(zhì)量控制、災(zāi)害地區(qū)監(jiān)測、生物監(jiān)測和監(jiān)督、定位及消防安全等領(lǐng)域，其傳播數(shù)據(jù)為非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。無線語音通信則屬于即時(shí)數(shù)據(jù)傳播，雖然實(shí)現(xiàn)無線語音通信不是ZigBee原則最初目的，但在許多領(lǐng)域中如果沒有語音通信功能，將使其應(yīng)用受到很大局限；另一方面，在有緊急需求和布置不易環(huán)境下（如礦井井下救援、消防急救），ZigBee具備其她通信技術(shù)難以代替優(yōu)勢，如能運(yùn)用ZigBee網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行雙向語音傳播則具備非常大實(shí)用價(jià)值；同步，在無線傳感網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中，聲音也是一種傳感量，傳播采樣聲音數(shù)據(jù)正是聲音傳感應(yīng)用基本規(guī)定。因此本論文針對IEEE802.15.4/ZigBee應(yīng)用環(huán)境，提出實(shí)現(xiàn)語音通信研究課題。1.5本論文研究內(nèi)容重要研究內(nèi)容涉及如下幾點(diǎn)：①依照IEEE802.15.4原則及ZigBee，開發(fā)低成本ZigBee無線模塊②為了實(shí)現(xiàn)語音正常傳播，咱們通過芯片APR9600進(jìn)行接受和解決③研究基于ZigBee無線語音傳播系統(tǒng)設(shè)計(jì)

第二章Zigbee合同棧構(gòu)造和原理2.1Zigbee合同棧概述Zigbee合同棧由一組子層構(gòu)成。每層為其上層提供一組特定服務(wù)：一種數(shù)據(jù)實(shí)體提供數(shù)據(jù)傳播服務(wù)，一種管理實(shí)體提供所有其她服務(wù)。每個(gè)服務(wù)實(shí)體通過一種服務(wù)接入點(diǎn)（SAP）為其上層提供服務(wù)接口，并且每個(gè)SAP提供了一系列基本服務(wù)指令來完畢相應(yīng)功能。Zigbee合同棧體系構(gòu)造如圖2.1所示，它雖然是基于原則7層開放系統(tǒng)互聯(lián)（OSI）模型，但僅對那些涉及Zigbee層予以定義。IEEE802.15.4—原則定義了最下面兩層：物理層（PHY）和介質(zhì)接入控制層（MAC）。Zigbee聯(lián)盟提供了網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層（APL）框架設(shè)計(jì)。其中，應(yīng)用層框架涉及了應(yīng)用支持層（APS）、Zigbee設(shè)備對象（ZDO）及由制造商制定應(yīng)用對象。圖2-1 Zigbee合同棧體系構(gòu)造相比于常用無線通信原則，Zigbee合同套件經(jīng)湊而簡樸，詳細(xì)實(shí)現(xiàn)規(guī)定很低。Zigbee聯(lián)盟但愿建立一種可以連接每個(gè)電子設(shè)備無線網(wǎng)，它預(yù)言Zigbee將不久成為全球高品位無線技術(shù)，Zigbee節(jié)點(diǎn)達(dá)到30億個(gè)。具備十幾億節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)將不久耗盡已不夠用IPv4地址空間，因而IPv6與IEEE802.15.4結(jié)合是傳感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)展趨勢。IPv6采用128位地址長度，幾乎可以不受限制地提供地址。在IEEE502.15.4中總共分派了27個(gè)具備3種速率信道；2.4GHz頻段有16個(gè)速率為250Kb/s信道；915MHz頻道有10個(gè)40Kb/s信道；868MHz頻段有1個(gè)20Kb/s信道。這些信道中心頻段按如下定義[6]（k為信道數(shù)）：FC=868.3MHz（k=0）FC=906MHz+2（k-1）MHz（k=1，2······，10）FC=2405MHz+5（k-11）MHz（k=11,12·····，26）IEEE802.15.4有下列特性：1.只支持星形和點(diǎn)對點(diǎn)拓?fù)錁?gòu)造；2.在網(wǎng)絡(luò)中存在兩種地址：16位網(wǎng)絡(luò)地址，由協(xié)調(diào)器在網(wǎng)絡(luò)建立是分派，64位IEEE地址；3.實(shí)現(xiàn)四中不同傳播速率（20、40、100、2500Kbps）；4.支持應(yīng)答機(jī)制；5.信道能量檢測和鏈路質(zhì)量批示；6.工作于ISM頻段，在868MHz頻段上有1個(gè)信道，915MHz上有10個(gè)信道，在2450MHz上有16個(gè)信道；7.低功耗節(jié)能。一種IEEE802.15.4可以依照ISM頻段、可用性、擁擠狀況和數(shù)據(jù)速率在27個(gè)信道中選取1個(gè)工作信道。從能量和成本效率來看，不同數(shù)據(jù)速率能為不同應(yīng)用提供較好選取。來自IEEE502.15.4物理層合同數(shù)據(jù)單元二進(jìn)制數(shù)據(jù)被依次構(gòu)成4位二進(jìn)制數(shù)據(jù)符號(hào)。每種數(shù)據(jù)符號(hào)被映射成32位偽噪聲碼片，以便傳播。然后，這個(gè)持續(xù)偽噪聲CHIP序列被調(diào)制到載波上，即采用半正弦脈沖波形偏移正交相移鍵控調(diào)制方式。IEEE802.15.4MAC層提供兩種服務(wù)：MAC層數(shù)據(jù)服務(wù)和MAC層管理服務(wù)。管理服務(wù)通過MAC層管理實(shí)體服務(wù)接入點(diǎn)訪問高層，MAC層數(shù)據(jù)服務(wù)使MAC層合同數(shù)據(jù)單元收發(fā)可以通過物理層數(shù)據(jù)服務(wù)。IEEE802.15.4MAC層特性有信標(biāo)管理、信標(biāo)接入機(jī)制、保證時(shí)隙管理、幀確認(rèn)、確認(rèn)幀傳播以及節(jié)點(diǎn)接入與分離。ZigBee網(wǎng)絡(luò)層重要用于ZigBee網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)接入、數(shù)據(jù)管理以及網(wǎng)絡(luò)安全等。而應(yīng)用層重要為ZigBee技術(shù)實(shí)際應(yīng)用提供某些應(yīng)用框架模型等，以便于對ZigBee技術(shù)開發(fā)應(yīng)用。2.2ZigBee網(wǎng)絡(luò)體系Zigbee網(wǎng)絡(luò)中存在兩種功能類型設(shè)備，三種節(jié)點(diǎn)類型，三種拓?fù)錁?gòu)造及兩種工作模式。2.2.1兩種功能類型設(shè)備ZigBee網(wǎng)絡(luò)含全功能設(shè)備FFD（Fullfunctiondevice）和精簡功能設(shè)備RFD（Reducedfunctiondevice）兩種功能類型設(shè)備。全功能設(shè)備（FFD）支持原則定義所有功能和特性；而精簡功能設(shè)備（RFD）功能簡潔，存儲(chǔ)器容量規(guī)定至少。2.2.2三種節(jié)點(diǎn)類型ZigBee網(wǎng)絡(luò)含三種類型節(jié)點(diǎn)，即協(xié)調(diào)器ZC（ZigBeeCoordinator）、路由器ZR（ZigBeeRouter）和終端設(shè)備ZE（ZigBeeEndDevice），其中協(xié)調(diào)器和路由器均為全功能設(shè)備（FFD），而終端設(shè)備選用精簡功能設(shè)備（RFD）。協(xié)調(diào)器：一種ZigBee網(wǎng)絡(luò)PAN（PersonalAreaNetwork）有且僅有一種協(xié)調(diào)器，該設(shè)備負(fù)責(zé)啟動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，配備網(wǎng)絡(luò)成員地址，維護(hù)網(wǎng)絡(luò)，維護(hù)節(jié)點(diǎn)綁定關(guān)等，需要最多存儲(chǔ)空間和計(jì)算能力。路由器：重要實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)及路由消息功能，擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)，即作為網(wǎng)絡(luò)中父節(jié)點(diǎn)，容許更多設(shè)備接入網(wǎng)絡(luò)，路由節(jié)點(diǎn)只有在樹狀網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中存在。終端設(shè)備：只能選取加入她人已經(jīng)形成網(wǎng)絡(luò)，可以收發(fā)信息，但不能轉(zhuǎn)發(fā)信息，不具備路由功能。2.2.3三種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錁?gòu)造ZigBee網(wǎng)絡(luò)支持星狀、樹狀和網(wǎng)狀三種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錁?gòu)造，如圖5所示，從左到右依次是星狀網(wǎng)絡(luò)，樹狀網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。星狀網(wǎng)絡(luò)由一種PAN協(xié)調(diào)器和各種終端設(shè)備構(gòu)成，只存在PAN協(xié)調(diào)器與終端通訊，終端設(shè)備間通訊都需通過PAN協(xié)調(diào)器轉(zhuǎn)發(fā)。樹狀網(wǎng)絡(luò)由一種協(xié)調(diào)器和一種或各種星狀構(gòu)造連接而成，設(shè)備除了能與自己父節(jié)點(diǎn)或子節(jié)點(diǎn)進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)直接通訊外，其她只能通過樹狀路由完畢消息傳播。網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)是樹狀網(wǎng)絡(luò)基本上實(shí)現(xiàn)，與樹狀網(wǎng)絡(luò)不同是，它容許網(wǎng)絡(luò)中所有具備路由功能節(jié)點(diǎn)直接互連，由路由器中路由表實(shí)現(xiàn)消息網(wǎng)狀路由。該拓?fù)溟L處是減少了消息延時(shí)，增強(qiáng)了可靠性，缺陷是需要更多存儲(chǔ)空間開銷。圖2-2 ZigBee網(wǎng)絡(luò)中三種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錁?gòu)造2.2.4兩種工作模式網(wǎng)絡(luò)工作模式可以分為信標(biāo)（Beaeon）和非信標(biāo)（Non-beaeon）兩種模式,信標(biāo)模式實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)中所有設(shè)備同步工作和同步休眠，以達(dá)到最大限度功耗節(jié)約，而非信標(biāo)模式則只容許ZE進(jìn)行周期性休眠，ZC和所有ZR設(shè)備必要長期處在工作狀態(tài)。信標(biāo)模式下，ZC負(fù)責(zé)以一定間隔時(shí)間（普通在15ms-4mins之間）向網(wǎng)絡(luò)廣播信標(biāo)幀，兩個(gè)信標(biāo)幀發(fā)送間隔之間有16個(gè)相似時(shí)槽，這些時(shí)槽分為網(wǎng)絡(luò)休眠區(qū)和網(wǎng)絡(luò)活動(dòng)區(qū)兩個(gè)某些，消息只能在網(wǎng)絡(luò)活動(dòng)區(qū)各時(shí)槽內(nèi)發(fā)送。非信標(biāo)模式下，ZigBee原則采用父節(jié)點(diǎn)為ZE子節(jié)點(diǎn)緩存數(shù)據(jù)，ZE積極向其父節(jié)點(diǎn)提取數(shù)據(jù)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)ZE周期性（周期可設(shè)立）休眠。網(wǎng)絡(luò)中所有父節(jié)點(diǎn)需為自己ZE子節(jié)點(diǎn)緩存數(shù)據(jù)幀，所有ZE子節(jié)點(diǎn)大多數(shù)時(shí)間都處在休眠模式，周期性醒來與父節(jié)點(diǎn)握手以確認(rèn)自己仍處在網(wǎng)絡(luò)中，其從休眠模式轉(zhuǎn)入數(shù)據(jù)傳播模式普通只需要15ms。2.3IEEE802.15.4通信層IEEE802.15.4原則定義了最下面兩層：物理層（PHY）和介質(zhì)接入控制子層（MAC）：物理層（PHY）重要功能：信道選取信道能量檢測無線信道收發(fā)數(shù)據(jù)空閑信道評估接受包鏈路質(zhì)量檢測其中，信道能量檢測重要測量目的信道中接受信號(hào)功率強(qiáng)度，事實(shí)上所測得是有效信號(hào)功率和噪聲信號(hào)功率之和。鏈路質(zhì)量要對信號(hào)進(jìn)行解碼，生成是信噪比批示，提供接受數(shù)據(jù)幀是無線信號(hào)強(qiáng)度和治療信息?？臻e信道評估判斷是當(dāng)前與否處在空閑狀態(tài)，以此來決定與否發(fā)送當(dāng)前數(shù)據(jù)幀。2.3.1載波信道和頻率描述IEEE802.15.4原則定義ZigbeePHY層：表2-1原則定義PHY層[7]信道編號(hào)中心頻率/MHZ信道間隔/MZ頻率上限/MZ頻率下限/MZ傳播速率Kb/S調(diào)制方式k=0868.3有且僅有1個(gè)信道868.6868.020BPSKk=1……10903+2(k-1)2928.0902.040BPSKk=11……262401+5(k-11)52483.52400.0250Q-QPSK注：868MHz是歐洲附加ISM頻段，915MHz是美國附加ISM頻段，而2.4GHz為全球通用ISM頻段。2.3.2物理層(PHY)數(shù)據(jù)包格式物理層幀（PPDU）格式如下表所示，Zigbee物理層數(shù)據(jù)包由同步包頭、物理層包頭和物理層凈荷三某些構(gòu)成。同步包頭由前向同步碼（前導(dǎo)碼）和數(shù)據(jù)包（幀）定界符構(gòu)成，用于獲取符號(hào)同步、擴(kuò)頻碼同步和幀同步，也有助于錯(cuò)略頻率調(diào)節(jié)。物理層包頭批示凈荷某些長度，凈荷某些具有MAC層數(shù)據(jù)包，最大長度是127字節(jié)。如果數(shù)據(jù)包長度類型為5字節(jié)或不不大于8字節(jié)，那么物理層服務(wù)數(shù)據(jù)單元（PSDU）攜帶MAC層幀信息（即MAC層合同數(shù)據(jù)單元）。表2-2 物理層數(shù)據(jù)包格式[1]4字節(jié)1字節(jié)1字節(jié)變量前同步碼幀定界符幀長度（7位）預(yù)留位（1位）PSDU同步包頭物理層包頭物理層凈荷2.4介質(zhì)接入控制子層MACIEEE802系列原則把數(shù)據(jù)鏈路層提成邏輯鏈路控制子層LLC和介質(zhì)接入控制子層MAC兩個(gè)子層。LLC自層在IEEE802.6原則中定義，為802原則系列所共用；而MAC子層合同則依賴于各自物理層。LLC子層重要功能是進(jìn)行數(shù)據(jù)包分段和重組，以及保證數(shù)據(jù)包安順序傳播。而MAC層功能更加強(qiáng)大：解決MPDU；網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器信標(biāo)產(chǎn)生及與協(xié)調(diào)器信標(biāo)同步；ED、ACTIVE和ORPHAN機(jī)制參加頻道存取，數(shù)據(jù)應(yīng)答重傳機(jī)制；運(yùn)用CSMA—CA機(jī)制參加頻道存取，數(shù)據(jù)應(yīng)答重傳機(jī)制；解決與維護(hù)保證時(shí)槽機(jī)制；關(guān)聯(lián)和退出關(guān)聯(lián)功能；2.4.1MPDU數(shù)據(jù)單元解決MAC層負(fù)責(zé)分解接受到MPDU包，并對來自NWK層數(shù)據(jù)包進(jìn)行MPDU封裝。MAC層含數(shù)據(jù)幀、命令幀、信標(biāo)幀、應(yīng)答幀，幀格式及不同類型幀格式特點(diǎn)如下：表2-3MAC幀格式[1]字節(jié)：210/20/2/80/20/2/8長度可變2幀控制域（FCF）幀序列碼接受端設(shè)備網(wǎng)絡(luò)號(hào)接受端設(shè)備地址發(fā)送端設(shè)備網(wǎng)絡(luò)號(hào)發(fā)送端設(shè)備地址幀載荷FCS地址域偵頭MAC負(fù)荷幀尾通用MAC幀（MPDU）格式如表2-3所示，涉及幀頭（MHR）、MAC幀載荷域及幀尾三某些構(gòu)成。幀頭由幀控制域、序列號(hào)、地址域構(gòu)成。MAC幀載荷域即為MAC層有效數(shù)據(jù)單元。幀尾為幀頭和MAC幀負(fù)荷域16位CRC校驗(yàn)序列FCS）。表2-4幀控制域（FCF）格式[1]Bits：0~234567~910~1112~1314~15幀類型安全使能幀待決祈求確認(rèn)PAN保存目地址保存源地址注：1、幀類型：信標(biāo)幀、數(shù)據(jù)幀、ACK幀、命令幀；2、幀待決：定義發(fā)送端與否尚有數(shù)據(jù)給接受端；3、祈求確認(rèn)：定義與否規(guī)定接受端應(yīng)答（反饋ACK）；4、PAN：定義與否省略發(fā)送端設(shè)備網(wǎng)絡(luò)號(hào)（PANID）；5、目地址和源地址有三種模式：不含地址、16位網(wǎng)絡(luò)地址、64位IEEE地址；6、幀序號(hào)為該幀在源設(shè)備中幀標(biāo)記符，每個(gè)設(shè)備均有自己幀序列號(hào)發(fā)生器，序列號(hào)采用循環(huán)計(jì)數(shù)方式，范疇值為0-0xFF；7、地址域涉及接受端設(shè)備網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備地址，發(fā)送端設(shè)備網(wǎng)絡(luò)號(hào)和設(shè)備地址。MAC層幀頭接受端設(shè)備和發(fā)送端設(shè)備屬于單跳關(guān)系。8、四種MAC幀格式闡明：MAC幀含數(shù)據(jù)幀、信標(biāo)幀、ACK幀、命令幀四種幀類型。數(shù)據(jù)幀幀數(shù)據(jù)單元相應(yīng)于NWK層幀NPDU（NWKProtocaldataunit），信標(biāo)幀、ACK幀、命令幀均由MAC層解決或構(gòu)造。信號(hào)幀：具備父節(jié)點(diǎn)功能節(jié)點(diǎn)通過發(fā)送信標(biāo)幀，告知自己有關(guān)信息，如與否容許新節(jié)點(diǎn)加入。ACK幀：只含幀頭中幀控制域和序列號(hào)域，及幀尾FCS校驗(yàn)碼域，由接受方反饋給發(fā)送方，告知某條幀對的接受。命令幀：MAC層命令幀，其負(fù)荷域由命令I(lǐng)D和詳細(xì)命令參數(shù)構(gòu)成。IEEE802.15.4定義了MAC層以及物理層通信數(shù)據(jù)格式，如表2-5，其中，物理層數(shù)據(jù)格式是在MAC層數(shù)據(jù)格式前加上物理頭以及同步頭兩某些。表2-5IEEE802.15.4定義通信數(shù)據(jù)格式[1]物理層（PHY）MAC層同步頭（SHR）物理頭MAC合同數(shù)據(jù)單元（MPDU）前同步碼：4bSFD：1b幀長：1b物理層服務(wù)數(shù)據(jù)單元（PSDU）物理層合同數(shù)據(jù)單元（PPDU）2.4.2MAC層數(shù)據(jù)傳播重傳機(jī)制分別實(shí)現(xiàn)了信道共享及數(shù)據(jù)幀可靠傳播。1）、CSMA-CA傳播機(jī)制基于IEEE802.15.4原則，MAC子層發(fā)送數(shù)據(jù)幀和命令幀須使用CSMA-CA機(jī)制訪問信道，以減少由于幀發(fā)送沖突而帶來不必要能量損耗。CSMA-CA以涉及載波檢測機(jī)制和隨機(jī)退避規(guī)則，即等待一段隨機(jī)時(shí)間，隨后通過檢測物理信道能量來判斷當(dāng)前信道與否空閑，若當(dāng)前信道空閑，則占用信道并及時(shí)發(fā)送幀，否則，再次重復(fù)上述過程。CSMA/CA通信方式將時(shí)間域劃分與幀格式緊密聯(lián)系起來，保證某一時(shí)刻只有一種站點(diǎn)發(fā)送，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)集中控制。CSMA/CA采用了三種檢測信道空閑方式：能量檢測（ED）、載波檢測（CS）和能量載波混臺(tái)檢測。能量檢測（ED）：接受端對接受到信號(hào)進(jìn)行能量大小判斷，當(dāng)功率大 于某一擬定值時(shí)，表達(dá)有顧客在占用信道，否則信道為空。載波檢測（CS）：接受端將接受到信號(hào)與本機(jī)偽隨機(jī)碼（PN碼）進(jìn)行 運(yùn)算比較，如果其值超過某一極限時(shí)，表達(dá)有顧客在占用信道，否則以為信道 為空。MAC層使用CSMA-CA（CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionavoidance）機(jī)制和應(yīng)答能量載波檢測：它是能量檢測和載波檢測兩種工作方式結(jié)合。2）、應(yīng)答重傳機(jī)制為了保證傳播可靠性，IEEE802.15.4原則在MAC層使用了幀應(yīng)答重傳機(jī)制。發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)幀或命令幀時(shí)，可以通過置位幀控制域Ackrequest子域，實(shí)現(xiàn)MAC層幀應(yīng)答重傳。當(dāng)Ackrequest子域?yàn)?時(shí)，不需要接受端反饋ACK幀，發(fā)送端默認(rèn)接受端對的收到數(shù)據(jù)幀，通訊流程如下圖所示。圖2-3無應(yīng)答成功數(shù)據(jù)傳播[1]當(dāng)Ackrequest子域?yàn)?時(shí)，發(fā)送端將幀發(fā)送出去后，啟動(dòng)定期器，等待接受來自接受端應(yīng)答幀（ACK幀）。接受端接受到該幀后，及時(shí)向發(fā)送端反饋應(yīng)答幀，并將該接受幀傳給上層。若發(fā)送端在定期器超時(shí)之前接受到該應(yīng)答幀，確認(rèn)其序列號(hào)與原幀相似后，停止該定期器計(jì)數(shù)，并向上層反饋一成功確認(rèn)，否則，若發(fā)送端沒有在有效時(shí)間內(nèi)接受到對的ACK幀，可嘗試最多aMaxFrameRetries次重傳，若都以失敗告終，則以為本次通訊失敗，并向上層發(fā)送失敗確認(rèn)。成功有應(yīng)答數(shù)據(jù)傳播如下圖所示。圖2-4有應(yīng)答成功數(shù)據(jù)傳播[1]2、MAC層各種掃描MAC層向上層提供了三種掃描：a、ED（EnergyDetect）掃描：用于PAN建立前選取適當(dāng)信道信道；b、Active掃描：用于獲取物理通訊范疇內(nèi)所有父節(jié)點(diǎn)信標(biāo)幀信道；c、orphan掃描：用于與父節(jié)點(diǎn)失去聯(lián)系節(jié)點(diǎn)重新建立關(guān)聯(lián)；1）、ED掃描ED信道掃描，即對目的信道中接受信號(hào)功率強(qiáng)度測量，以得出指定信道現(xiàn)存網(wǎng)絡(luò)活躍限度。NWK層使用MLME-SCAN.request原語向MAC層發(fā)起掃描祈求，MAC層接受到該原語，并確認(rèn)其掃描類型為ED掃描后，依照原語所提供phyChannelssupported這一通道列表屬性值，對所有指定通道進(jìn)行逐個(gè)掃描。每個(gè)信道掃描過程是先設(shè)立信道號(hào)，然后對該信道進(jìn)行多次ED測試，直到耗盡最長時(shí)間aBasesuperframeDuration*（Zn+l）（n是MLM-SCAN.request原語中Scanduration），然后將本次所有測試最大ED值記錄下來，作為該信道ED測量值。如此，一種信道測量完畢，隨后切換到下一信道進(jìn)行新一輪ED測試。待phyChannelssupported中所有信道所有測試完畢，MAC層向上層反饋一MLME-SCAN.eonfirm原語，告知本次ED掃描狀態(tài)成果。、Active掃描Active信道掃描使得設(shè)備獲取在其物理通訊范疇內(nèi)所有潛在父節(jié)點(diǎn) 信標(biāo)幀。重要用于起動(dòng)網(wǎng)絡(luò)時(shí)避免PANID沖突，及設(shè)備加入網(wǎng)絡(luò)選取一最 佳父節(jié)點(diǎn)加入。Active信道掃描過程，即節(jié)點(diǎn)向外發(fā)送一信標(biāo)祈求（beaeonrequest）命令幀，周邊所有具備父節(jié)點(diǎn)功能節(jié)點(diǎn)聽到該命令幀后，各自組建一信標(biāo)幀反饋給該節(jié)點(diǎn)，該節(jié)點(diǎn)等待最多aBasesuperframeDuration*（Zn+1）時(shí)間，（n為ScanDuration）在這段等待時(shí)間內(nèi)，設(shè)備只解決信標(biāo)幀，且將 信標(biāo)幀上有關(guān)信息記錄到網(wǎng)絡(luò)描述符列表中（PANDescriptorList）中，同步還寫入鄰接表中。、orphan掃描當(dāng)節(jié)點(diǎn)與自己父節(jié)點(diǎn)失去聯(lián)系，它就需要使用orphan掃描嘗試重新建立與原關(guān)聯(lián)父節(jié)點(diǎn)聯(lián)系。在orphan掃描期間，該節(jié)點(diǎn)MAC層只解決 接受到Coordinatorrealignment命令幀。orphan信道掃描過程，節(jié)點(diǎn)一方面發(fā)送orphannotification命令幀，只有原父節(jié)點(diǎn)聽到該幀后才會(huì)反饋coordinatorrealignment命令幀，這一過程只容許在aResponsewaitTime時(shí)間內(nèi)完畢。普通狀況下，若orphan掃描沒有成功，則該設(shè)備可重新嘗試orphan掃描或是尋找新父節(jié)點(diǎn)加入。2.5Zigbee網(wǎng)絡(luò)層 網(wǎng)絡(luò)層（NWK）位于媒體訪問控制層（MAC）和應(yīng)用層（APL）之間，主 要功能如下： a、網(wǎng)絡(luò)層合同數(shù)據(jù)單元（NPDU）解決； b、信息路由； c、組網(wǎng)管理；2.5.1 NPDU數(shù)據(jù)單元解決 NWK幀分為數(shù)據(jù)幀和命令幀。通用幀類型格式 NWK幀由幀頭和幀負(fù)荷兩某些構(gòu)成。幀頭涉及幀控制域和路由信息域，其 中路由信息域含目的端設(shè)備地址，源端設(shè)備地址，路由半徑及序列號(hào)四某些。 NWK幀幀負(fù)荷域長度可變，內(nèi)容和長度取決于幀類型。格式如下圖：表2-6通用NWK幀格式[5]字節(jié)：22211長度可變幀控制域目的端設(shè)備地址源端設(shè)備地址路由半徑序列號(hào)幀數(shù)據(jù)單元路由信息域NWK頭NWK負(fù)荷闡明：a、幀頭幀控制域含：幀類型，合同版本，途徑搜索及安全位四個(gè)子域。幀類型子域：定義了數(shù)據(jù)幀和NWK命令幀；合同版本子域：標(biāo)記該合同版本號(hào)；途徑搜索子域：用于決定與否使用路由搜索這一功能；表2-7NWK幀控制域格式[5]位：0-12-56-78910-15幀類型合同版本途徑搜索保存加密保存b、幀頭中路由信息域：含目的地址、源地址、路由半徑和序列號(hào)；c、目的端設(shè)備地址：指該幀最后目的接受端設(shè)備網(wǎng)絡(luò)地址；d、源端設(shè)備地址：指該幀最初發(fā)起方發(fā)送端設(shè)備網(wǎng)絡(luò)地址。e、路由半徑域：指出該幀最大傳播半徑覆蓋范疇，每被設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)一次，該值就減1，當(dāng)值為0時(shí)，該幀不再被轉(zhuǎn)發(fā)。f、序列號(hào)域：設(shè)備NWK層所定義幀序列號(hào)，類似于MAC層幀序列號(hào)，和目的端設(shè)備地址及源端設(shè)備地址一起，用于辨認(rèn)該幀。2、獨(dú)立幀類型格式NWK幀涉及數(shù)據(jù)幀和命令幀。數(shù)據(jù)幀：其NWK負(fù)荷域相應(yīng)于APS層APDU。命令幀：其NWK負(fù)荷域第一種字節(jié)為NWK命令標(biāo)記符，其后為長度可變NWK命令負(fù)荷。表2-8不同類型NWK幀格式特點(diǎn)[5]NWK幀頭NWK幀負(fù)荷幀類型2字節(jié)6字節(jié)長度可變數(shù)據(jù)幀幀控制域路由信息域數(shù)據(jù)載荷（APDU）NWK命令幀NWK命令標(biāo)記符NWK命令負(fù)荷NWK命令幀當(dāng)前涉及途徑祈求、途徑應(yīng)答、途徑錯(cuò)誤和離開網(wǎng)絡(luò)四種命令類型。表2-9NWK命令幀[5]命令幀標(biāo)記符命令幀0x01途徑祈求0x02途徑應(yīng)答0x03途徑錯(cuò)誤0x04離開網(wǎng)絡(luò)0x00,0x05--0xFF保存2.5.2組網(wǎng)管理組網(wǎng)管理所涉及到NWK層功能如下：a、PAN協(xié)調(diào)器（PANCoordinator）負(fù)責(zé)建立網(wǎng)絡(luò)；b、PAN協(xié)調(diào)器和路由器需容許設(shè)備加入和離開網(wǎng)絡(luò)；c、PAN協(xié)調(diào)器和路由器負(fù)責(zé)邏輯網(wǎng)絡(luò)地址分派及鄰接表維護(hù)；d、網(wǎng)絡(luò)中所有設(shè)備，都需具備申請加入網(wǎng)絡(luò)和離開網(wǎng)絡(luò)功能。ZigBee網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)設(shè)備擁有兩個(gè)地址：一種是64位IEEE物理地址，另一種是所在PAN里獨(dú)有16位網(wǎng)絡(luò)地址，也稱短地址（Shortaddress）。網(wǎng)絡(luò)地址是在節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)時(shí)，由其父節(jié)點(diǎn)分派給它。網(wǎng)絡(luò)地址依照地址分派算法得出，當(dāng)前主流地址分派算法為分布式地址分派機(jī)制（Distributedaddressassignmentmeehanism），地址間關(guān)系映射出樹狀網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間從屬關(guān)系。分布式地址分派機(jī)制，重要基于nwkMaxDepth、nwkMaxehildren及nwkMaxRouters三個(gè)參數(shù)，如下表所示：表2-10地址分派算法參數(shù)表[5]參數(shù)名稱簡稱描述nwkMaxDepthLm網(wǎng)絡(luò)最大深度nwkMaxehildrenCm表達(dá)一種父節(jié)點(diǎn)最大子節(jié)點(diǎn)數(shù)，涉及路由或終端子節(jié)點(diǎn)nwkMaxRoutersRm父節(jié)點(diǎn)容許路由子節(jié)點(diǎn)最大個(gè)數(shù)由這三個(gè)參數(shù)，結(jié)合式2.1，得出每層潛在父節(jié)點(diǎn)（ZR）地址偏移值Cskip（d），d表達(dá)深度，Cskip(d)表達(dá)d+l層潛在父節(jié)點(diǎn)間地址偏移量，也就是潛在父節(jié)點(diǎn)所能擁有地址塊尺寸大小。Cskip（d）=1+Cm*（Lm-d-1） 若Rm=1Cskip（d）=(1+Cm-Rm-Cm*Rm^(Lm-d-1))/(1-Rm) 若Rm！=1……(2.1)式一種深度為d父節(jié)點(diǎn)給它子節(jié)點(diǎn)分派地址，其第一種子節(jié)點(diǎn)地址為父節(jié)點(diǎn)地址加1，地址塊前面某些分派給路由ZR（ZigbeeRouter）子節(jié)點(diǎn)，背面某些分派給終端ZE（ZigbeeEndDevice）子節(jié)點(diǎn)，其子節(jié)點(diǎn)地址詳細(xì)計(jì)算公式如式2.2所示：An= Aparent+Cskip（d）*(n-1)+1，1=<n=<Rm,RouterAn= Aparent+Cskip(d)*Rm+n，1=<n=<(Cm-Rm),EndDevlce…2.2An表達(dá)子節(jié)點(diǎn)地址，Aparent表達(dá)父節(jié)點(diǎn)地址，表達(dá)父節(jié)點(diǎn)深度，范疇值為0=<d=<Lm.2.5.3Zigbee路由算法Zigbee原則提供了星狀網(wǎng)絡(luò)、樹狀網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)三種拓?fù)錁?gòu)造。星狀網(wǎng)絡(luò)路由機(jī)制：只存在終端設(shè)備ZE與協(xié)調(diào)器ZC之間通訊。終端設(shè)備間消息傳送需要通過PAN協(xié)調(diào)器進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。樹狀網(wǎng)絡(luò)路由機(jī)制：節(jié)點(diǎn)在轉(zhuǎn)發(fā)消息時(shí)，通過計(jì)算與目的端設(shè)備之間地址關(guān)系，從而決定向自己父節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)，還是向自己某一子節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)。網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)路由機(jī)制：需要通過路由發(fā)現(xiàn)，擬定最佳途徑，由路由表記錄途徑信息，最后實(shí)現(xiàn)消息在網(wǎng)路中端到端傳播。該路由算法重要思想是按需路由和最短途徑開銷路由選取。第三章CC2430模塊硬件設(shè)計(jì)3.1Zigbee芯片描述當(dāng)前市場上有代表性Zigbee芯片有如下幾種：1、飛思卡爾：MC13191、MC13192和MC13193平臺(tái)其中MC13191相應(yīng)低成本應(yīng)用，通過飛思卡爾提供軟件，顧客可以組建簡樸星狀網(wǎng)絡(luò)；MC13192可以滿足顧客組織自己非原則網(wǎng)絡(luò)需求，飛思卡爾提供符合IEEE802.15.4MAC軟件，顧客基于此在上面建立自己復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)；而MC13193是ZigBee產(chǎn)品，提供IEEE802.15.4MAC軟件，再加上ZigBeeMAC軟件Zstack，顧客可以基于此建立起ZigBee網(wǎng)絡(luò)。Ember：EM250ZigBee系統(tǒng)晶片及EM260網(wǎng)絡(luò)解決器兩款晶片均嵌入了EmberEmberZNet─現(xiàn)時(shí)第二代ZigBee通訊協(xié)定，專為使用涉及網(wǎng)狀、星狀及群樹形等各種網(wǎng)絡(luò)形態(tài)而設(shè)自動(dòng)組網(wǎng)及自動(dòng)重構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)，并提供所有與ZigBee設(shè)定與原則有關(guān)優(yōu)勢可靠、安全、廣泛互用性，低成本，長電池壽命及整合網(wǎng)絡(luò)管理。就開發(fā)工具而言，Ember提供EmberInSightDevelopmentEnvironment。這是Eclipse-based綜合開發(fā)環(huán)境，讓開發(fā)人員就整個(gè)網(wǎng)絡(luò)為應(yīng)用作開發(fā)及除錯(cuò)。JennicJN5121、JN5139JennicJN5121、JN5139是單芯片ZigBee解決方案。單個(gè)芯片即可以構(gòu)成原則ZigBee終端產(chǎn)品，因而可以在很大限度上減少產(chǎn)品成本，并縮短新產(chǎn)品上市時(shí)間。Chipcon：SoC解決方案CC2430ChipconCC2430是一顆真正SoC單芯片解決方案，它可以提高性能并滿足以ZigBee為基本2.4GHzISM波段應(yīng)用對低成本和低功耗規(guī)定。它包括一種高性能2.4GHzDSSS（直接序列擴(kuò)頻）射頻收發(fā)器核心和一顆工業(yè)級小巧高效8051控制器。其中MCU涉及存儲(chǔ)器及外圍，其她模塊提供電源管理、時(shí)鐘分派和測試等重要功能。CC2430設(shè)計(jì)結(jié)合了8KBRAM及強(qiáng)大外圍模塊，并且有3種不同版本，依照不同閃存空間32KB、64KB和128KB來劃分，以得到復(fù)雜度與成本最優(yōu)化組合。CC2430尺寸只有7mm×7mm48-pin封裝，采用品有內(nèi)嵌閃存0.18μmCMOS原則技術(shù)。針對合同棧、網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用軟件執(zhí)行時(shí)對MCU解決能力規(guī)定，CC2430包括一種增強(qiáng)型工業(yè)原則8位8051微控制器內(nèi)核，運(yùn)營時(shí)鐘為32MHz。CC2430還包括一種DMA控制器，它可以被用于減輕8051微控制器內(nèi)核對數(shù)據(jù)搬移操作，因而提高了芯片整體性能。在CC2430內(nèi)有8K字節(jié)靜態(tài)RAM，其中4K字節(jié)是超低功耗SRAM。32K字節(jié)、64K字節(jié)或128K字節(jié)片內(nèi)Flash塊提供在電路可編程易失性存儲(chǔ)器。CC2430集成了4個(gè)振蕩器用于系統(tǒng)時(shí)鐘和定期操作。CC2430也集成了用于顧客自定義應(yīng)用外設(shè)。CC2430涉及四個(gè)定期器，此外，CC2430內(nèi)集成了實(shí)時(shí)時(shí)鐘、上電復(fù)位、8通道8位-12位ADC等其她外設(shè)。CC2430射頻和模仿某些實(shí)現(xiàn)了有關(guān)物理層操作。CC2430接受器是基于低-中頻構(gòu)造之上，從天線接受RF信號(hào)經(jīng)低噪聲放大器放大并經(jīng)下變頻變?yōu)?MHz中頻信號(hào)。中頻信號(hào)經(jīng) 濾波、放大，在通過AD轉(zhuǎn)換器變?yōu)閿?shù)字信號(hào)。自動(dòng)增益控制，信道過濾，解調(diào) 在數(shù)字域完畢以獲得高精準(zhǔn)度及空間運(yùn)用率。集成模仿通道濾波器可以使工作 2.4GHzISM波段不同系統(tǒng)良好共存。CC2430還具備強(qiáng)大完整開發(fā)環(huán)境（IDE）。這涉及全面開發(fā)工具，其中涉及CC2430硬件和大量C代碼庫，并且通過簡樸雙線串行口提供在線交互式調(diào)試。此外，像網(wǎng)絡(luò)配備、應(yīng)用Profile建立和系統(tǒng)調(diào)試這樣工具是使CC2430和Z-Stack結(jié)合額外要素。比較而言，TiCC2430片上系統(tǒng)集成了MCS51單片機(jī)SOC，容易上手，其價(jià)格也是非常有優(yōu)勢，特別是TI公司免費(fèi)提供了ZigBee合同?！癦-STACK”，給顧客進(jìn)行ZigBee應(yīng)用開發(fā)帶來了極大便利，因而，本方案選用CC2430進(jìn)行課題研究。3.2CC2430無線單片機(jī)簡介CC2430是TI-Chipcon公司推出用來實(shí)現(xiàn)嵌入式ZigBee應(yīng)用片上系統(tǒng)。它支持2.4GHzIEEE802.15.4/ZigBee合同。依照芯片內(nèi)置閃存不同容量，提供應(yīng)顧客3個(gè)版本，即CC2430-F32/64/128，分別相應(yīng)內(nèi)置閃存32/64/128KB。3.2.1CC2430芯片重要特點(diǎn)CC2430是一顆真正系統(tǒng)芯片（SoC）解決方案。這種解決方案可以提高性能并滿足以ZigBee為基本2.4GHzISM波段應(yīng)用對低成本，低功耗規(guī)定。它結(jié)合一種高性能2.4GHzDSSS（直接序列擴(kuò)頻）射頻收發(fā)器核心和一顆工業(yè)級小巧高效8051控制器。CC2430芯片延用了以往CC2420芯片架構(gòu)，在單個(gè)芯片上整合了ZigBee射頻（RF）前端、內(nèi)存和微控制器。它使用1個(gè)8位MCU（8051），具備128KB可編程閃存和8KBRAM，還包括模仿數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC）、幾種定期器（Timer）、AES128協(xié)同解決器、看門狗定期器（WatchDogTimer）、32kHz晶振休眠模式定期器、上電復(fù)位電路（PowerOnReset）、掉電檢測電路（BrownOutDetection），以及21個(gè)可編程I/O引腳。CC2430芯片采用0.18μmCMOS工藝生產(chǎn)，工作時(shí)電流損耗為27mA；在接受和發(fā)射模式下，電流損耗分別低于27mA或25mA。CC2430休眠模式和轉(zhuǎn)換到積極模式超短時(shí)間特性，特別適合那些規(guī)定電池壽命非常長應(yīng)用。CC2430芯片重要特點(diǎn)如下：高性能和低功耗805微控制器核；集成符合IEEE802.15.4原則2.4GHzRF無線電收發(fā)機(jī)；優(yōu)良無線接受敏捷度和強(qiáng)大抗干擾性；在休眠模式下僅0.9uA電流損耗，外部中斷或RTC能喚醒系統(tǒng)；在待機(jī)模式下低于0.6uA電流損耗，外部中斷能喚醒系統(tǒng)；硬件支持CSMA/CA功能；較寬電壓范疇（2.0~3.6V）；數(shù)字化RSSI/LQI支持和強(qiáng)大DMA功能；具備電池檢測和溫度感測功能；集成了14位摸/數(shù)轉(zhuǎn)換ADC；集成AES安全協(xié)解決器；帶有2個(gè)強(qiáng)大支持幾組合同USART，以及七個(gè)符合IEEE802.15.4規(guī)范MAC計(jì)時(shí)器、1個(gè)常規(guī)16位計(jì)時(shí)器和2個(gè)8位計(jì)時(shí)器；Zigbee/802.15.4全兼容硬件層、物理層；集成1個(gè)高精度定位跟蹤引擎；較少外圍電路；強(qiáng)大和靈活開發(fā)工具。圖3-1CC2430片上系統(tǒng)功能模塊構(gòu)造構(gòu)造圖注：1個(gè)符合802.15.4規(guī)范MAC定期器，1個(gè)常規(guī)16位計(jì)時(shí)器和2個(gè)8位定期器。支持硬件調(diào)試功能外設(shè)CSMA/CA硬件支持?jǐn)?shù)字化RSSI/LQI支持電池電壓檢測和溫度感測8路12位ADC辨別率可配備集成AES安全協(xié)解決器2個(gè)增強(qiáng)USARTS可支持幾組串行合同21I/O，其中2個(gè)具備20ma吸入電流/供電電流能力開發(fā)工具強(qiáng)大和靈活開發(fā)工具應(yīng)用領(lǐng)域2.4GHzIEEE802.15.4系統(tǒng)/Zigbee系統(tǒng)家具智能化工業(yè)控制和監(jiān)視低功率無線傳感器網(wǎng)絡(luò)PC外設(shè)/機(jī)頂盒及遙控，消費(fèi)電子3.2.2CC2430芯片引腳功能如下CC2430芯片頂視圖。其中，外露芯片安裝焊盤必要接到PCB接地層，芯片通過該處接地。圖3-2CC2430引腳頂視圖[8]注：CC2430芯片采用7mm×7mmQLP封裝，共有48個(gè)引腳。所有引腳可分為I/O端口線引腳、電源線引腳和控制線引腳三類。CC2430有21個(gè)可編程I/O口引腳，P0、P1口是完全8位口，P2口只有5個(gè)可使用位。通過軟件設(shè)定一組SFR寄存器位和字節(jié)，可使這些引腳作為普通I/O口或作為連接ADC、計(jì)時(shí)器或USART部件外圍設(shè)備I/O口使用。I/O口有下面核心特性：1）可設(shè)立為普通I/O口，也可設(shè)立為外圍I/O口使用。2）在輸入時(shí)有上拉和下拉能力。3）所有21個(gè)數(shù)字I/O口引腳都具備響應(yīng)外部中斷能力。如果需要外部設(shè)備，可對I/O口引腳產(chǎn)生中斷，同步外部中斷事件也能被用來喚醒休眠模式。電源線引腳重要作用是為I/O、模仿電路、RF電路、數(shù)字電路提供電壓?？刂凭€引腳提供復(fù)位、外部晶振、RF收發(fā)、外接偏置電阻等引腳，低電平有效。3.2.3CC2430芯片典型電路應(yīng)用圖3-3CC2430芯片典型硬件應(yīng)用電路[6]CC2430芯片需要很少外圍部件配合就能實(shí)現(xiàn)信號(hào)收發(fā)功能。如下圖為CC2430芯片一種典型硬件應(yīng)用電路。電路使用一種非平衡天線，連接非平衡變壓器可使天線性能更好。電路中非平衡變壓器由電容C341和電感L341、L321、L331以及一種PCB微波傳播線構(gòu)成，整個(gè)構(gòu)造滿足RF輸入/輸出匹配電阻（50?）規(guī)定。內(nèi)部T/R互換電路完畢LNA和PA之間互換。R221和R261為偏置電阻，電阻R221重要用來為32MHz晶振提供一、適當(dāng)工作電流。用1個(gè)32MHz石英諧振器（XTAL1）和2個(gè)電容（C191和C211）構(gòu)成一種32MHz晶振電路。用1個(gè)32.768kHz石英諧振器（XTAL2）和2個(gè)電容（C441和C431）構(gòu)成一種32.768kHz晶振電路。電壓調(diào)節(jié)器為所有規(guī)定1.8V電壓引腳和內(nèi)部電源供電，C241和C421電容是去耦合電容，用來電源濾波，以提高芯片工作穩(wěn)定性。3.3CC2430模塊硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)為了進(jìn)行有關(guān)研究，CC2430模塊是必須，為了減少應(yīng)用成本，決定自行設(shè)計(jì)無線模塊。TI提供了模塊參照設(shè)計(jì)，故可以作為參照。TI參照設(shè)計(jì)中模塊體積較大，對于實(shí)際應(yīng)用不太適當(dāng)，因此一方面目的是縮小模塊體積。此外其使用某些器件如32MHz3mm*2.5mm小體積貼片晶振在國內(nèi)很難買到，價(jià)格也較高，故換成5mm*6mm，體積略大但不會(huì)有太大影響，價(jià)格便宜也容易購買。表3-1CC2430模塊參照設(shè)計(jì)設(shè)備號(hào)闡明CC2430BALUN_REFDESCC2430Anaren不平衡變壓器參照設(shè)計(jì)CC2430DB_REFDESCC2430DB參照設(shè)計(jì)CC2430EM_REFDESCC2430EM參照設(shè)計(jì)CC2430EM_DISCRETE_REFDESCC2430EM離散參照設(shè)計(jì)3.3.1CC2430模塊電路圖圖3-4CC2430模塊電路原理圖3.3.2硬件方面設(shè)計(jì)硬件方案重要設(shè)計(jì)規(guī)定是低成本，為此充分運(yùn)用CC243012位A/D轉(zhuǎn)換器和可編程PWM通道，實(shí)現(xiàn)語音信號(hào)A/D和D/A轉(zhuǎn)換，從而無需外部語音Codec（編解碼器）器件，減少了成本，系統(tǒng)更加精簡。1、硬件總體構(gòu)架語音通信系統(tǒng)總體架構(gòu)為：以CC2430ZigBee單芯片為核心，運(yùn)用其8051單片機(jī)內(nèi)核ADC外設(shè)完畢對語音信號(hào)A/D轉(zhuǎn)換，運(yùn)用PWM功能構(gòu)成DAC完畢語音播放，數(shù)據(jù)收發(fā)則通過片內(nèi)RF前端完畢，外圍附加放大與濾波電路。為了實(shí)現(xiàn)語音通信，設(shè)計(jì)了語音通信測試平臺(tái)。3-5圖語音通信平臺(tái)各個(gè)某些重要功能：APR9600：通過話筒接受到語音，通過芯片解決得到模仿信號(hào)就發(fā)送給2430解決；從2430模塊接受到語音通過一系列解決就可以直接驅(qū)動(dòng)喇叭實(shí)現(xiàn)語音輸出。CC2430：發(fā)送語音時(shí)，完畢對模仿語音信號(hào)采集，將其轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，并打包成MAC數(shù)據(jù)幀，通過片內(nèi)射頻收發(fā)器發(fā)送出去。接受語音時(shí)，讀取射頻 收發(fā)器FIFO緩存語音數(shù)據(jù)，并由PWM通道輸出，以完畢語音播放。電源：由外部電源適配器提供+5V輸入，經(jīng)3.3VLDO降壓供應(yīng)CC2430，語音電路則由+3.3V降壓到3V供電。2、硬件電路設(shè)計(jì)①語音采集電路，一方面要選取語音采集芯片—APR9600，下圖為芯片APR9600管腳排列： 圖3-6芯片APR9600管腳排列注：表3-2管腳功能闡明管腳功能管腳功能1、M1第一段控制或持續(xù)錄放控制（低電平有效）15、SP-外接喇叭負(fù)端2、M2第一段控制或持續(xù)快進(jìn)控制（低電平有效）16、VCCA模仿電源正端3、M3第三段控制（低電平有效）17、MICIN話筒輸入端4、M4第四段控制（低電平有效）18、MICREF話筒輸入基精確5、M5第五段控制（低電平有效）19、AGC自動(dòng)增益控制端6、M6第六段控制（低電平有效）20、ANA-IN線路輸入端7、OSCR震蕩電阻21、ANA-OUT線路輸入端（話筒放大器輸出端）8、M7第七段控制及片溢出批示（低電平有效）22、STROBE工作期間閃爍批示燈輸出端（低電平有效）9、M8第八段控制（低電平有效）及操作模式選項(xiàng)23、CE復(fù)位、停止或啟動(dòng)鍵、停止鍵（高電平有效）10、BUSY忙信號(hào)輸出（工作時(shí)為0，平時(shí)為1）24、MSEL1模式設(shè)立端11、BE鍵聲選?。ò?為有鍵聲，0則無）25、MSEL2模式設(shè)立端12、VSSD數(shù)字電路電源地26、EXTCLK外接振蕩頻率端（用內(nèi)部時(shí)鐘接地）13、VSSA模仿電路電源地27、RE錄放選取端（0為錄音、1為放音）14、SP+外接喇叭正端28、VCCD數(shù)字電路正電源②APR9600芯片全功能使用圖3-7APR9600芯片全功能框圖圖3-8APR9600芯片全功能電路圖注：在APR9600芯片內(nèi)部，錄音時(shí)外部音頻信號(hào)可以通過話筒輸入和線路輸入方式進(jìn)入，話筒可采用普通駐極體話筒，在芯片內(nèi)話筒放大器（Pre-Amp）中自帶自動(dòng)增益調(diào)節(jié)（AGC），可由外接阻容件設(shè)定響應(yīng)速度和增益范疇。如果信號(hào)幅度在100mV左右即可直接進(jìn)入線路輸入端，音頻信號(hào)由內(nèi)部濾波器、采樣電路解決后以模仿量方式存入專用快閃存儲(chǔ)器FLASHRAM中。由于FLASHRAM是非易失器件，斷電等因素不會(huì)使存儲(chǔ)語音丟失。放音時(shí)芯片內(nèi)讀邏輯電路從FLASHRAM中取出信號(hào)，通過一種低通濾波器送到功率放大器中，然后直接推動(dòng)外部喇叭放音。3.4軟件設(shè)計(jì)3.4.1IAR開發(fā)環(huán)境簡介CC2430軟件開發(fā)環(huán)境是IAREmbeddedWorkbenchforMCS51評估版，版本為7.20H。IAREmbeddedWorkbench?是一套高度精密且使用以便嵌入式應(yīng)用編程開發(fā)工具。該集成開發(fā)環(huán)境中包括了IARC/C++編譯器，匯編工具，鏈接器，庫管理器，文本編輯器，工程管理器和C-SPY?調(diào)試器。通過其內(nèi)置針對不同芯片代碼優(yōu)化器，IAREmbeddedWorkbench?可覺得8051系列芯片生成非常高效和可靠FLASH/PROMable代碼。其重要特點(diǎn)有：1、模塊化、可擴(kuò)展集成開發(fā)環(huán)境a、創(chuàng)立和調(diào)試嵌入式應(yīng)用程序無縫集成開發(fā)環(huán)境b、強(qiáng)大工程管理器容許在同一工作區(qū)管理各種工程c、層次化工程表達(dá)辦法d、自適應(yīng)窗口和浮動(dòng)窗口管理e、現(xiàn)成頭文獻(xiàn)、芯片描述文獻(xiàn)以及鏈接器命令文獻(xiàn)，可以支持絕大多數(shù)芯片f、帶有針對不同8051評估板代碼和工程范例最先進(jìn)C-SPY調(diào)試器復(fù)雜代碼和數(shù)據(jù)斷點(diǎn)b、非常精細(xì)運(yùn)營控制尺度（函數(shù)調(diào)用級步進(jìn)）c、堆棧窗口監(jiān)測存儲(chǔ)器使用和堆棧完整性d、甚至在高度優(yōu)化前提下也完全支持堆棧展開e、代碼覆蓋率和Profiling性能分析工具f、帶表達(dá)式跟蹤功能，以查看代碼運(yùn)營歷史g、對寄存器、構(gòu)造、調(diào)用鏈、本地變量、全局變量和外圍接口寄存器進(jìn)行全面監(jiān)控高度優(yōu)化C/C++編譯器支持C和C++b、自帶MISRAC檢查器c、完全支持大多數(shù)典型型和擴(kuò)展型8051架構(gòu)d、針對特定目的嵌入式應(yīng)用程序語言擴(kuò)展e、通過專用運(yùn)營時(shí)庫模塊來支持硬件乘法器外設(shè)模塊IAR開發(fā)環(huán)境工作界面如下：3-9IAR軟件開發(fā)環(huán)境界面3.4.2ADC參數(shù)配備CC24308通道ADC支持7、9、10、12位辨別率，ADC時(shí)鐘由32位MHz系統(tǒng)時(shí)鐘8分頻得到。執(zhí)行一次ADC轉(zhuǎn)換所需時(shí)間取決于所選取抽取速率，轉(zhuǎn)換時(shí)間由下列公式給出：Tconv = （抽取速率 + 16）*0.25us抽取速率與辨別率關(guān)于系，關(guān)系如下表：表3-3ADC辨別率與轉(zhuǎn)換時(shí)間關(guān)系[8]ADC辨別率（位）抽取速率轉(zhuǎn)換時(shí)間（us）最大采樣率（KHz）764205091283627.8122566814.7145121327.6注：表中所列辨別率是針對差分輸入信號(hào)而言，由于電路設(shè)計(jì)里ADC是單端輸入，辨別率會(huì)損失1位。語音信號(hào)頻帶為300—3400Hz，與電話線路類似。當(dāng)數(shù)字化電話音質(zhì)音頻時(shí)，至少需要以6.8KHz采樣頻率8位辨別率進(jìn)行采樣，采樣頻率普通設(shè)為8KHz。故本系統(tǒng)使用12位/8KHz采樣，每次采樣時(shí)間是125μs。ADC初始化代碼如下：voidinitAdc（void）{ADC_ENABLE_CHANNEL（0）;//容許ADCAIN0作為輸入//設(shè)定ADC啟動(dòng)條件為‘11’ADCCON1.ST=1ADC_SAMPLE_SINGLE（）;//設(shè)立參照電壓為AVDD，抽樣率（12bit辨別率），設(shè)立ADC從channel0采樣ADC_SEQUENCE_SETUP（ADC_REF_AVDD|ADC_12_BIT|ADC_AIN0）;ADC_SINGLE_CONVERSION（0x00）;//單通道轉(zhuǎn)換，禁止其她通道轉(zhuǎn)換}3.4.3使用TI-MAC合同棧進(jìn)行語音傳播TI-MAC-1.2.1是支持IEEE802.15.4-原則MAC合同棧軟件，支持多平臺(tái)，便于顧客應(yīng)用開發(fā)，容易移植。源碼由TI公司免費(fèi)發(fā)布，使用TI-MAC無需繳版稅，可在TI官方網(wǎng)站下載。TI-MAC應(yīng)用特點(diǎn)涉及：適合無線點(diǎn)對點(diǎn)或點(diǎn)對多點(diǎn)應(yīng)用；需要一種原則化無線合同；有電池供電和/或電源供電節(jié)點(diǎn)；支持應(yīng)答和重發(fā)機(jī)制；低數(shù)據(jù)速率規(guī)定（約100Kbps有效數(shù)據(jù)速率）。使用TI-MAC可以無需考慮無線通訊合同等復(fù)雜解決，而在MAC層上進(jìn)行應(yīng)用程序開發(fā)，提高了開發(fā)效率。使用TI-MAC提供API函數(shù)，可以以便地完畢網(wǎng)絡(luò)建立、外設(shè)管理、數(shù)據(jù)收發(fā)等任務(wù)。普通網(wǎng)絡(luò)設(shè)備有兩種尋址方式，分別通過64位IEEE地址（擴(kuò)展地址）和16位網(wǎng)絡(luò)地址（短地址）來尋找網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。IEEE地址是設(shè)備唯一物理地址，而網(wǎng)絡(luò)地址則是在組網(wǎng)時(shí)隨機(jī)分派。因而要對特定設(shè)備通信，必要使用IEEE地址，但是為了減少傳播數(shù)據(jù)，也可采用16位網(wǎng)絡(luò)地址尋址。詳細(xì)過程是：RFD在加入網(wǎng)絡(luò)時(shí)，向網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器申請短地址，以獲取設(shè)備網(wǎng)絡(luò)地址，同步要將網(wǎng)絡(luò)地址與IEEE地址有關(guān)聯(lián)，后來就采用網(wǎng)絡(luò)地址通信。這某些工作也通過TI-MAC合同棧實(shí)現(xiàn)。為了實(shí)現(xiàn)語音實(shí)時(shí)通信，還要對TI-MAC某些參數(shù)進(jìn)行修改，例如減少幀