毕业设计（论文）基于tc35i模块与CC2430模块的通信接口设计

1、西西 安安 邮邮 电电 学学 院院 毕毕 业业 设设 计（论计（论 文）文）题 目：基于 tc35i 模块与 cc2430 模块的通信接口设计院 （系）： 通信与信息工程学院 专 业： 通信工程 班 级： 通工 0705 班 学生姓名： 导师姓名： 职称： 工程师 起止时间： 2011 年 3 月 15 日至 2011 年 6 月 18 日西西 安安 邮邮 电电 学学 院院毕业设计毕业设计( (论文论文) )任务书任务书 学生姓名学生姓名指导教师指导教师职称职称工程师工程师院院(系系)通信与信息工程学院通信与信息工程学院专业专业通信工程通信工程题目题目基于基于 tc35itc35i 模块与模块

2、与 cc2430cc2430 模块的通信接口设计模块的通信接口设计 任务与要求任务与要求本题目应完成的工作，题目预期目标和成果形式：本题目应完成的工作，题目预期目标和成果形式：本题目主要熟悉数据从用户手机端通过 gsm 网络到达 tc35i 模块，然后经过 zigbee协调器解析，最终到达 cc2430 模块，然后将 cc2430 模块采集到的数据经协调器传递给tc35i 模块，然后发送回用户。这整个过程的完成要建立在对 zigbee 协调器与 cc2430 模块间通信技术的充分理解以及对 tc35i 的通信原理和数据处理方式的透彻分析的基础之上，然后通过程序控制其完成相应的功能，最后将程序下

3、载到硬件上去调试及测试。1、了解课题所研究的内容，tc35i、cc2430 及其使用的 iar 环境的概况。2、准备相关理论材料，主要是常用 at 指令的功能，以及无线通信原理、无线单片机等相关资料。3、使用开发套件对 cc2430 模块进行实验研究，掌握 zigbee 技术的核心软件。4、将 tc35i 模块与 zigbee 协调器结合起来进行调试，实现应用软件开发的特定功能。5、对应用软件进行优化设计，下载到硬件电路之后进行调试以及测试。6、提交毕业论文，完成答辩。开始日期开始日期完成完成日期日期院长院长(签字签字)年年月月日日西西 安安 邮邮 电电 学学 院院毕毕 业业 设设 计计 (

4、(论文论文) ) 工工 作作 计计 划划 学生姓名学生姓名 指导教师指导教师 职称职称 工程师工程师 院院( (系系) ) 通信与信息工程学院通信与信息工程学院 专业专业 通信工程通信工程 题目题目 基于基于 tc35itc35i 模块与模块与 cc2430cc2430 模块的通信接口设计模块的通信接口设计 工作进程工作进程1 月 3 日至 1 月 15 日 搜集相关资料，了解 tc35i 和 cc2430 的相关技术。 1 月 16 日至 1 月 31 日 学习 tc35i 信息的传输方式2 月 1 日至 2 月 20 日 学习 cc2430 的数据接收和传送模式2 月 21 日至 3 月

5、31 日 掌握数据在 tc35i 和 cc2430 中的传输及转换过程4 月 1 日至 4 月 20 日 对 tc35i 和 cc2430 之间的接口进行完成基本功能的设计尝试4 月 21 日至 5 月 10 日 对接口进行进一步的功能完善和性能检测5 月 11 日至 5 月 31 日 撰写论文，完成论文初稿6 月 1 日至 6 月 5 日 完善并修改毕业论文6 月 6 日至 6 月 10 日 准备答辩。起 止 时 间工 作 内 容主要参考书目(资料)zigbee2006 无线网络与无线定位实战北京航空航天大学出版社zigbee 无线网络技术入门与实战北京航空航天大学出版社zigbee 技术及

6、应用北京航空航天大学出版社单片机应用设计培训教程实践篇北京航空航天大学出版社主要仪器设备及材料c51rf-3-pk 无线 zigbee 协议栈高级开发工具箱 v3.01：1)cc2430 无线单片机 c51rf-3 实时在线仿真器(usb 接口) 一个；2)cc2430 2.4ghz 高频无线目标模块 3 个；3)cc2430/cc2431 扩展无线网络表演板(带图形 lcd)2 个；4)配套电缆/电源/电池盒。pc 机一台每周星期四上午到教研室汇报工作进度，听取老师的意见该计划主要是对 zigbee 技术和 tc35i 通信方式的认识，对 cc2430 模块相应控制代码的编写，下载到硬件电路

7、板之后的整体调试。论文(设计)过程中教师的指导安排对计划的说明西安邮电学院毕业设计(论文)开题报告通信与信息工程学院 院（系） 通信工程 专业 07 级 05 班课题名称：基于基于 tc35itc35i 模块与模块与 cc2430cc2430 模块的通信接口设计模块的通信接口设计 学生姓名： 学号： 指导教师： 报告日期： 2011 年 3 月 24 日 1本课题所涉及的问题及应用现状综述本课题所涉及的问题：本课题所涉及的问题：本课题主要是解决 tc35i 模块和 cc2430 模块间的数据传输原理，包括端口配置、数据组织形式和数据转换等。应用现状及前景综述：应用现状及前景综述：tc35i 模

8、块是西门子公司推出的一种无线通信模块，它是集射频电路、基带于一体，向用户提供标准的 at 命令接口，主要应用于 gsm 网络，具备 gsm 无线通信的全部功能，支持 text 和pdu 模式的短消息编码方式，方便用户的开发设计及应用。cc2430 单片机是一种在单个芯片上整合了射频、内存和微处理器的高性能单片机，能以无线的方式与其他的交换节点进行数据的传输，并能通过串口相连与其他设备交换数据，具备无线和有线两种数据传输能力。目前，在全球范围内，由小型单片机组成的无线传感网络和通信网的组合使智能化的远程控制成为可能，最具典型的模型就是 gsm 网络和单片机的组合，使人们在远离监控环境的条件下能以

9、一条简单的短信就能实时了解监控区的环境。在实际应用中，通信网络和无线传感网络间的通信成为研究的热点，也是制约这种系统普遍推广因素。一个合理的基于 tc35i 模块与 cc2430 模块的通信接口设计将大大推广此类技术在工业、农业、医疗、交通运输等需要远程控制的领域的应用和发展。2本课题需要重点研究的关键问题、解决的思路及实现预期目标的可行性分析关键问题：关键问题：1. tc35i 的数据接收、传输方式和数据结构2. cc2430 模块的数据接收和传输模式以及其对数据的处理机制解决思路：解决思路： 首先，通过分析课题的研究要求和内容，翻阅相关资料，尽快的对两种通信技术有个大致的了解，熟悉个模块的

10、基本功能。其次，在对模块的功能有了大致的了解的基础上，进一步对数据在进入模块到从模块输出期间，其格式的变换，从而找到各个模块对数据的转换机制，以便得出各个模块对从接口进入的数据的格式的要求，进而更合理的设计满足它们需求的数据接口。最后通过老师的指导和自己在实际操作过程中的问题，参阅相关书籍和资料，对各个方案进行科学、合理的论证，得出最后的解决方案，达到预期的研究结果。实现预期目标的可行性：实现预期目标的可行性：通过开放实验、科技竞赛已具备对 tc35i 模块和 cc2430 模块的进行开发的基础，同时实验室能够提供这些芯片资料、以及实际模块来完成硬件方面的开发。我相信，在老师的指导和自己的努力

11、下，通过合理安排时间、科学的计划和进行设计作业，最后能达到预期的成果。3完成本课题的工作方案1 月 3 日至 1 月 15 日 搜集相关资料，了解 tc35i 和 cc2430 的相关技术。 1 月 16 日至 1 月 31 日 学习 tc35i 信息的传输方式2 月 1 日至 2 月 20 日 学习 cc2430 的数据接收和传送模式2 月 21 日至 3 月 31 日 掌握数据在 tc35i 和 cc2430 中的传输及转换过程4 月 1 日至 4 月 20 日 对 tc35i 和 cc2430 之间的接口进行完成基本功能的设计尝试4 月 21 日至 5 月 10 日 对接口进行进一步的功

12、能完善和性能检测5 月 11 日至 5 月 31 日 撰写论文，完成论文初稿6 月 1 日至 6 月 5 日 完善并修改毕业论文6 月 6 日至 6 月 10 日 准备答辩。4指导教师审阅意见指导教师指导教师(签字)： 2011 年 3 月 24 日说明：本报告必须由承担毕业论文(设计)课题任务的学生在毕业论文(设计) 正式开始的第 1 周周五之前独立撰写完成，并交指导教师审阅。西西安安邮邮电电学学院院毕毕业业设设计计 ( (论论文文) )成成绩绩评评定定表表学生姓名性别男学号专 业班 级通工 0705 班课题名称基于 tc35i 模块与 cc2430 模块的通信接口设计课题类型硬件设计类难度

13、难毕业设计（论文）时间2011 年年3 月月15 日日6 月月 18 日日指导教师郑娟毅(职称 工程师)课题任务完成情况论文 (千字)； 设计、计算说明书 (千字)； 图纸 (张)；其它(含附件)：指导教师意见分项得分：开题调研论证 分； 课题质量（论文内容） 分； 创新 分；论文撰写（规范） 分； 学习态度 分； 外文翻译 分指导教师审阅成绩：指导教师(签字)： 2010年 月 日评阅教师意见分项得分：选题 分； 开题调研论证 分； 课题质量（论文内容） 分； 创新 分；论文撰写（规范） 分； 外文翻译 分评阅成绩： 评阅教师(签字)： 2010 年 月 日验收小组意见 分项得分：准备情况

14、分； 毕业设计（论文）质量 分； （操作）回答问题 分验收成绩：验收教师(组长)(签字)： 2010 年 月 日i答辩小组意见分项得分：准备情况 分； 陈述情况 分； 回答问题 分； 仪表 分答辩成绩： 答辩小组组长(签字)： 2010 年 月 日成绩计算方法(填写本系实用比例 )指导教师成绩指导教师成绩 20 () 评阅成绩评阅成绩 30 () 验收成绩验收成绩 30 () 答辩成绩答辩成绩 20 ()学生实得成绩(百分制)指导教师成绩指导教师成绩 评阅成绩评阅成绩 验收成绩验收成绩 答辩成绩答辩成绩 总评总评 答辩委员会意见毕业论文(设计)总评成绩(等级)： 院(系)答辩委员会主任(签字)

15、： 院(系) (签章) 2010 年 月 日备注ii西安邮电学院毕业论文(设计)成绩评定表(续表)i目录目录目录目录-i摘摘 要要-iiiabstract -iv引言引言-11.tc35i 与与 zigbee 简单介绍简单介绍 -21.1tc35i-21.1.1概述-21.1.2 tc35i模块通信原理-21.2 zigbee技术-31.2.1 zigbee技术简介-31.2.2 zibee技术的应用-31.2.3 zigbee技术的特点-52.接口设计接口设计 -52.1 接口设计整体方案 -52.2 硬件设计 -62.3 软件设计 -73.系统硬件设计系统硬件设计 -73.1 cc2430

16、 模块 3.1.1 cc2430 芯片简介 -73.1.2 cc2430 内部结构-73.1.3 cc2430硬件应用电路-93.2 tc35i模块硬件应用电路 -103.3 串口通信 -113.3.1 定义-113.3.2原理-113.3.3接口-123.4.4作用-133.3.5常用的串口调试工具介绍-134系统软件设计系统软件设计-144.1iar 开发系统简介 -144.2 系统整体方案 -154.3 tc35i模块与 zigbee协调器间通信的开发方案-164.3.1 常用at指令介绍-164.3.2 调试方法-164.4 zigbee协调器与 cc2430 模块间的通信设计-174

17、.4.1 ieee 802.15.4/zigbee协议-174.4.2 zigbee协调器与cc2430模块的通信方式-18致谢致谢-19ii参考文献参考文献-20附录附录-21iii摘摘 要要在科技飞速发展的今天，人们对智能化的要求越来越高。自 zigbee 技术问世以来，基于 zigbee 技术的各种应用已深入到人们的生活中的方方面面。在工业、交通、家居、农业等领域，装有支持 zigbee 通信协议的智能化芯片 cc2430 加入到各个终端，使各个终端工作在固定的网络中，可以方便管理者的统一管理与调度。然而怎么才能将此智能网络与现有的通信网结合起来，达到远程、智能的控制与管理的目的呢？基于

18、此，我提出了一个基于 tc35i 模块与 cc2430 模块的通信接口设计的解决方案。该方案由于融合了无线和有线两种数据传输方式，保证了数据在两个模块间的传输可靠性的同时也将进一步扩展它在工业、农业、医疗和交通运输等领域的应用。关键字：zigbee、tc35i 模块、cc2430 模块 ivabstractas the technology develops,people have higher expectation for intelligent.since the technique of zigbee came out,the applications that based on it

19、 have spreaded to all aspects of our daily lives. in industrial, transportation, household,agriculture and other fields,the terminal with the intelligent chip cc2430 that support the zigbee communication protocol facilitates management.but how to combine the intelligent network with the telecommunic

20、ation network to remote, intelligent control and management?based on this situation,a solution for the design of a communication interface between tc35i and cc2430 is proposed.for this design has combined the wired and wireless data transmission style,the reliability of the data between the two modu

21、les is assured,and it will also extend the usage among industrial,agriculture,medical treatment and transportation and other fields.keywords: zigbee,tc35i module,cc2430 module基于 tc35i 模块与 cc2430 模块的通信接口设计1引言引言随着计算机技术和网络技术的飞速发展，家用电器对远程监控技术的要求也在不断提高。近年来移动通信网络的日益扩大，使手机短消息业务得到了飞速发展，各种基于短消息收发的增值业务也日益产生。基

22、于短消息数据交换的技术，由于省略了庞大的网络建设投资和维护费用，对于一些分布广泛、信息点密度系数、信息点经常移动的系统具有很大的优势。利用现有的 gsm（global system for mobile communication）网络资源，发挥网络覆盖率高、传输特性好等优势，为现有数据采集系统提供一种更便捷的无线数据传输方式，这必将成为今后智能电子的发展趋势。tc35i 模块是西门子公司推出的一种无线通信模块，它是集射频电路、基带于一体，向用户提供标准的 at 命令接口，主要应用于 gsm 网络，具备 gsm 无线通信的全部功能，支持 text 和 pdu 模式的短消息编码方式，方便用户的开

23、发设计及应用。zigbee（ieee802.15.4）技术是最近发展起来的一种短距离无线通信技术，功耗低，被业界认为是最有可能应用在工控场合的无线方式。它同样使用 2.4ghz 波段，采用跳频技术和扩频技术。另外，它可与 254 个节点联网。节点可以包括仪器和家庭自动化应用设备。它本身的特点使得其在工业监控、传感器网络、家庭监控、安全系统等领域有很大的发展空间。为了最大限度的利用现有的 gsm 网络和发挥 zigbee 这种短距离无线通信技术在智能控制领域的作用，一个合理的基于 tc35i 模块与 cc2430 模块的通信接口设计将大大推广此类技术在工业、农业、医疗、交通运输等需要远程控制的领

24、域的应用和发展。基于 tc35i 模块与 cc2430 模块的通信接口设计21.tc35i 与与 zigbee 简单介绍简单介绍1.1tc35i1.1.1 概述概述tc35i 短信模块是西门子公司推出的一种无线通信模块，支持双频900/1800mhz。在 gsm 网络日臻完善的今天，tc35i 短信模块秉承了西门子一贯的优秀品质，它易于集成，集射频电路、基带于一体。在远程监控和无线公话以及无线pos 终端等领域，tc35i 短信模块都能发挥作用。用户主要通过标准的 at 指令对其进行控制，支持 text 和 pdu 两种模式的短信编码方式，可以方便用户根据实际需要对其进行开发设计。1.1.2

25、tc35i 模块通信原理模块通信原理tc35i 模块提供的命令接口符合 gsm07.05 和 gsm07.07 规范。gsm07.07 中定义的 at command 接口，提供了一种移动平台与数据终端设备之间的通用接口。用户通过向 tc35i 模块发送 at 指令来对其进行控制。tc35i 模块与 gsm 网络的通信通过无线方式进行，与 cc2430 模块的数据传输主要通过串口进行，cc2430 通过串口向 tc35i 模块传送 at 指令对其进行控制。at 即 attention，at 指令集是从终端设备(terminal equipment，te)或数据终端设备(data termina

26、l equipment，dte)向终端适配器(terminal adaptor， ta)或数据电路终端设备(data circuit terminal equipment，dce)发送的。通过 ta，te 发送 at 指令来控制移动台(mobile station，ms)的功能，与 gsm 网络业务进行交互。用户可以通过 at 指令进行呼叫、短信、电话本、数据业务、传真等方面的控制。90 年代初，at 指令仅被用于 modem 操作。没有控制移动电话文本消息的先例，只开发了一种叫 sms block mode 的协议，通过终端设备(te)或电脑来完全控制 sms。几年后，主要的移动电话生产厂商

27、诺基亚、爱立信、摩托罗拉和 hp 共同为 gsm 研制了一整套at 指令，其中就包括对 sms 的控制。at 指令在此基础上演化并被加入 gsm 0705标准以及现在的 gsm0707 标准，完全标准化和比较健全的标准。如：对 sms 的控制共有 3 种实现途径：最初的 block mode；基于 at 指令的 text mode；基于 at指令的 pdu mode。到现在 pdu mode 已经取代 block mode，后者逐渐淡出。gsm 模块与计算机之间的通信协议是一些 at 指令集，at 指令是以 at 作首， 字符结束的字符串，at 指令的响应数据包在 中。每个指令执行成功与否都有

28、相应的返回。基于 tc35i 模块与 cc2430 模块的通信接口设计3其他的一些非预期的信息(如有人拨号进来、线路无信号等)，模块将有对应的一些信息提示，接收端可做相应的处理。1.2 zigbee 技术技术1.2.1 zigbee 技术简介技术简介简言之，zigbee 就是一种便宜的、低功耗的近距离无线组网通信技术。 “zigbee”一词源自蜜蜂群在发现花粉位置时，通过跳 zigzag 形舞蹈来告知同伴，传递所发现新食物源的位置、距离和方向等信息。可以说，是一种小的动物通过简洁的方式实现“无线”的沟通，人们借此来称呼一种专注于低功耗、低成本、低复杂度、低速率的近程无线网络通信技术。zigbe

29、e 早期也被称作“homerf lite”、“rf-easylink”或“firefly”无线通信技术，目前统一称为“zigbee”技术。 近年来在无线个域网 wpan 技术领域，各种标准的技术在竞相发展，而这些不同技术的产品之间既有竞争又有互补。zigbee 正是在这种无线技术蓬勃发展的环境中应运而生的。不同于其他一些通信技术，它不去追求高速率、远距离；而是针对特定的在智能家居、智能建筑、工业自动化以及医疗领域的某些特定控制应用需求，锁定只有几十 kbps 的速率、几米几十米的距离实现无线组网能力，在这样的关键指标条件下，在确定出其他技术要求微功耗、低复杂度，进而低价格，从此诞生了一种新的无

30、线通信技术zigbee。在其他无线通信技术不断追求高速率、远距离的今天，zigbee 却向低速率、近距离的方向迈进，其目的就是为了大幅度降低无线终端的成本及功耗。因为只有这样，才能达到起“无所不在”的目的。 形象化的描述 zigbee：它是一种简单的东西，其核心是多信道无线通信装置和微控制器，他们都被集成在一两块半导体芯片上，封装在如同指甲盖大小的塑料制品里面。使用 zigbee 技术实现的产品，一般采用廉价的八位微处理器，将无线射频收发模块集成在一块芯片上，外围接上一个阻容和晶振等器件，在连接一些a/d、d/a、i/o 接口及控制电路（甚至这些电路也被集成到芯片中，如 ti 的cc2430）

31、，即组成了诸如各种智能控制节点、无线传感器网络的核心控制模块。当然，只有这些硬件是远远不够的，还需要在其上加载合适的无线通信软件（协议栈）和控制程序，才能组成完整的控制模块。为此，现在也把这类带有 zigbee 协议栈及无线收发模块的单片机成为“无线单片机”，就是这个道理。1.2.2 zibee 技术的应用技术的应用1.2.2.1 智能家居基于 tc35i 模块与 cc2430 模块的通信接口设计4随着 zigbee 技术的出现，智能家居可能在未来的两年内加速走入人们的生活。zigbee 模块可以安装在电视、灯泡、遥控器、儿童玩具、游戏机、门禁系统、空调系统其他家电产品中，实现家居的照明、温湿

32、度、安全和电气智能控制。例如：在灯泡中安装 zigbee 模块，当人们要开灯时，不需要走到墙壁开关处，直接通过遥控便可以实现；当你打开电视机时，灯光会自动减弱；当电话铃响你拿起话机准备通话时，电视机会自动静音。通过 zigbee 终端设备还可以收集家居的各种信息，传送到中央控制设备；或是通过遥控控制家里的电器、门窗，查看安保系统信息等。例如，回家前预先开启家里的空调；下雨时遥控关闭门窗；家里有非法入侵者时，及时得到安保系统的通知；及时方便地采集水、电、燃气的用量。总之，只要一个zigbee 遥控器，就可以控制所有的家电设备。1.2.2.2 工业控制通过 zigbee 网络自动收集厂区各种设备信

33、息，并将信息送达中央控制系统进行数据处理与分析，以掌握工厂的整体信息。例如，人们可以通过 zigbee 网络实现厂房内不同区域温湿度的监控、照明系统感测；及时得到机器运转状况信息进行生产线流程控制等；结合 rfid 标签，可以及时统计库零件配件存量等，这些都可以由zigbee 网络提供相关信息，达到工业控制和环境检测的目的。当然，目前工厂内已有大量的有线控制系统，单“以 zigbee 为基础的系统可以对控制系统和自动化的成本削减 50%，单单取消管道、线缆和人工的使用这一项就能削弱高达 80%的成本”，这些是不容忽视的。1.2.2.3 交通运输沿着街道、高速公路和其他地方布置大量 zigbee

34、 节点设备，人们就不会再担心迷路。安装在汽车里的导航显示器会告诉你当前所处的位置，正向何处去。全球定位系统（gps）也能提供类似的服务，但是这种新的分布式系统能够提供更精确、更具体的信息。即使在 gps 覆盖不能到的楼内或隧道内，仍能继续使用 zigbee 系统。从 zigbee 无线网络能够得到比 gps 更多的信息，如限速，街道是单行线还是双行线，前面每条街的交通情况或事故信息等。使用这种系统，还可以跟踪公共交通情况，及时地赶上下一班车，而不至于在寒风中或在烈日下在车站登上十分钟。1.2.2.4 医院应用在医院，zigbee 网络可以帮助医生及时，准确地收集急诊病人的信息和检查结果，快速准

35、确地做出诊断。携带 zigbee 终端的患者不论走到哪里，都可以被 24 小基于 tc35i 模块与 cc2430 模块的通信接口设计5时监控体温、脉搏等；而配有 zigbee 终端的担架，可以直接遥控电梯门的开关。时间是生命，zigbee 网络可以帮助医生和患者争取每一秒的生命。1.2.3 zigbee 技术的特点技术的特点1.低速率：zigbee 工作在 20250kbps 的较低速率，分别提供 250 kbps(2.4ghz)、40kbp s(915 m hz) 和 20 kbps(868 m hz) 的原始数据吞吐率，满足低速率传输数据的应用需求。2.低功耗：在低耗电待机模式下，2 节

36、 5 号干电池可支持 1 个节点工作 624个月，甚至更长。这是 zigbee 的突出优势。相比较，蓝牙能工作数周、wifi 可工作数小时。3.短时延：zigbee 的响应速度较快，一般从睡眠转入工作状态只需 15ms，节点连接进入网络只需 30ms，进一步节省了电能。相比较，蓝牙需要 310s、wifi 需要 3s。4.低成本：通过大幅简化协议(不到蓝牙的 1/10)，降低了对通信控制器的要求,按预测分析，以 8051 的 8 位微控制器测算，全功能的主节点需要 32kb 代码，子功能节点少至 4kb 代码，而且 zigbee 免协议专利费。5.近距离：传输范围一般介于 10100 m 之间

37、，在增加 rf 发射功率后，亦可增加到 13 km。这指的是相邻节点间的距离。如果通过路由和节点间通信的接力，传输距离将可以更远。6.大容量网络：zigbee 可采用星状、片状和网状网络结构，由一个主节点管理若干子节点，最多一个主节点可管理 254 个子节点；同时主节点还可由上一层网络节点管理，最多可组成 65000 个节点的大网。7.免执照频段：采用直接序列扩频在工业科学医疗(ism) 频段，2. 4 ghz(全球) 、915 m hz(美国) 和 868 m hz(欧洲) 。8.高安全：zigbee 提供了三级安全模式，包括无安全设定、使用接入控制清单(acl) 防止非法获取数据以及采用高

38、级加密标准(aes-128) 的对称密码，以灵活确定其安全属性。2.接口设计接口设计2.1 接口设计整体方案接口设计整体方案基于 tc35i 模块与 cc2430 模块的通信接口设计6用户有需求时，按已经约定好的格式向接口模块发送短信，接口模块在收到用户的短信之后，将短信的内容进行解析，然后发送到 cc2430 模块，cc2430 模块在收到接口模块转送的命令后，控制相应的传感器完成相应的工作，然后将收集到的信息反馈给接口模块，通过接口模块发送给用户。至此，一次通信过程完成，接口模快进入等待用户下一个命令的状态。如图 2-1 所示，tc35i 模块与 zigbee 协调器通过 rs-232 串

39、口线相连，组成与cc2430 模块通信的接口模块。接口模块与 cc2430 模块以及用户间的通信都是通过无线方式完成。当用户发送消息时，tc35i 模块先将消息进行接收后告知 zigbee 协调器，协调器再通过 at 指令控制 tc35i 模块将短消息读出，当短信内容送到 zigbee 协调器后，zigbee 协调器根据短信的内容执行相应的操作。具体为，根据短信内容与某个 cc2430 模块进行通信，该 cc2430 模块根据所接收的信息内容执行相应的操作命令，控制开关的开启和关闭、使用传感器对周围环境信息进行采集等。图 2-1 接口缩略图2.2 硬件设计硬件设计包括 tc35i 模块和 zi

40、gbee 协调器以及 cc2430 无线开发套件（开发板、核心板和仿真器）以及链接所需的线材。核心板插于开发板之上，开发板为核心板提供外围功能电路，在本设计中只是用到了开发板的串口，仿真器是进行在线仿真的。图 2-2 所需实物图cc2430 模块接口模块tc35i模块zigbee协调器rs-232cc2430 模块cc2430 模块基于 tc35i 模块与 cc2430 模块的通信接口设计72.3 软件设计软件设计tc35i 模块部分的软件设计以串口为基础，通过编写 c 语言程序对其进行控制。zigbee 协调器和 cc2430 模块部分，通过使用无线龙公司提供的点对多无线通信协议栈 2004

41、，完成协调器对 cc2430 模块的控制以及他们之间的通信。这部分的核心设计集中在对 tc35i 模块的短信分析与处理部分，通过串口中断完成。具体设计将在后续章节中阐述。3.系统硬件设计系统硬件设计3.1 cc2430 模块模块 3.1.1 cc2430 芯片简介芯片简介cc2430 是 chipcon 公司推出的用来实现嵌入式 zigbee 应用的片上系统22。它支持 2.4ghz ieee802.15.4/zigbee 协议。在单个芯片上整合了 zigbee 射频(rf)前端、内存和微控制器。它使用 1 个 8 位 mcu（8051），最大可具有 128kbyte 可编程闪存和 8kbyt

42、e 的 sram，还包含 14 位模拟数字转换器（adc）、几个定时器（timer）、aes-128 协同处理器、看门狗定时器（watchdog timer）、32 khz 晶振的休眠模式定时器、上电复位电路（poweron reset）、掉电检测电路（brown out detection），以及 21 个可编程 i/o 引脚。cc2430 的休眠模式和转换到主动模式的超短时间的特性，特别适合那些要求电池寿命非常长的应用。cc2430 的尺寸只有 77mm，采用具有内嵌闪存的 0.18m cmos 标准技术。这可实现数字基带处理器，rf、模拟电路及系统存储器整合在同一个硅晶片上。工作时的电流

43、损耗为 27 ma；在接收和发射模式下，电流损耗分别低于 27 ma 或 25 ma。3.1.2 cc2430 内部结构内部结构cc2430 最重要的是 mcu 和射频部分，mcu 是其核心，该核心使用标准的 8051命令集，每个机器周期的一个时钟周期等于标准 8051 机器周期的 12 个时钟周期，因此 cc2430 的执行速度比标准的 8051 快。除了速度比一般的 8051 机快之外，cc2430 的 8051 核心还扩展了 18 个中断源和双数据指针。cc2430 有两个串行通信接口 usart0 和 usart1，两个串口既可以工作于uart(异步通信)模式，也可工作于 spi（同步

44、通信）模式，模式的选择由串口控制/状态寄存器的 u0csr.mode 决定。aes-128 加密和解密模块：aes 算法基于排列和置换加密算法，是一个迭代的、对称密钥分组的加密算法，用 128 为（16 字节）分组加密和解密数据。cpu 通过sfr（特殊功能寄存器）与 aes 处理器通信，使用 128 位密钥，使用专用的 aes 处理基于 tc35i 模块与 cc2430 模块的通信接口设计8器处理加密和解密过程。该过程主要分为设置加密模式、加载密钥、加在初始化向量、为加密/解密下载或上传数据。rf 接收机：cc2430 接收机采用零中频技术，接收到的 rf 信号被低噪声放大，直接下变频为正交

45、的中频信号。在 2mhz 中频处，正交信号被滤波和进一步放大，通过 a/d 转换为数字信号。自动增益控制、信道滤波、调制和字节同步都在数字部分完成。cc2430 把接收到的数据缓存在一个 128b 的接收 fifo 当中。用户通过一个sfr 接口读取 fifo。rf 发射机：cc2430 发射机基于直接上变频。数据缓存在一个 128b 的传输 fifo当中。帧的前导码和帧间隔控制符由硬件产生，每个符合（一个符合 4bit）通过ieee 802.15.4 标准所规定的扩频序列被扩频为 32 个码片，并传送到 d/a 转换器转换为模拟信号。通过一个低通滤波器后，信号被送到上变频混频器混频为 i/o

46、 两路信号，然后信号被功放放大，最后通过天线发射。io 端口： cc2430 有 21 个可编程的 io 端口，p0、pl 口是完全的 8 位口，p2 口只有 5 个可使用的位。每个端口可设置为通常的 io 口，也可设置为外围io 口使用；除了 p1_0，p1_1 具有 20 ma 的驱动能力。其余 19 个 i/o 都具有 4 ma输出驱动能力。一般的 i/o 端口作为输入口时，可用于产生中断，中断通过外部信号的上升和下降沿来触发。通过软件设定一组 sfr 寄存器的位和字节，可使这些引脚作为通常的 io 口或作为连接 adc、计时器或 usart 部件的外围设备 io 口使用。如果需要外部设

47、备，可对 io 口引脚产生中断，同时外部的中断事件也能被用来唤醒休眠模式。 存储器仲裁：cc2430 存储器分为四个不同存储空间，分别为：（1）代码（code）：用于程序存储,16 位只读空间。（2）数据（data）：直接或间接被单个 cpu 指令访问，8 位可存取空间。（3）外部数据（xdata）：4-5 个 cpu 指令周期访问，16 位可存取空间。（4）特殊功能寄存器（sfr）： 用于控制 8051cpu 核心和外部设备被单个的cpu 指令访问，7 位可存取空间。sram：8kb 的 sram 映射到 data 存储器空间和 xdata 存储器空间的一部分。flash：32/64/128

48、kb flash 映射到 code 存储器空间和 xdata 存储器空间，flash 控制器完成 flash 的写操作。图 3-1 为 cc2430 的结构图。基于 tc35i 模块与 cc2430 模块的通信接口设计9sfr bus sfr bus32mhz 晶体高速rc_osc32.768mhz晶体32khz rc_osc调试接口多路时钟校准 dma8051 cpu 内核aes-128 安全处理器usart 0usart 1计数器 1(16 位)计数器 2 (iee 802.15.4 mac 计数器)计数器 3(8 位)计数器 4(8 位)看门狗定时器复位掉电复位睡眠定时器睡眠模式控制器8

49、kbsram32/64/128kbflashirq 控制flash 控制无线寄存器解调器调制器自动增益控制先进先出和帧控制输入输出控制器存储器仲裁vdd（2.03.6v） dcoupl片上稳压器ramflashpdataxramiramnuifiedsfrxosc_q1xosc_q2reset_np1_7p1_6p1_5p1_4p1_3p1_2p1_1p1_0p2_4p2_3p2_2p2_1p2_0adc音频/直流p0_7p0_6p0_5p0_4p0_3p0_2p0_1p0_0合成器接收通道发射通道频率合成器csma/ca 存储处理器无线数据接口rf_prf_n图 3-1cc2430 结构图3

50、.1.3 cc2430 硬件应用电路硬件应用电路cc2430 芯片需要很少的外围部件配合就能实现信号的收发功能。图 3-2 为cc2430 芯片的一种典型硬件应用电路。电路使用一个非平衡天线，连接非平衡变压器可使天线性能更好。电路中的非平衡变压器由电容 c341 和电感l341、l321、l331 以及一个 pcb 微波传输线组成，整个结构满足 rf 输入/输出匹配电阻（50）的要求。内部 t/r 交换电路完成 lna 和 pa 之问的交换。r221 和 r261为偏置电阻，电阻 r221 主要用来为 32 mhz 的晶振提供一个合适的工作电流。用 1个 32 mhz 的石英谐振器（xtal1

51、）和 2 个电容（c191 和 c211）构成一个 32 mhz 的基于 tc35i 模块与 cc2430 模块的通信接口设计10晶振电路。用 1 个 32.768 khz 的石英谐振器（xtal2）和 2 个电容（ca41 和 ca31）构成一个 32.768 khz 的晶振电路。电压调节器为所有要求 1.8 v 电压的引脚和内部电源供电，c241 和 c421 电容是去耦合电容，用来电源滤波，以提高芯片工作的稳定性。图 3-2cc2430 芯片的一种典型硬件应用电路3.2 tc35i 模块硬件应用电路模块硬件应用电路tc35i 模块的正常运行需要相应的外围电路与其配合。tc35i 共有 4

52、0 个引脚，通过 zif 连接器分别与电源电路、启动与关机电路、数据通信电路、语音通信电路、基于 tc35i 模块与 cc2430 模块的通信接口设计11sim 卡电路、指示灯电路等连接。tc35i 模块外围电路图如下图所示。（1） 电源及启动电路电源电路分为充电电池和稳压电源模块两部分：充电电池主要为整个系统提供3.6v 工作电电压，同时产生芯片工作所需要的高电平。（2） 数据通信电路数据通信电路主要完成短消息收发、与 pc 机通信、软件流控制等功能。tc35i的数据接口采用串行异步收发，符合 itu-t rs-232 接口电路标准，工作在 cmos 电平（2.65v）。（3） 语音通信电路

53、由于 tc35i 的 gsm 基带处理器内集成了音频滤波、 adc、dac、语音合成等部分，模块语音接口的外围电路连接相对简单。（4） sim 卡电路基带处理器集成了一个与 iso ic card 标准兼容的 sim 接口。为了适合外部的sim 接口，该接口连接到主接口（zif 连接器）。在 gsm11.11 为 sim 卡预留 5 个引脚的基础上， tc35i 在 zif 连接器上为 sim 卡接口预留了 6 个引脚，所添加的 ccin引脚用来检测 sim 卡支架中是否插有 sim 卡。当插入 sim 卡，该引脚置为高电平，系统方可进入正常工作状态。3.3 串口通信串口通信3.3.1 定义定

54、义串口是计算机上一种非常通用设备通信的协议。大多数计算机包含两个基于rs232 的串口。串口同时也是仪器仪表设备通用的通信协议；很多 gpib 兼容的设备也带有 rs-232 口。同时，串口通信协议也可以用于获取远程采集设备的数据。3.3.2原理原理串口通信的概念非常简单，串口按位（bit）发送和接收字节。尽管比按字节（byte）的并行通信慢，但是串口可以在使用一根线发送数据的同时用另一根线接收数据。它很简单并且能够实现远距离通信。比如 ieee488 定义并行通行状态时，规定设备线总长不得超过 20 米，并且任意两个设备间的长度不得超过 2 米；而对于串口而言，长度可达 1200 米。典型地

55、，串口用于 ascii 码字符的传输。通信使用 3根线完成：地线、发送、接收。由于串口通信是异步的，端口能够在一根线上发送基于 tc35i 模块与 cc2430 模块的通信接口设计12数据同时在另一根线上接收数据。其他线用于握手，但是不是必须的。串口通信最重要的参数是波特率、数据位、停止位和奇偶校验。对于两个进行通行的端口，以下这些参数必须匹配：a，波特率：这是一个衡量通信速度的参数。它表示每秒钟传送的 bit 的个数。例如 300 波特表示每秒钟发送 300 个 bit。当我们提到时钟周期时，我们就是指波特率例如如果协议需要 4800 波特率，那么时钟是 4800hz。这意味着串口通信在数据

56、线上的采样率为 4800hz。通常电话线的波特率为 14400，28800 和 36600。波特率可以远远大于这些值，但是波特率和距离成反比。高波特率常常用于放置的很近的仪器间的通信，典型的例子就是 gpib 设备的通信。 b，数据位：这是衡量通信中实际数据位的参数。当计算机发送一个信息包，实际的数据不会是 8 位的，标准的值是 5、7 和 8 位。如何设置取决于你想传送的信息。比如，标准的 ascii 码是 0127（7 位）。扩展的 ascii 码是 0255（8 位）。如果数据使用简单的文本（标准 ascii 码），那么每个数据包使用 7 位数据。每个包是指一个字节，包括开始/停止位，数

57、据位和奇偶校验位。由于实际数据位取决于通信协议的选取，术语“包”指任何通信的情况。c，停止位：用于表示单个包的最后一位。典型的值为 1，1.5 和 2 位。由于数据是在传输线上定时的，并且每一个设备有其自己的时钟，很可能在通信中两台设备间出现了小小的不同步。因此停止位不仅仅是表示传输的结束，并且提供计算机校正时钟同步的机会。适用于停止位的位数越多，不同时钟同步的容忍程度越大，但是数据传输率同时也越慢。d，奇偶校验位：在串口通信中一种简单的检错方式。有四种检错方式：偶、奇、高和低。当然没有校验位也是可以的。对于偶和奇校验的情况，串口会设置校验位（数据位后面的一位），用一个值确保传输的数据有偶个或

58、者奇个逻辑高位。例如，如果数据是 011，那么对于偶校验，校验位为 0，保证逻辑高的位数是偶数个。如果是奇校验，校验位位 1，这样就有 3 个逻辑高位。高位和低位并不真正的检查数据，简单置位逻辑高或者逻辑低校验。这样使得接收设备能够知道一个位的状态，有机会判断是否有噪声干扰了通信或者是否传输和接收数据是否不同步。3.3.3接口接口串口分为针口和孔口两种，俗称为公口和母口，如下图所示，共 9 个针脚/孔，其中第 2 个为 rxd，第 3 个为 txd，第 5 个为 gnd，其他的针脚/孔起辅助作用，大多数情况只会使用到 2、3、5 针脚/孔，即所说的“三线制”。基于 tc35i 模块与 cc24

59、30 模块的通信接口设计13图 3-4串口接口实物、示意图可以注意到公口母口的针脚顺序是相反地，这就保证了当两者对接的时候相同序号的针脚是对接在一起的。通常情况下控制端设备都是针型串口（公口），终端设备都是孔型串口（母口）。而且最重要的一点是 2 脚/孔为 rxd 和 3 脚/孔为 txd是站在控制设备的角度来看的，即控制设备通过 2 脚来接收数据，通过 3 脚来发送数据，但是终端方为了能够接收控制端的数据并向控制端发送请求，就必须将串口 的 2 脚/孔接到数据发送端，将 3 脚/孔接到数据接收端。所以说，控制端是直连的，终端是交叉连的。3.4.4作用作用rs-232（ansi/eia-232

60、 标准）是 ibm-pc 及其兼容机上的串行连接标准。可用于许多用途，比如连接鼠标、打印机或者 modem，同时也可以接工业仪器仪表。用于驱动和连线的改进，实际应用中 rs-232 的传输长度或者速度常常超过标准的值。rs-232 只限于 pc 串口和设备间点对点的通信。rs-232 串口通信最远距离是 50 英尺。3.3.5常用的串口调试工具介绍常用的串口调试工具介绍3.3.5.1超级终端超级终端是一个通用的串行交互软件，很多嵌入式应用的系统有与之交换的相应程序，通过这些程序，可以通过超级终端与嵌入式系统交互，使超级终端成为嵌入式系统的“显示器”。这款软件为微软自带的串口通信软件，具有最基本