無線傳感網(wǎng)絡(luò)

1、無線傳感網(wǎng)絡(luò)無線傳感網(wǎng)絡(luò)目錄目錄 概述概述 課程要求課程要求 模塊介紹模塊介紹Contents概述概述 無線傳感網(wǎng)絡(luò) (傳感器+無線通信模塊) 分布式傳感器 檢測相關(guān)的環(huán)境變量（溫度，聲強(qiáng)，應(yīng)變力） 通過無線網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳輸至終端. 遠(yuǎn)程控制傳感器運(yùn)行. 課程要求課程要求 分組：2人一組 選題：10選一 完成實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)并撰寫報(bào)告模塊介紹模塊介紹IEEE 802.11BluetoothWi-Fi5529的時(shí)鐘的時(shí)鐘 MSPF5529時(shí)鐘系統(tǒng)包含時(shí)鐘系統(tǒng)包含5個(gè)時(shí)鐘源：個(gè)時(shí)鐘源：LFXT1 外部低頻振蕩源，32.768KHZ，可以用作FLL的參照源；XT2 外部高頻振蕩源，4MHZ；VLO （Inte

2、rnal very low）內(nèi)部低耗低頻振蕩源，典型為10KHZ，精度一般；REFO 內(nèi)部低頻參照源，32.768KHZ，常被用作鎖相環(huán)FLL的基準(zhǔn)頻率，精度很高，不使用時(shí)不消耗電源，其設(shè)置往往要參考LPM模式的的設(shè)置；DCO （Internal digitally-controlled）內(nèi)部數(shù)字控制振蕩源，一般通過FLL來設(shè)置；5529的時(shí)鐘的時(shí)鐘 通常使用通常使用3種時(shí)鐘信號，它們都來自于上述種時(shí)鐘信號，它們都來自于上述5個(gè)信號源：個(gè)信號源：ACLK （Auxiliary clock）輔助時(shí)鐘，其時(shí)鐘源可由軟件控制從XT1、REFOC、VLO、DCO、DCOCLKDIV、XT2里面選取。其

3、中DCOCLKDIV是由DCO經(jīng)1、2、4、8、16或者32分頻得到。注意，ACLK同樣可以再次被1、2、4、8、16或者32分頻。MCLK （Master clock）主時(shí)鐘，其特性與ACLK一模一樣。SMCLK （Subsystem master clock）子系統(tǒng)時(shí)鐘，其特性與ACLK一模一樣。UCS的操作說明的操作說明 開機(jī)上電時(shí)默認(rèn)的時(shí)鐘情況為：開機(jī)上電時(shí)默認(rèn)的時(shí)鐘情況為： ACLK：XT1（無效時(shí)，低頻模式切換為REFO，其他情況切換為DCO） MCLK：DCOCLKDIV SMCLK：DCOCLKDIV 此外，此外，F(xiàn)LL的參照源默認(rèn)XT1； 如果連接XT1和XT2的引腳不進(jìn)行P

4、XSEL的設(shè)置，那么這兩個(gè)時(shí)鐘源都是無效的； REFOCLK、VLOCLK、DCOCLK默認(rèn)狀態(tài)下是可用的； 系統(tǒng)穩(wěn)定后，系統(tǒng)穩(wěn)定后，DCOCLK默認(rèn)為默認(rèn)為2.097152MHZ，F(xiàn)LL默認(rèn)默認(rèn)2分頻，則分頻，則MCLK和和SMCLK的頻率都為的頻率都為1.048576MHZ。USC的操作說明的操作說明關(guān)于操作說明的簡單總結(jié)：關(guān)于操作說明的簡單總結(jié)：VLO的選擇是最簡單的，不需要顧及其它情況；REFO的選用，需要參考不同的工作模式，有多種限制；XT1和XT2特點(diǎn)相同。使用的時(shí)候，不僅要配置與其相連的引腳，還要配置電容，還要注意其本身工作在低頻還是高頻模式。而且，在不同工作模式下也有不同的要求

5、；DCO作為數(shù)控振蕩器，其頻率的調(diào)節(jié)不僅可以通過自身設(shè)定，也可以通過FLL鎖相環(huán)設(shè)定；USC的操作說明的操作說明FLL鎖相環(huán)，是變換頻率的靈活選擇。它既可以設(shè)置基準(zhǔn)頻率，也可以選擇分頻數(shù)，還可以被直接關(guān)閉來實(shí)現(xiàn)降低功耗等目的；UCS系統(tǒng)帶有時(shí)鐘信號錯(cuò)誤保護(hù)機(jī)制；對有嚴(yán)格時(shí)序要求的地方，要選擇精度高的時(shí)鐘源，并且做好FLL和DCO部分的調(diào)制設(shè)置；不同模式下（有些時(shí)鐘源是禁止的）的時(shí)鐘控制圖：（只需用到的時(shí)候注意一下即可，查表）時(shí)鐘系統(tǒng)框圖時(shí)鐘系統(tǒng)框圖時(shí)鐘寄存器配置時(shí)鐘寄存器配置時(shí)鐘控制寄存器時(shí)鐘控制寄存器功能功能UCSCTL0設(shè)置DCO和MOD的值，通過數(shù)控振蕩器產(chǎn)生DCOUCSCTL1DCO頻

6、率范圍選擇UCSCTL2設(shè)置DCO的倍頻系數(shù)（FLLN）和分頻系數(shù)（FLLD）UCSCTL3鎖相環(huán)（FLL）參考電壓選擇及分頻系數(shù)UCSCTL4MCLK、SMCLK、ACLK時(shí)鐘源選擇UCSCTL5各時(shí)鐘信號分頻系數(shù)選擇UCSCTL6XT1、XT2配置及匹配電容選擇UCSCTL7時(shí)鐘系統(tǒng)的震蕩失效標(biāo)記位設(shè)置UCSCTL8各時(shí)鐘信號是否啟用設(shè)置（默認(rèn)啟用）UCSCTL9高頻振蕩器震蕩電壓選擇例程例程void INIT_UCS (void)volatile unsigned int i;SetVcoreUp (0 x01);SetVcoreUp (0 x02); SetVcoreUp (0 x03

7、); /核心電壓設(shè)置UCSCTL3 = SELREF_2; / DCO鎖相環(huán)參考電壓設(shè)置為REFOUCSCTL4 |= SELA_2; / 設(shè)置 ACLK = REFO_bis_SR_register(SCG0); / 禁止FLL頻率回路UCSCTL0 = 0 x0000; / 設(shè)置最低的DCOx, MODxUCSCTL1 = DCORSEL_7; / 將DCO操作范圍設(shè)置為50MUCSCTL2 = FLLD_0 + 762; / 將DCO倍頻至25MHz_bic_SR_register(SCG0); /使能FLL倍頻會錄例程例程 _delay_cycles(782000);/ 32 x 32

8、 x 25 MHz / 32,768 Hz 780k 主時(shí)鐘周期等待DCO啟動(dòng)， n x 32 x 32 x f_MCLK / f_FLL。 do UCSCTL7 &= (XT2OFFG + XT1LFOFFG + DCOFFG); / 清除 XT2,XT1,DCO 錯(cuò)誤標(biāo)記 SFRIFG1 &= OFIFG; / 清除震蕩失效位 while (SFRIFG1&OFIFG);/檢測是否有震蕩失效發(fā)生5529的的ADC 概述：AD部分主要配置ADC12模塊的時(shí)鐘、參考源、采樣通道、采樣模式、存儲和采樣保持時(shí)間。5529的的ADC 5529的采樣值轉(zhuǎn)換公式 Vin為采樣輸入

9、電壓 Vr-為負(fù)參考電壓，一般為地 Vr+為正參考電壓，一般為3.3V，2.5V，1.5VADC12采樣模式采樣模式 單通道重復(fù)采樣單通道重復(fù)采樣ADC12的中斷的中斷 ADC12的寄存器的寄存器ADC12的寄存器的寄存器各寄存器功能各寄存器功能ADC12CLT0ADC12的基礎(chǔ)設(shè)置ADC12CLT1ADC12的基礎(chǔ)設(shè)置ADC12CLT2ADC12的基礎(chǔ)設(shè)置ADC12IFGADC12的中斷標(biāo)記位寄存器ADC12IEADC12的中斷使能控制ADC12IVADC12的中斷向量存儲寄存器ADC12MEM0-15存儲ADC轉(zhuǎn)換結(jié)果，不同的采樣通道轉(zhuǎn)換到不同的寄存器中ADC12MCTL0-15ADC12

10、存儲控制寄存器例程例程void ADC_INIT (void) /ADC初始化函數(shù)初始化函數(shù) P6SEL |= 0 x02; / 將P6.1選擇為AD模式 ADC12CTL0 = ADC12ON+ADC12SHT0_8+ADC12MSC; /64個(gè)采樣周期，重復(fù)采樣 ADC12CTL1 = ADC12CSTARTADD_1+ADC12SHP+ADC12CONSEQ_2; / 采樣轉(zhuǎn)換起始地址為A1，使用采樣定時(shí)器作為采樣觸發(fā)，采用ADCOSC內(nèi)部5M的時(shí)鐘 ADC12MCTL1 = ADC12INCH_1; ADC12IE = 0 x02; / Enable ADC12IFG.0 ADC12C

11、TL0 |= ADC12ENC; / Enable conversions ADC12CTL0 |= ADC12SC; / Start conversion通信協(xié)議通信協(xié)議 IIC通信（SCL，SDA）陀螺儀，三軸加速度計(jì)等； SPI通信（CS，SCK，MOSI，MISO）433M，RFID，ZigBee等； UART通信（TXD，RXD）WiFi，藍(lán)牙，GPRS等；UART通信通信 UART是一種通用串行數(shù)據(jù)總線，用于異步通信。該總線雙向通信，可以實(shí)現(xiàn)全雙工傳輸和接收UART通信通信 UART作為異步串口通信協(xié)議的一種，工作原理是將傳輸數(shù)據(jù)的每個(gè)字符一位接一位地傳輸。 其中各位的意義如下：

12、起始位：先發(fā)出一個(gè)邏輯”0”的信號，表示傳輸字符的開始。 數(shù)據(jù)位：緊接著起始位之后。資料位的個(gè)數(shù)可以是4、5、6、7、8等，構(gòu)成一個(gè)字符。通常采用ASCII碼。從最低位開始傳送，靠時(shí)鐘定位。 奇偶校驗(yàn)位：資料位加上這一位后，使得“1”的位數(shù)應(yīng)為偶數(shù)(偶校驗(yàn))或奇數(shù)(奇校驗(yàn))，以此來校驗(yàn)資料傳送的正確性。UART通信通信 停止位：它是一個(gè)字符數(shù)據(jù)的結(jié)束標(biāo)志。可以是1位、1.5位、2位的高電平。 空閑位：處于邏輯“1”狀態(tài)，表示當(dāng)前線路上沒有資料傳送。 波特率：是衡量資料傳送速率的指標(biāo)。表示每秒鐘傳送的符號數(shù)（symbol）。一個(gè)符號代表的信息量（比特?cái)?shù)）與符號的階數(shù)有關(guān)。例如資料傳送速率為120

13、字符/秒，傳輸使用256階符號，每個(gè)符號代表8bit，則波特率就是120baud，比特率是120*8=960bit/s。UART通信通信 UART通信通信 5529采用硬件UART，通過對UART的寄存器進(jìn)行配置來實(shí)現(xiàn)相對應(yīng)的功能。因?yàn)?529硬件包含多種通信協(xié)議，所以應(yīng)先把UCMODEx選擇為UART模式。UART初始化例程初始化例程 void UCA0_UART_Init(void) P3SEL |= BIT4 | BIT3; / P3.4,5 = USCI_A1 TXD/RXDUCA0CTL1 |= UCSWRST; / 使能USCI通信模塊工作在復(fù)位狀態(tài)UCA0CTL1 |= UCSS

14、EL_SMCLK; / SMCLK作為時(shí)鐘源，調(diào)整為25M.以便計(jì)算正確的波特率UCA0CTL0 &=0XFF; /選擇UART模式。/此寄存器也用于選擇數(shù)據(jù)格式。8bit，1stop，0dd 校驗(yàn)。校驗(yàn)關(guān)閉UCA0BR0 = 217; / 8位寄存器，25000000/115200=217UCA0BR1 = 0;UCA0MCTL |= UCBRS_1 | UCBRF_0;/波特率發(fā)生器分頻系數(shù) UCA0CTL1 &= UCSWRST; / 關(guān)閉軟件復(fù)位，打開總開關(guān)UART發(fā)送例程發(fā)送例程int Uart0Sends(unsigned char *str)while(*str!

15、=0)while (!(UCA0IFG&UCTXIFG); / 檢測UCA0TXBUF是否為空UCA0TXBUF=*str;while ( (UCA0STAT&0X01) = 1); /狀態(tài)檢測，等待忙碌標(biāo)識為空str+;return 0;IIC通信通信 I2C(InterIntegrated Circuit)總線是一種由PHILIPS公司開發(fā)的兩線式串行總線，用于連接微控制器及其外圍設(shè)備。I2C總線產(chǎn)生于在80年代，最初為音頻和視頻設(shè)備開發(fā)，如今主要在服務(wù)器管理中使用，其中包括單個(gè)組件狀態(tài)的通信。例如管理員可對各個(gè)組件進(jìn)行查詢，以管理系統(tǒng)的配置或掌握組件的功能狀態(tài)，如電源和系

16、統(tǒng)風(fēng)扇?？呻S時(shí)監(jiān)控內(nèi)存、硬盤、網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)溫度等多個(gè)參數(shù)，增加了系統(tǒng)的安全性，方便了管理。 IIC通信通信 I2C總線最主要的優(yōu)點(diǎn)是其簡單性和有效性。由于接口直接在組件之上，因此I2C總線占用的空間非常小，減少了電路板的空間和芯片管腳的數(shù)量，降低了互聯(lián)成本?？偩€的長度可高達(dá)25英尺，并且能夠以10Kbps的最大傳輸速率支持40個(gè)組件。I2C總線的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，它支持多主控(multimastering)， 其中任何能夠進(jìn)行發(fā)送和接收的設(shè)備都可以成為主總線。一個(gè)主控能夠控制信號的傳輸和時(shí)鐘頻率。當(dāng)然，在任何時(shí)間點(diǎn)上只能有一個(gè)主控。IIC通信通信 I2C串行總線一般有兩根信號線，一根是雙向的數(shù)據(jù)線S

17、DA，另一根是時(shí)鐘線SCL。所有接到I2C總線設(shè)備上的串行數(shù)據(jù)SDA都接到總線的SDA上，各設(shè)備的時(shí)鐘線SCL接到總線的SCL上。IIC通信通信 I2C總線在傳送數(shù)據(jù)過程中共有三種類型信號， 它們分別是：開始信號、結(jié)束信號和應(yīng)答信號。 開始信號：SCL為高電平時(shí)，SDA由高電平向低電平跳變，開始傳送數(shù)據(jù)。 結(jié)束信號：SCL為高電平時(shí)，SDA由低電平向高電平跳變，結(jié)束傳送數(shù)據(jù)。 應(yīng)答信號：接收數(shù)據(jù)的IC在接收到8bit數(shù)據(jù)后，向發(fā)送數(shù)據(jù)的IC發(fā)出特定的低電平脈沖，表示已收到數(shù)據(jù)。CPU向受控單元發(fā)出一個(gè)信號后，等待受控單元發(fā)出一個(gè)應(yīng)答信號，CPU接收到應(yīng)答信號后，根據(jù)實(shí)際情況作出是否繼續(xù)傳遞信號

18、的判斷。若未收到應(yīng)答信號，由判斷為受控單元出現(xiàn)故障。IIC通信通信 在I2C總線通信的過程中，參與通信的雙方互相之間所傳輸?shù)男畔⒎N類歸納如下。主控器向被控器發(fā)送的信息種類有：啟動(dòng)信號、停止信號、7位地址碼、讀寫控制位、10位地址碼、數(shù)據(jù)字節(jié)、重啟動(dòng)信號、應(yīng)答信號、時(shí)鐘脈沖。被控器向主控器發(fā)送的信息種類有：應(yīng)答信號、數(shù)據(jù)字節(jié)、時(shí)鐘低電平。IIC通信信號通信信號 下面對I2C總線通信過程中出現(xiàn)的幾種信號狀態(tài)和時(shí)序進(jìn)行分析?？偩€空閑狀態(tài)。I2C總線總線的SDA和SCL兩條信號線同時(shí)處于高電平時(shí)，規(guī)定為總線的空閑狀態(tài)。此時(shí)各個(gè)器件的輸出級場效應(yīng)管均處在截止?fàn)顟B(tài)，即釋放總線，由兩條信號線各自的上拉電阻把

19、電平拉高。IIC通信信號通信信號 啟動(dòng)信號。在時(shí)鐘線SCL保持高電平期間，數(shù)據(jù)線SDA上的電平被拉低（即負(fù)跳變），定義為I2C總線總線的啟動(dòng)信號，它標(biāo)志著一次數(shù)據(jù)傳輸?shù)拈_始。 啟動(dòng)信號是一種電平跳變時(shí)序信號，而不是一個(gè)電平信號。啟動(dòng)信號是由主控器主動(dòng)建立的，在建立該信號之前I2C總線必須處于空閑狀態(tài)，如圖所示IIC通信信號通信信號 IIC通信信號通信信號 停止信號。在時(shí)鐘線SCL保持高電平期間，數(shù)據(jù)線SDA被釋放，使得SDA返回高電平（即正跳變），稱為I2C總線的停止信號，它標(biāo)志著一次數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕K止。停止信號也是一種電平跳變時(shí)序信號，而不是一個(gè)電平信號，停止信號也是由主控器主動(dòng)建立的，建立該信

20、號之后，I2C總線將返回空閑狀態(tài)。IIC通信信號通信信號 數(shù)據(jù)位傳送。 在I2C總線上傳送的每一位數(shù)據(jù)都有一個(gè)時(shí)鐘脈沖相對應(yīng)（或同步控制），即在SCL串行時(shí)鐘的配合下，在SDA上逐位地串行傳送每一位數(shù)據(jù)。進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時(shí)，在SCL呈現(xiàn)高電平期間，SDA上的電平必須保持穩(wěn)定，低電平為數(shù)據(jù)0，高電平為數(shù)據(jù)1。只有在SCL為低電平期間，才允許SDA上的電平改變狀態(tài)。邏輯0的電平為低電壓，而邏輯1的電平取決于器件本身的正電源電壓VDD（當(dāng)使用獨(dú)立電源時(shí)），如圖所示。IIC通信信號通信信號 IIC通信信號通信信號 應(yīng)答信號。I2C總線上的所有數(shù)據(jù)都是以8位字節(jié)傳送的，發(fā)送器每發(fā)送一個(gè)字節(jié)，就在時(shí)鐘脈沖9期

21、間釋放數(shù)據(jù)線，由接收器反饋一個(gè)應(yīng)答信號。應(yīng)答信號為低電平時(shí)，規(guī)定為有效應(yīng)答位（ACK簡稱應(yīng)答位），表示接收器已經(jīng)成功地接收了該字節(jié)；應(yīng)答信號為高電平時(shí)，規(guī)定為非應(yīng)答位（NACK），一般表示接收器接收該字節(jié)沒有成功。對于反饋有效應(yīng)答位ACK的要求是，接收器在第9個(gè)時(shí)鐘脈沖之前的低電平期間將SDA線拉低，并且確保在該時(shí)鐘的高電平期間為穩(wěn)定的低電平。IIC通信信號通信信號 IIC通信例程通信例程模擬模擬I/O口如何配置口如何配置#define SDA_L P1OUT&=BIT5/EEPROM數(shù)據(jù)線低#define SDA_H P1OUT|=BIT5/數(shù)據(jù)線高#define SDA_OUT P

22、1DIR|=BIT5/設(shè)置數(shù)據(jù)線為輸出狀態(tài)#define SDA_IN P1DIR&=BIT5/設(shè)置數(shù)據(jù)線為輸入狀態(tài)#define SDA_DATE P1IN & BIT5/讀入SDA線的狀態(tài)#define SCL_L P1OUT&=BIT4/串行時(shí)鐘線低#define SCL_H P1OUT|=BIT4/時(shí)鐘高#define SCL_OUT P1DIR|=BIT4/設(shè)置時(shí)鐘線為輸出狀態(tài)IIC通信例程通信例程void write1byte(uchar byte1) unsigned char i=8; SDA_OUT; SCL_OUT; while(i-) /每一個(gè)字節(jié)

23、必須保證是8位長度。數(shù)據(jù)傳送時(shí)，先傳送最高位（MSB） delay_us(4); if(byte1 & 0 x80) SDA_H; else SDA_L; delayus(4); SCL_H; delayus(4); SCL_L; byte1=1; SPI通信通信 SPI是串行外設(shè)接口（Serial Peripheral Interface）的縮寫。SPI，是一種高速的，全雙工，同步的通信總線，并且在芯片的管腳上只占用四根線，節(jié)約了芯片的管腳，同時(shí)為PCB的布局上節(jié)省空間，提供方便SPI通信通信 SPI接口經(jīng)常被稱為4線串行總線，以主/從方式工作，數(shù)據(jù)傳輸過程由主機(jī)初始化。如圖1所示，

24、其使用的4條信號線分別為：1) SCK：串行時(shí)鐘，用來同步數(shù)據(jù)傳輸，由主機(jī)輸出；2) MOSI：主機(jī)輸出從機(jī)輸入數(shù)據(jù)線；3) MISO：主機(jī)輸入從機(jī)輸出數(shù)據(jù)線；4) CS：片選線，低電平有效，由主機(jī)輸出。SPI通信通信 其中，CS是控制芯片是否被選中的，也就是說只有片選信號為預(yù)先規(guī)定的使能信號時(shí)（高電位或低電位），對此芯片的操作才有效。這就允許在同一總線上連接多個(gè)SPI設(shè)備成為可能。 接下來就負(fù)責(zé)通訊的3根線了。通訊是通過數(shù)據(jù)交換完成的，這里先要知道SPI是串行通訊協(xié)議，也就是說數(shù)據(jù)是一位一位的傳輸?shù)?。這就是SCK時(shí)鐘線存在的原因，由SCK提供時(shí)鐘脈沖，MISO，MOSI則基于此脈沖完成數(shù)據(jù)傳

25、輸。數(shù)據(jù)輸出通過 MOSI線，數(shù)據(jù)在時(shí)鐘上升沿或下降沿時(shí)改變，在緊接著的下降沿或上升沿被讀取。完成一位數(shù)據(jù)傳輸，輸入也使用同樣原理。這樣，在至少8次時(shí)鐘信號的改變（上沿和下沿為一次），就可以完成8位數(shù)據(jù)的傳輸。SPI通信通信 在一個(gè)SPI時(shí)鐘周期內(nèi)，會完成如下操作：1) 主機(jī)通過MOSI線發(fā)送1位數(shù)據(jù)，從機(jī)通過該線讀取這1位數(shù)據(jù)；2) 從機(jī)通過MISO線發(fā)送1位數(shù)據(jù)，主機(jī)通過該線讀取這1位數(shù)據(jù)。這是通過移位寄存器來實(shí)現(xiàn)的。如圖所示，主機(jī)和從機(jī)各有一個(gè)移位寄存器，且二者連接成環(huán)。隨著時(shí)鐘脈沖，數(shù)據(jù)按照從高位到低位的方式依次移出主機(jī)寄存器和從機(jī)寄存器，并且依次移入從機(jī)寄存器和主機(jī)寄存器。當(dāng)寄存器中的內(nèi)容全部移出時(shí)，相當(dāng)