基于CC1100的无线数据传输系统

1、2010 届毕业生届毕业生毕业论文毕业论文题题 目目: 基于基于 CC1100 的无线数据传输系统的无线数据传输系统 院系名称：院系名称： 信息科学与工程信息科学与工程 专业班级：专业班级： 电科电科 0601 学生姓名：学生姓名： 周朋军周朋军 学学 号：号： 20064360105 指导教师：指导教师： 张庆辉张庆辉 教师职称：教师职称： 副教授副教授 年年 月月 日日II摘摘 要要随着信息技术的不断发展，无线通信在信息化时代起着愈来愈重要的作用。鉴于以上原因，在本次设计中简单设计了无线数据传输系统，该系统可广泛应用于遥控、监测等领域，适应现阶段科技的发展要求。详细介绍了单片机与无线收发芯

2、片之间的连接情况，对单片机的串行发送，无线传送中的干扰问题及解决问题的方法都做了比较详细的分析，而且还以表格的形式汇总了所用芯片的技术参数，为该项设计成果应用于工业生产提供了可借鉴的实验材料。关键词： 无线通信 单片机 CC1100IIIABSTRACTABSTRACTThis design realizes the lead-in data delivers, the system includes send out mold piece, receive mold a line correspondence mold piece, result manifestation that mol

3、d an etc. Sending out to carry with received to carry to adopt the light electricity coupling the machine, improving the anti- interference ability of the system on the certain degree. That system has the single work correspondence function, having will receive the data on the function that spreadin

4、g the calculator. That system is extensive to apply in the remote control, monitor realm, adapt to the development request of current science.Keywords s: wireless communication , Single-Chip Microcomputer , CC1100IV目录摘 要 .IIABSTRACT .III一 绪 论 .1二 无线数据传输系统 .22.1 总体设计思路 .22.2 控制器 .22.2.1 PIC 单片机 .32.2

5、.2 PIC16F690.52.3 无线数据接收与发射模块.72.3.1 ZIGBEE 协议框架 .82.3.2 ZIGBEE 协议优缺点和应用前景 .122.3.3 基于 ZIGBEE 协议的芯片 CC11OO .14三 硬件系统的设计及实现.173.1 控制器电路 .173.2 无线数据接收与发射模块电路.173.3 电源模块 .183.4 总体电路 .18四 软件系统的设计及实现 .204.1 发送部分 .204.2 接受部分 .21五 常见问题 .225.1 电源噪声干扰 .225.2 RF 通信异常 .22总 结 .23致 谢 .24参考文献及相关网站.25附 录 .270一一 绪绪

6、 论论人类利用无线通信技术的历史已经有几千年了，古时候用的烽火台就是最原始的无线通信。但这时候的无线通信技术还只是处于萌芽阶段，只有到19 世纪末意大利人马可尼发明无线电报开始，人类才真正开始大规模地利用无线通信技术。进入二十一世纪以来，微电子技术的不断进步极大地瑞动了计算机和通信设备的普及和迅猛发展， PC 机、掌上电脑、移动电话、无绳电话等进入人们日常的生活和工作中，成为人们生活中不可缺少的一部分。在这些设备之间传送文件时往往是通过线缆来进行 。有线网络速度快，数据流量大可靠性强，对于基本固定的设备来说无疑是比较理想的选择，的确在实际应用中也达到了比较满意的效果，但同时有线网络布线麻烦，线

7、路故障难以检查，设备重新布局就要重新布线，且不能随意移动等缺点越发突出。在向往自由和希望随时随地进行通信的今天，人们逐渐把目光转向了无线通信方式。无线通信技术在特殊的工作环境中有许多优点：对于分散、移动的控制对象可以方便的实现相互间的数据通信；对于物理布线困难的地方，采用无线通信技术可以节省大量财力；对于需要组网的以太网、令牌网等有线通信系统，选择无线通信技术可以避免大量的布线工作，同时也避免了有线网由于线路故障而导致系统瘫痪的弊病。以上这些优点使得无线通信除了弥补有线手段的不足外，还为数据通信用户提供了更加方便更高层次的服务，即移动中不间断的数据通信。虽然目前无线通信在整个数据通信中所占的比

8、例还比较小，但它的发展势头很强。是人们普遍看好的下一个通信技术热点。1二二 无线数据传输系统无线数据传输系统2 2. .1 1总总体体设设计计思思路路该系统主要由数据接收和发送模块、微处理器控制模块组成，如图2-1、图 2-2 所示。其中 ，微处理器控制模块功能由单片机完成 。它主要用于对接收和发送模块的初始化以及对其数据进行发送和接收的控制处理。在发送时，将数据传送给无线芯片 ，控制无线芯片进行数据的发送 。在接收时，微处理控制器接收来自 无线芯片传回的数据 。发送和接受模块由无线芯片完成，在整个系统中作为数据发送和接收的载体 。发送模块控制模块发射天线图 2-1 发送系统接收模块控制模块接

9、收天线图 2-2 接收系统2 2. .2 2 控控制制器器据统计，我国的单片机年容量已达1-3 亿片，且每年以大约 16%的速度增长。但相对于世界市场我国的占有率还不到1%。这说明单片机应用在我国才刚刚起步，有着广阔的前景。 当今单片机厂商 众多，产品性能各异。针对具体情况，我们应选何种型号呢？首先，我们来弄清两个概念：集中指令集（ CISC）和精简指令集（RISC）。采用 CISC 结构的单片机数据线和指令线分时复用，即所谓冯 .2诺伊曼结构。它的指令丰富，功能较强，但取指令和取数据不能同时进行，速度受限，价格亦高。采用 RISC 结构的单片机数据线和指令线分离，即所谓哈佛结构。这使得取指令

10、和取数据可同时进行，且由于一般指令线宽于数据线，使其指令较同类 CISC 单片机指令包含更多的处理信息，执行效率更高，速度亦更快。同时，这种单片机指令多为单字节，程序存储器的空间利用率大大提高，有利于实现超小型化。属于CISC 结构的单片机有Motorola 的 M68HC 系列、Atmel 的 AT89 系列、台湾 Winbond(华邦)的 W78系列、荷兰 Pilips 的 PCF80C51 系列等；属于 RISC 结构的有 Intel8051系列、Microchip 公司的 PIC 系列、Zilog 的 Z86 系列、Atmel 的 AT90S 系列、韩国三星公司的 KS57C 系列 4

11、 位单片机、台湾义隆的 EM-78 系列等。一般来说，控制关系较简单的小家电，可以采用RISC 型单片机；控制关系较复杂的场合，如通讯产品、工业控制系统应采用CISC 单片机。不过，RISC 单片机的迅速完善，使其佼佼者在控制关系复杂的场合也毫不逊色。 根据应用场合的不同和性能要求的不同，所使用的控制器也不同。 有的开发人员使用 51系列8位单片机进行控制，有的研究人员使用 16位的凌阳61系列单片机进行控制，也有研究人员使用 32位的ARM7微处理器作为控制器，各有优缺点。总体而言， 51系列单片机价格便宜，易学易用，但相对而言运算速度比较低，数据吞吐量相对较小； 32位的ARM微处理性能较

12、好，运算速度高，但不容易快速掌握，而且价格相对比较贵。由于在本设计过程中需要用到功耗较小、通用、可靠的单片机，因此主控芯片选择具有性能完善、功能强大、学习容易、开发应用方便、人机界面友好等特点的PIC单片机。2.2.1 PIC 单片机PIC(Periphery Interface Chip)单片机是美国 Microchip 公司生产的系列单片机。 Microchip 公司是一家专门致力于单片机开发、研制和生产的制造商，其产品设计起点高，技术领先，性能优越。PIC 系列单片机的硬件系统简洁，指令系统精炼。具有以下特点 ：（1） PIC 最大的特点是不搞单纯的功能堆积，而是从实际出发，重视产品的性

13、能与价格比，靠发展多种型号来满足不同层次的应用要求。就实际而言，不同的应用对单片机功能和资源的需求也是不同的。比如，一个摩托车的点火器只需要一个 I/O 端口，RAM 及程序存储空间不大 ，可靠性较高3的小型单片机 。若采用 40 脚且功能强大的单片机，投资大不说，使用起来也不方便。PIC 系列从低到高有几十个型号，可以满足各种需要。其中，PIC12C508 单片机仅有 8 个引脚，是世界上最小的单片机 。该型号有 512字节 ROM、25 字节 RAM、一个 8 位定时器、一根输入线、 5 根 I/O 线，市面售价在 36 元人人民币。这样一款单片机在象摩托车点火器这样的应用无疑是非常适合。

14、 PIC 的高档型号，如 PIC16C74（尚不是最高档型号）有 40个引脚，其内部资源为 ROM 共 4K、192 字节 RAM、8 路 A/D、3 个 8 位定时器、2 个 CCP 模块、三个串行口、 1 个并行口、 11 个中断源、 33 个 I/O 脚。这样一个型号可以和其它品牌的高档型号媲美。 （2） 精简指令使其执行效率大为提高 。PIC 系列 8 位 CMOS 单片机具有独特的 RISC 结构，数据总线和指令总线分离的哈佛总线（ Harvard）结构，使指令具有单字长的特性 ，且允许指令码的位数可多于 8 位的数据位数，这与传统的采用 CISC 结构的 8 位单片机相比，可以达到

15、 2:1 的代码压缩，速度提高 4 倍。 （3） 产品上市零等待（ Zero time to market）。采用 PIC 的低价OTP 型芯片，可使单片机在其应用程序开发完成后立刻使该产品上市。 （4） PIC 有优越开发环境。 OTP 单片机开发系统的实时性是一个重要的指标。象普通 51 单片机的开发系统大都采用高档型号仿真低档型号，其实时性不尽理想。 PIC 在推出一款新型号的同时推出相应的仿真芯片，所有的开发系统由专用的仿真芯片支持，实时性非常好。 （5） 其引脚具有防瞬态能力 ，通过限流电阻可以接至 220V 交流电源，可直接与继电器控制电路相连 ，无须光电耦合器隔离 ，给应用带来极

16、大方便。（6） 彻底的保密性。 PIC 以保密熔丝来保护代码，用户在烧入代码后熔断熔丝，别人再也无法读出，除非恢复熔丝。目前，PIC 采用熔丝深埋工艺，恢复熔丝的可能性极小。（7） 自带看门狗定时器，可以用来提高程序运行的可靠性。 （8） 睡眠和低功耗模式。虽然 PIC在这方面已不能与新型的TIMSP430相比，但在大多数应用场合还是能满足需要的。2 2. .2 2. .2 2 P PI IC C1 16 6F F6 69 90 04控制芯片 PlCl6F690 是 Microchip 公司基于纳瓦技术的 20 引脚 8 位CM0S 闪存单片机，内部集成有 2 个模拟比较器、 2 个软件定时器

17、、 12 通道的 10 位 A/ D 转换器和增强型 PWM + 模块，接口电路支持UART、SPI、I2C 等通信模式，丰富的硬件资源可以满足大多数的应用场合 。其引脚图如图 2-3（PDIP、SOIC SSOP）所示。引脚说明如表 2-1（PDIP、SOIC SSOP）所示。其内部框图如图 2-4 所示。图2-3 PIC16F690 引脚（PDIP、SOIC 和 SSOP）表 2-1 引脚说明PIC16F690I/O引脚模拟比较器定时器ECCPEUSARTSSP中断上拉基本RA019AN0/ULPWUC1IN+IOC有ICSPDATRA118AN1/VREFC12IN0-IOC有ICSPC

18、LKRA217AN2C1OUTT0CKIIOC/INT有RA34IOC有(1)MCLR/VPPRA43AN3T1GIOC有OSC2/CLKOUTRA52T1CKIIOC有OSC1/CLKINRB413AN10SDI/SDIOC有5ARB512AN11RX/DTIOC有RB611SCL/SCKIOC有RB710TX/CKIOC有RC016AN4C2IN+RC115AN5C12IN1-RC214AN6C12IN2-P1DRC37AN7C12IN3-P1CRC46C2OUTP1BRC55CCP1/P1ARC68AN8SSRC79AN9SDO1VDD20VSS注 1 1： 只有配置为外部 MCLR 时

19、才激活上拉 。PIC16F690芯片工作具有以下特点：（1） 电压范围宽 (2OV5 5V)，系统功耗低； （2） 4K的FLASH程序存储器、 256字节的数据存储器；（3） 精确的内部自带振荡器，出厂时已校；准到 1 ，软件可选择的频率范围为 8MHz32kHz；（4） 带软件控制选择的欠压复位；（5） 增强型的低电流看门狗定时器，带有片上振荡器，预分频器最大时，软件可选择的标称值为 268s，可用软件启动；（6） 高耐久性闪存 EEPROM存储单元，闪存耐擦写次数达 1O0，000次。EEPROM 耐擦写次数达 1，000，000次。闪存数据 EEPROM 的数据保存期大于4O年；（7）

20、 增强型的USART，支持RS-485，RS-232和LIN2 0；自动波特率检6测，遇到起始位时自动唤醒；（8） 1O位增强型的PWM，带有1、2或4路输出通道： 10位精度、12路通道的A/D转换器；（9） 带有预分频器的 16位定时计数器 TIMR1。PIC16F690系统时钟采用内部自带的振荡器， 如图2-5所示。2.3 无无线线数数据据接接收收与与发发射射模模块块ZigBee 协议是一种近距离、低复杂度 、低功耗、低数据速率、低成本的无线网络技术 。在标准规范制订方面 ，主要是 IEEE 802.15.4 小组ZigBee Alliance 两个组织。两者分别制订硬体与软体标准。在I

21、EEE 802.15.4 方面，2000 年 12 月 IEEE 成立了 802.15.4 小组，负责制订MAC（Media Access Control,媒体存取控制层 ）与物理层规范 。2003 年5 月通过 802.15.4 标准。在 ZigBee 联盟方面，ZigBee 联盟是在 2002 年10 月由 Honeywell、Mitsubishi、Motorola、Philips 与 Invensys 共同成立。ZigBee 联盟负责制订网路层、安全管理、应用界面规范，其次也肩负互通测试。目前 ZigBee 联盟已推出第 1.0 版规范(Version 1.0)，成员已达150 多个。

22、ZigBee 协议依据 802.15.4 标准，在数千个微小的传感器之间相互协调实现通信。这些传感器只需要很少的能量，以接力的方式通过无线电波将数据从一个传感器传到另一个传感器，所以它们的通信效率非常高。IEEE802.15.4 规范是一种经济、高效、低数据速率 (250 kbps)、工作在2.4 GHz 和 868/915 MHz 的无线技术，它是 ZigBee 应用层和网络层协议的基础。 相对于现有的各种无线通信技术 ，ZigBee 技术将是最低功耗和成本的技术。同时由于 ZigBee 技术的低数据速率和通信范围较小的特点 ，也决定了 ZigBee 技术适合于承载数据流量较小的业务。所以Z

23、igBee 联盟预测的主要应用领域包括工业控制、消费性电子设备、汽车自动化、农业自动化和医用设备控制等。7图2-4 PIC16F690内部框图如图2.3.1 ZigBee 协议框架ZigBee 协议同其它网络通信协议一样采用分层模型，对各层所实现的功能和在整个协议中起的作用做了明确的划分，每层为其上层提供一组特定的服务。ZigBee 的协议架构大致如表 2-2 所列。8图 2-5 PIC16F690 系统时钟ZigBee 协议虽然是基于标准的七层 OSI（Open System Interconnect，开放式系统互联）模型，但仅对那些涉及ZigBee 的层予以定义。IEEE802.15.4-

24、2003 标准定义了最下面的两层：物理层和MAC。ZigBee 联盟提供了网络层和应用层框架的协议。表 2-2 ZigBee 的协议架构第四层应用层第三层网络层第二层媒体访问层（ MAC）第一层物理层相比于常见的无线通信标准， ZigBee 协议套件紧凑而简单，具体实现的要求很低。以下是 ZigBee 协议套件的需求估计：硬件需要 8 位处理器，如广泛使用的 80C51 系列单片机；软件需要 32KB 的 ROM（Read Only Memory，只读存储器） ，最小软件需要 4KB 的 ROM；网络主节点需要更多的ROM 以容纳网络内所有节点的设备信息，数据包转发表，设备关联表，与安全有关的

25、密钥存储等。91 物理层 IEEE802.15.4 标准在物理层设计中面向低成本和更高层次的集成需求，才用的工作频段分别为 2.4 GHz 和 868/915 MHz。各个频段可以使用的信道数目分别为 16、10、1，各自提供 250kbps,40kbps 和 20kbps 的传输速率，其传输范围介于 10-100 米之间。为了避免干扰，在各个频段均使用DSSS(Direct Sequence Spread Spectrum，直接序列扩频技术 )，以化整为零方式将一个信号分为多个信号，再经由编码方式传送信号以避免干扰，这对大部分较低端的实现来说，直接序列的应用可以使模拟电路更加简单，具有更高的

26、容错性能。2 媒体访问层IEEE802.15.4 标准在媒体访问层（ MAC）方面，主要沿用无线局域网WLAN 中 IEEE802.11 系列标准的 CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance，载波监听多路访问与冲突避免 )方式以提高系统的兼容性。这种 MAC 层的设计不但是多种拓扑结构网络的应用变得简单，还可以实现非常有效的功耗控制。3 网络层网络功能是 ZigBee 协议的重要特点，也是与其他无线局域网标准不同的地方。在网络层方面其主要工作在于负责网络机制的建立与管理，并且具有自我组态与自我修复功能。在网络层中ZigB

27、ee 协议定义了三种角色：第一个是网络协调器，负责网络的建立以及网络位置的分配；第二个是路由器，主要负责找寻建立以及修复信息包的路由路径，并负责转发信息包；第三个是末端装置，只能选择加入他人已经形成的网络，可以收发信息包，但是不能转发，不具备路由的功能。通常，路由器和网络协调器由全功能装置（FFD）实现，而末端装置由简化功能装置（ RFD）实现。在组网方式上，ZigBee 主要采用图 2-6 所示三种方式：其一为主从方式的星形网，它需要一个能负责管理和维护网络的网络协调器和不超过65535 个从属装置；其二为簇形网络，它可以是扩展的单个星形网或者互连多个星形网络；其三为网状网（Mesh） ，网

28、络中的每个 FFD 可以做为路由器，根据 AD hoc 网络路由协议来优化最短和最可靠的路径。104 应用层 对于应用层，主要有三个部分：与网络层相连的应用支持（APS） ，ZigBee 设备对象（ZDO）以及装置应用行规。 ZigBee 的应用层架构最重要的是已经覆盖了服务的观念。对于 ZigBee 装置而言，当加入到一个 WPAN（Wireless Personal Area Net，个人无线局域网）后，应用层的ZMO 会发起一系列的初始化动作，先通过 APS 进行装置收寻以及服务收寻后，然后根据事先定义好的描述信息，将与其相关的装置或是服务记录在APS 里的绑定表中；之后所有服务的使用，

29、都要通过这个绑定表来查询资料的服务或者行规。而装置应用行规则是根据不同的产品设计出的不同的描述信息，以及ZigBee 各层协议的参数设定。图 2-6 三种网络拓扑结构 5 安全层 安全层并非单独独立的协议， ZigBee 为其提供了一套基于 128 位 AES算法的安全类和软件，并且集成了IEEE802.15.4 标准的安全元素，用来保证 MAC 层祯的机密性，一致性和真实性。另外 ZigBee 联盟也负责 ZigBee 产品互通性测试与认证规则的制定，让开发 ZigBee 产品的厂商有一个公开的场合，能够互相测试互通性。而在认证部分，ZigBee 联盟一共定义了三种层次的认证，第一级认证物理

30、层和MAC，与芯片厂有着最直接的关系；第二级认证ZigBee 协议栈；第三级认11证 ZigBee 产品。只有通过第三级认证的产品才能贴上ZigBee 的标志，所以也称作 ZigBee 注册认证。2.3.2 ZigBee 协议优缺点和应用前景ZigBee 协议是从 WLAN 发展过来的，经过近几年来 ZigBee 联盟成员对标准的不断修改和完善，已经显示出了强大的生命力，但是本身还有一些缺点，这也限制了 ZigBee 协议的使用范围。 ZigBee 协议的优点 功耗低：由于 ZigBee 网络节点设备工作周期较短、收发信息功耗较低，并且采用了休眠模式（当不传送数据时处于休眠状态，当需要接收数据

31、时由ZigBee 网络中的协调器设备负责唤醒它们），可以确保两节五号电池支持长达六个月到两年左右的使用时间。避免了频繁更换电池或者充电，从而减轻了网络维护的负担 。数据传输可靠性高：采用了碰撞避免机制，同时为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙，避免了发送数据时的竞争和冲突。而且MAC 层采用了完全确认的数据传输机制，发送的每个数据包都必须等待接收方的确认信息，从而从根本上确保了数据传输的可靠性，最大限度地降低信息损失的概率。 网络容量大：一个 Zigbee 网络可以容纳最多 65536 个从设备和一个主设备，一个区域内可以同时存在最多100 个 Zigbee 网络。 时延小：针对时延敏感的应

32、用做了优化，通信时延和休眠状态激活的时延都非常短。设备搜索时延典型值为30ms，休眠激活时延典型值为15ms，活动设备信道接入时延为 15ms。兼容性：与现有的控制网络标准无缝集成。通过网络协调器(Coordinator)自动建立网络，采用 CSMA-CA 方式进行信道存取。为了可靠传递，提供全握手协议。 安全性：Zigbee 提供了数据完整性检查和鉴权功能，加密算法采用AES-128，同时各个应用可以灵活确定其安全属性，是网络安全得到有效的保障。 实现成本低：模块的初始成本估计在6 美元左右，很快就能降到1.52.5 美元，且 Zigbee 协议是免专利费的。 12协议套件紧凑而简单：其具体

33、实现的要求很低。 Zigbee 协议套件的需求估计：8 位微处理器，如 80C51；全协议套件软件需要 32K 字节的 ROM；最小协议套件软件大约 4K 字节的 ROM。ZigBee 协议存在的问题及解决方案802.15.4 标准是 ZigBee 协议的基础，用它实现无线数据采集，主要有以下两个问题： （1） 网络内传感器节点时钟需要同步，监控系统的多传感器信息融合时，上位机需要知道每个原始数据是何时采集的，采样的触发要求每个节点有统一的时钟； （2） 其通信速率较低，而且又受到接口通信速率的限制，加之受纠错码的编码效率影响，真正的数据发送量是很低的； 解决此问题可以通过如下的途径：传感器节

34、点采用DSP 处理器，尽可能在传感器节点一级多做些数据处理工作，尽量减少原始数据的发送量，只发送有用信息。例如，对于平稳状态的原始数据可以不发送到上位机中，只发送可疑状态前后的原始数据，这样就大大减少了数据的通信量。ZigBee 协议应用前景ZigBee 协议特别适合数据吞吐量小，网络建设投资少，网络安全要求较高，不便频繁更换电池或者充电的场合。预计将在消费类电子设备，家庭智能化，工业控制，医疗设备控制，农业自动化和无线点菜系统等领域获得广泛的应用。消费类电子产品和家庭智能化将是ZigBee 技术最有潜力的市场，家庭可以联网的设备包括电视、录象机、 PC 外设、儿童玩具、游戏机、门禁系统、窗户

35、和窗帘、照明设备、空调设备和其他家用电器等。家用设备引进ZigBee 协议后将极大改善人们的居住环境和舒适度。在工业控制领域，利用传感器和 ZigBee 网络，可是数据的自动采集，分析和处理变得更加容易；可以作为决策辅助系统的重要组成部分，例如危险化学成分的检测、火警的早期检测和预报、高速旋转机器的检测和维护。这些应用不需要很高的数据吞吐量和连续的状态更新，重点在于低功耗，可最大限度地延长电池的寿命，减少ZigBee 网络的维护成本。13在医学领域，利用传感器和 ZigBee 网络可以准确，实时地监测每个病人的血压、心率等情况，有助于医生快速做出反应，减少医生查房的工作负担。特别适合对重，危病

36、患者的监护和治疗。在现代农业中，利用传感器可以将土壤温度、氮浓度、PH 值、降水量、气温、气压和采集信息的地理位置经由ZigBee 网络传送到中央的控制部分，使农民能及早而且准确地发现问题，从而有助于保持并提高农作物的产量，减少发生灾害的概率。2.3.3 基于 ZigBee 协议的芯片 CC11OO2002 年 8 月 ZigBee 联盟成立时 Honeywell、Invensys、三菱电器、摩托罗拉和飞利浦等国际上知名的大公司就是ZigBee 协议的支持者。目前，ZigBee 已经吸引了上百家芯片研发公司和无线设备制造公司，并且不断有新的公司加盟这一联盟。现在国际上有很多公司生产基于ZigB

37、ee 协议的芯片，芯片的集成度也越来越高。例如挪威的Nordic 公司的 nRF 系列芯片，还有Chipcon 公司的无线数据传输芯片等。各个公司的芯片原理基本相同，编程规则大致相同，因此选用 Chipcon 公司的 CC1100。下面详细叙述一下CC1100 芯片的特点。CC1100是Chipcon公司推出的一款低成本单片 UHF收发器，专为低功耗无线应用而设计。该 RF芯片工作在 315 MHz、433 MHz、868 MHz 和915 MHz 的ISM（工业，科学和医学）和 SRD（短距离设备）频率波段，也可通过软件编程设置频率波段 300 MHz348 MHz、400 MHz464 M

38、Hz 和800 MHz928 MHz。CC1100 内部还集成了一个高度可配置的调制解调器。该调制解调器支持不同的调制格式，其数据传输率最高可达500 Kb/s。CC1100 能为数据包处理、数据缓冲、突发数据传输、清晰信道评估、连接质量指示和电磁波激发提供硬件支持。 CC1100 适用于AMR- 自动仪表读数、电子消费产品、RKE- 两路远程无键登录、低功率遥感勘测、住宅和建筑自动控制、无线警报和安全系统、工业监测和控制以及无线传感器网络等应用领域。1CC1100 内部结构CC1100 内部结构框图如图 2-7 所示。CC1100 先通过低噪声放大器（LNA）对接收到的射频信号进行放大，然后

39、再对信号的中间频率求积分向下转换。在中频， I/O 信号通过 ADC 进行数字化。 CC1100 的自动增益控14制（AGC），细微频率滤波和解调位 /数据包同步均数字化工作。 CC1100 发送器部分在 RF 频率直接合成的基础上实现其功能。 RF 频率合成器包含一个完整的片上 LC 压控振荡器（ VCO）和一个对接收模式下的向下转换混频器产生 I 和 Q 的 LO 信号的 90相移装置。XOSC_Q1 和 XOSC_Q2 之间连接晶体可产生合成器的参考频率，同时为数字部分和ADC 提供时钟。CC1100 的数字基带可支持频道配置、数据包处理及数据缓冲。2应用电路 CC1100 采用QLP

40、4 mm4 mm 封装，该器件共有 20 个引脚。图 2-8是Chipcon 公司推荐的CC1100应用电路，表 2-3是应用电路采用的外部元件清单。CC1100 应用电路所需外部元件根据工作频率不同而略有偏差。需要注意的是，应用电路中没有给出退耦电容。实际应用时，能量供给必须在靠近供给引脚处恰当地退耦。退耦电容器的放置及大小必须严格遵照Chipcon 公司给出的参考设计以达到最优性能图 2-7 CC1100 内部结构15图2-8 CC1100电路原理图表2-3 外部元件清单（不包括供给退藕电容）元件描述C51数字部分的片内电压调节器的 100nf退藕电容C81/C101晶体负载电容C121/

41、C131RF平衡转换器 /匹配电容C122/C123RF滤波/匹配电容C124RF平衡转换器 DC模块电容C125RF LC滤波DC模块电容（只在天线中有通路时使用）L122/L123RF LC滤波/匹配电感（便宜的多层类型）RL171内部偏电流参考的 56k电阻XTAL26MHZ27MHZ晶体L121/L131RF平衡转换器 /匹配电感（便宜的多层类型）16三三 硬件系统的设计及实现硬件系统的设计及实现在查阅相关电路和元器件资料之后，结合设计要求，确定整个硬件电路系统采用模块化的方法进行设计。 无线数据传输系统 由控制器模块 、无线数据接收和发送模块 以及电源稳压模块组成。3 3. .1 1

42、 控控制制器器电电路路无线数据传输系统的硬件控制器选用 Microchip公司PIC16F690单片机，这主要是因为 PIC单片机具有体积小 、功耗低、指令集简单 、抗干扰性好 、可靠性高等优点 。其电路设计如图 3-1所示。图 3-1 控制器电路3 3. .2 2 无无线线数数据据接接收收与与发发射射模模块块电电路路接收和发送模块功能主要由德州仪器生产的 CC1100射频芯片实现 ,该芯片可以工作在 315、433、868、915MHz 的ISM和SRD频段, 最高工作速率500kbps ,支持2- FSK、GFSK 和MSK 调制方式；CC1100的工作电压范围宽 ，能在1.83.6V之间

43、工作，完全可以采用普通电池进行供电 ，为使用带来极大的方便。可编程控制的输出功率 ，对所有的支持频率可达 +10dBm；支持传输前自动清理信道访问 (CCA)，即载波侦听系统 ；模块可软件设地址 ，17软件编程非常方便 ；单独的64 字节RX和TX数据FIFO；支持低功率电磁波激活(无线唤醒)功能。功耗极低，发送模式时 ，仅需20mA(视发射功率而定 )，接收状态时仅需 15mA，同时有很高的接收灵敏度 (-110dBm/112kb/s)。输出功率多级可调 ，可以选择多种调试方式 ，并且具有数据的自动组包与拆包，独立的发送/接收FIFO、空闲信道评估功能 ，自动唤醒功能 ，RSSI功能，自动的

44、前向纠错、 CRC校验、交织以及白化功能 ，这些功能非常适用于无线数据传输。图3-2是设计的无线数据接受和发射模块电路。图 3-2 无线模块电路3 3. .3 3 电电源源模模块块电源电路图如图 3-3 所示。220V 市电通过变压器降压成 12V 的交流电,再经过整流桥整流 ,7805 稳压到 5V 送往电子切换电路，由于本电路功耗较少，所以选用 10W 的小型变压器。3 3. .4 4 总总体体电电路路CC1100通过4线SPI总线接口（SI、SO、SCLK 和CSn）实现与单片机通信，CC1100工作在SPI的从模式，该模式同时用作写缓存数据。 SPI接口上所有操作都包含一个读 /写位，

45、一个突发访问位和一个 6 位地址的头字节。18地址和数据转换时， CSn 引脚（低电平有效）必须保持低电平。如果在转换过程中CSn变为高电平，则转换取消。当 CSn变低，在开始转换头字节之前，MCU必须一直等待，直到 SO引脚变低。 SO变低表明电压调制器已达到稳定，晶体正在工作中。除非器件处在 SLEEP或XOFF状态，SO引脚在CSn变低之后总会立即变低。单片机 PIC16F690与CC1100连接如图3-4所示。图 3-3 电源模块电路图图3-4 PIC16F690与CC1100的连接19SPI 接口初始化复位各寄存器配置寄存器信听信道空闲发送数据结束开始NY四四 软件系统的设计及实现软

46、件系统的设计及实现具体的无线通信系统的软件设计主要包括通信系统中发送和接收部分。4 4. .1 1 发发送送部部分分 发送部分流程见图 4-1所示。在信息的发送过程中 , PIC16C69单片机首先对SPI接口初始化 ，然后复位CC1100的各配置寄存器 ，再对与通信相关的寄存器包括发射功率、信道频率、误差值、以及数据格式等设置最佳参数。配置这些寄存器参数的时候操作只能在 CC1100处于IDLE(空闲)状态下进行 。当CC1100所有寄存器配置好后 ，将CC1100设置在Rx(接收)状态下，然后对信道进行侦听 ，当侦听到信道忙的时候等待 ，直到信道空闲的时候才将数据发送出去。 图4-1 发送

47、部分流程图20SPI 接口初始化复位各寄存器配置寄存器有数据读数据结束开始4 4. .2 2 接接受受部部分分无线接收流程见图 4-2所示。CC1100接收过程初始化同发送流程一样 ，不同的地方在于配置好各相关寄存器后 ，将CC1100设置在接收数据状态 ，等待BUFFER中是否有数据 ，当有数据的时候 ，将数据从接收缓冲区 RxFIFO中读出，完成接收数据包的任务 。 无有图4-2 接收部分流程图21五五 常见问题常见问题5 5. .1 1电电源源噪噪声声干干扰扰 RF电路对电源噪声干扰十分敏感，尤其是高次谐波和电压毛刺，当干扰严重时可导致 RF器件无法正常工作。因此，含 RF电路的PCB板

48、在布板时需要十分小心，电源部分一定要加耦合电路，而且最好不要采用自动布线，以保证器件可靠接地。5 5. .2 2R RF F 通通信信异异常常实验时经常会发现 CC1100之间通信异常现象，原因是接收方 RXFIFO溢出后RF 无法再接收新的数据。首先，初始化 RF时应关闭中断，然后在接收失败时清空RXFIFO就能解决此问题。22总总 结结通过这次毕业设计，我学到了不少课本上没有的知识，也锻炼了自己的动手能力，将以前学过的零散的知识串到一起。首先在毕业设计刚开始的调研阶段，我学会了怎么通过各种方式查询相关的资料。通过对这些资料的学习，我大致了解了无线通信的发展现状以及未来的发展趋势，认识到目前

49、无线通信方面的各种各样的协议，以及它们之间的竞争。了解了无线通信方面的先进技术，这些都为我未来的学习指明了方向。我毕业设计主要涉及硬件和软件两个方面的内容，通过这些我的硬件和软件开发能力都获得了提高。首先在硬件方面，基本了解了电子产品的开发流程和所要做的工作。基本掌握了Protel 99 SE 设计原理图和简单的 PCB图的方法，并设计了一个单片机最小系统。通过开发板的设计和硬件搭建的过程，使我对 PIC 系列单片机的接口有了更深层次的理解，熟悉了一些单片机常用的外围电路的引脚和连接方法，如LED 数码管，键盘等。在软件方面，通过串行口调试工具的开发，我基本掌握了汇编语言的使用方法，加深了对类

50、封装的理解。通过开发板驱动程序的开发，使我熟练掌握了 Keil uVision2，熟悉了 PIC 系列单片机内部的寄存器和编程规则，以及如何控制外围电路。当然，由于单片机功能的局限性，当面对很复杂的系统时，单片机就不太合适。这是因为单片机的引脚过少，能够使用操作系统过于简单，不能进行复杂的工作调度，也不能驱动复杂的外围电路，因此使用单片机完全实现复杂系统的要求比较困难。近几年来，处理器已经 32 位机，尤其是以ARM(Advanced RISC Machines)为内核的 32 位处理器受到越来越多嵌入式开发人员的青睐。 ARM 处理器支持复杂的嵌入式操作系统，例如Win CE,UClinux

51、 等。可以进行复杂的功能调度，而且能够驱动比较复杂的外围电路例如触摸屏等。这样使用 ARM 处理器和嵌入式操作系统，配合 嵌入式移动数据库技术 ，更能完成复杂系统的要求。 所以，毕业设计也给我将来的23学习指明了一个方向。致致 谢谢毕业设计是四年大学生活的最后一个阶段，在这个阶段我得到了很多老师和同学的帮助。在毕业设计完成之即，首先感谢指导老师张庆辉副教授。大学期间张老师渊博的知识和优秀的教学方法给我留下了深刻的印象，使我受益匪浅。在毕业设计的一个多学期以来，张老师经常抽出宝贵的时间来指导我，在论文修改过程中，给我提出了许多宝贵的意见。张老师严谨的治学态度、勇于开拓创新的胆识和忘我的工作精神，

52、为我们树立了很好的榜样，尤其是张老师积极进取的精神，让我深受启发。在此，对张老师表示衷心的感谢！同时也要感谢实验室里面各位同学和我的室友，给我创造了良好的科研环境，使我的毕业设计能够顺利完成。还要感谢我的母校，为我提供了这么好的条件！最后还要 衷心感谢我的家人，他们在生活上给我最好的保证，使我能安心学习，以优异的成绩毕业。24参考文献及参考文献及相关网站相关网站1 朱善君，孙新亚，吉吟东编著 .单片机接口技术与应用 .北京：清华大学出版社，20052 王福瑞等编著 .单片微机测控系统设计大全 .北京：北京航空航天大学出版社，20043 先锋工作室 .单片机程序设计实例 .北京：清华大学出版社

53、，20034 籍顺心等编著 .单片机的C语言应用程序设计 .北京：北京航空航天大学出版社，19995 魏忠，蔡勇等编著 .嵌入式详解 .电子工业出版社， 20036 秦晓梅，陈育斌，扬建华 .单片机综合设计试验的建设与开发 .中国科技论文统计源期刊 ，2004，第二期：85-877 李勇，杨玉军 .提高单片机多机通信系统可靠性的方法 .工矿自动化，2004，第一期：47-488 唐德洲,邱寄帆. 数字电子技术应用 2004 年，第 4 期：12159 衣承斌，刘金南. 模拟集成电子技术 前景. 电子世界， 2002 年，第10 期：222410 姚立真. 通用电路模拟技术及软件应用 SPICE

54、 和 PSPICE. 电子化博览, 2002, 35-8011 陈梓城. 常用电子电路设计与调试 . 信息技术, 2001 (22): 57-5912 吴运昌.模拟集成电路原理与应用 .华南理工大学出版社，2005，109110 13 王远.模拟电子技术 . 机械工业出版社 ,1994，910 14 黄正瑾.在系统编程技术及应用 . 通信技术, 2003, 144(12): 120-121, 13015 谢沅清，解月珍. 电子电路基础 . 人民邮电出版社 ,1999，183016 郑崇勋. 数字系统故障对策与可靠性技术 . 国防工业出版社 ,1995，92017 周政新.电子设计自动化实践与训

55、练 . 自动化博览 , 2002, 4: 5-82518 邱寄帆.数字逻辑电路 CAI. 清华大学出版社， 200019 Comer Douglas. Operating System Design. The XLNU Approach. Englewood Cliffs. New Jerser.Prentice-Hall.1984http:/http:/http:/http:/http:/http:/http:/26附附 录录;*; * CC1100 部分 *;*;初始化 SPI;复位 CC1100;*RECC1100CLRWDT ;看门狗BANKSEL PORTA ;BANK 0BCF P

56、ORTC,7 ;CSNBCF PORTC,5 ;SCKBSF PORTC,7 ;CSNCALL DEL20MS ;延时BSF PORTC,5 ;SCKBCF PORTC,4 ;SIBCF PORTC,7 ;CSNCALL DEL50USBSF PORTC,7 ;CSN CALL DEL20MS ;延时大于 45USBCF PORTC,7 ;CSN CLRWDT ;看门狗BTFSC PORTD,6 ;等待 SO 变低GOTO $-2;发送 SRES 命令 MOVLW H30 MOVWF CC1100Z CALL WRT_8BIT ;等待 SO 变低，复位完成 IDLE CLRWDT ;看门狗 B

57、TFSC PORTD,6 ;SO GOTO $-2 BSF PORTC,7 ;CSN;12/22 调试BSF PORTC,5 ;SCKBCF PORTC,4 ;SI;12/22 调试 BANKSEL PORTA ;BANK 0CLRWDT ;看门狗 RETURN27;*;程序：WRT_8BIT;功能：把 CC1100Z 中的数据通过 SI 口写到 CC1100 中;入口：CC1100Z（存放要发送的数据）;调用：DEL1US;资源：公用暂存器 R0(八位计数);*WRT_8BIT CLRWDT ;看门狗 BANKSEL PORTA ;BANK 0 MOVLW H08 MOVWF R0 ;传送数

58、据的位数 8W8BIT0 CLRWDT ;看门狗 BCF PORTC,5 ;SCK RLF CC1100Z,1 ;带进位左循环移位 BTFSC STATUS,C GOTO W8BIT1 BCF PORTC,4 ;SI GOTO W8BIT2W8BIT1 CLRWDT ;看门狗 BSF PORTC,4 ;SIW8BIT2 CLRWDT ;看门狗 CALL DEL1US BSF PORTC,5 ;SCK 发送一位数据 CALL DEL1US DECFSZ R0,1 ;R0 不为 0 跳转到 WT0 GOTO W8BIT0 BCF PORTC,5 ;SCK BANKSEL PORTA ;BANK 0

59、 CLRWDT ;看门狗 RETURN;*;程序：WRT_WORD;功能：向 CC1100 的某地址写一个数据;入口：CC1100A（地址）CC1100D(数据）;调用：WRT_8BIT;*28WRT_WORD CLRWDT ;看门狗 BANKSEL PORTA ;BANK 0 MOVF CC1100A,0 MOVWF CC1100Z BCF CC1100Z,7 BCF PORTC,7 ;CSN CLRWDT ;看门狗 BTFSC PORTD,6 ;SO GOTO $-2 CALL WRT_8BIT ;调用写 8 字节程序 MOVF CC1100D,0 MOVWF CC1100Z CALL W

60、RT_8BIT BSF PORTC,7 ;CSN;12/22 调试BSF PORTC,5 ;SCKBCF PORTC,4 ;SI;12/22 调试 BANKSEL PORTA ;BANK 0 CLRWDT ;看门狗 RETURN;*;程序：WRT_BURST;功能：向 CC1100 的 TXFIFO 写一组数据;入口：DATA1,DATA2,DATA3,DATA4(数据）;调用：WRT_8BIT,WRT_WORD;*WRT_BURSTCLRWDT ;看门狗 BANKSEL PORTA ;BANK 0 MOVLW H3F MOVWF CC1100Z BCF CC1100Z,7 ;把高位置 0 用