无线传感网络

1、无线传感网络无线传感网络目录目录 概述概述 课程要求课程要求 模块介绍模块介绍Contents概述概述 无线传感网络 (传感器+无线通信模块) 分布式传感器 检测相关的环境变量（温度，声强，应变力） 通过无线网络将数据传输至终端. 远程控制传感器运行. 课程要求课程要求 分组：2人一组 选题：10选一 完成实验设计并撰写报告模块介绍模块介绍IEEE 802.11BluetoothWi-Fi5529的时钟的时钟 MSPF5529时钟系统包含时钟系统包含5个时钟源：个时钟源：LFXT1 外部低频振荡源，32.768KHZ，可以用作FLL的参照源；XT2 外部高频振荡源，4MHZ；VLO （Inte

2、rnal very low）内部低耗低频振荡源，典型为10KHZ，精度一般；REFO 内部低频参照源，32.768KHZ，常被用作锁相环FLL的基准频率，精度很高，不使用时不消耗电源，其设置往往要参考LPM模式的的设置；DCO （Internal digitally-controlled）内部数字控制振荡源，一般通过FLL来设置；5529的时钟的时钟 通常使用通常使用3种时钟信号，它们都来自于上述种时钟信号，它们都来自于上述5个信号源：个信号源：ACLK （Auxiliary clock）辅助时钟，其时钟源可由软件控制从XT1、REFOC、VLO、DCO、DCOCLKDIV、XT2里面选取。其

3、中DCOCLKDIV是由DCO经1、2、4、8、16或者32分频得到。注意，ACLK同样可以再次被1、2、4、8、16或者32分频。MCLK （Master clock）主时钟，其特性与ACLK一模一样。SMCLK （Subsystem master clock）子系统时钟，其特性与ACLK一模一样。UCS的操作说明的操作说明 开机上电时默认的时钟情况为：开机上电时默认的时钟情况为： ACLK：XT1（无效时，低频模式切换为REFO，其他情况切换为DCO） MCLK：DCOCLKDIV SMCLK：DCOCLKDIV 此外，此外，FLL的参照源默认XT1； 如果连接XT1和XT2的引脚不进行P

4、XSEL的设置，那么这两个时钟源都是无效的； REFOCLK、VLOCLK、DCOCLK默认状态下是可用的； 系统稳定后，系统稳定后，DCOCLK默认为默认为2.097152MHZ，FLL默认默认2分频，则分频，则MCLK和和SMCLK的频率都为的频率都为1.048576MHZ。USC的操作说明的操作说明关于操作说明的简单总结：关于操作说明的简单总结：VLO的选择是最简单的，不需要顾及其它情况；REFO的选用，需要参考不同的工作模式，有多种限制；XT1和XT2特点相同。使用的时候，不仅要配置与其相连的引脚，还要配置电容，还要注意其本身工作在低频还是高频模式。而且，在不同工作模式下也有不同的要求

5、；DCO作为数控振荡器，其频率的调节不仅可以通过自身设定，也可以通过FLL锁相环设定；USC的操作说明的操作说明FLL锁相环，是变换频率的灵活选择。它既可以设置基准频率，也可以选择分频数，还可以被直接关闭来实现降低功耗等目的；UCS系统带有时钟信号错误保护机制；对有严格时序要求的地方，要选择精度高的时钟源，并且做好FLL和DCO部分的调制设置；不同模式下（有些时钟源是禁止的）的时钟控制图：（只需用到的时候注意一下即可，查表）时钟系统框图时钟系统框图时钟寄存器配置时钟寄存器配置时钟控制寄存器时钟控制寄存器功能功能UCSCTL0设置DCO和MOD的值，通过数控振荡器产生DCOUCSCTL1DCO频

6、率范围选择UCSCTL2设置DCO的倍频系数（FLLN）和分频系数（FLLD）UCSCTL3锁相环（FLL）参考电压选择及分频系数UCSCTL4MCLK、SMCLK、ACLK时钟源选择UCSCTL5各时钟信号分频系数选择UCSCTL6XT1、XT2配置及匹配电容选择UCSCTL7时钟系统的震荡失效标记位设置UCSCTL8各时钟信号是否启用设置（默认启用）UCSCTL9高频振荡器震荡电压选择例程例程void INIT_UCS (void)volatile unsigned int i;SetVcoreUp (0 x01);SetVcoreUp (0 x02); SetVcoreUp (0 x03

7、); /核心电压设置UCSCTL3 = SELREF_2; / DCO锁相环参考电压设置为REFOUCSCTL4 |= SELA_2; / 设置 ACLK = REFO_bis_SR_register(SCG0); / 禁止FLL频率回路UCSCTL0 = 0 x0000; / 设置最低的DCOx, MODxUCSCTL1 = DCORSEL_7; / 将DCO操作范围设置为50MUCSCTL2 = FLLD_0 + 762; / 将DCO倍频至25MHz_bic_SR_register(SCG0); /使能FLL倍频会录例程例程 _delay_cycles(782000);/ 32 x 32

8、 x 25 MHz / 32,768 Hz 780k 主时钟周期等待DCO启动， n x 32 x 32 x f_MCLK / f_FLL。 do UCSCTL7 &= (XT2OFFG + XT1LFOFFG + DCOFFG); / 清除 XT2,XT1,DCO 错误标记 SFRIFG1 &= OFIFG; / 清除震荡失效位 while (SFRIFG1&OFIFG);/检测是否有震荡失效发生5529的的ADC 概述：AD部分主要配置ADC12模块的时钟、参考源、采样通道、采样模式、存储和采样保持时间。5529的的ADC 5529的采样值转换公式 Vin为采样输入

9、电压 Vr-为负参考电压，一般为地 Vr+为正参考电压，一般为3.3V，2.5V，1.5VADC12采样模式采样模式 单通道重复采样单通道重复采样ADC12的中断的中断 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的基础设置ADC12CLT1ADC12的基础设置ADC12CLT2ADC12的基础设置ADC12IFGADC12的中断标记位寄存器ADC12IEADC12的中断使能控制ADC12IVADC12的中断向量存储寄存器ADC12MEM0-15存储ADC转换结果，不同的采样通道转换到不同的寄存器中ADC12MCTL0-15ADC12

10、存储控制寄存器例程例程void ADC_INIT (void) /ADC初始化函数初始化函数 P6SEL |= 0 x02; / 将P6.1选择为AD模式 ADC12CTL0 = ADC12ON+ADC12SHT0_8+ADC12MSC; /64个采样周期，重复采样 ADC12CTL1 = ADC12CSTARTADD_1+ADC12SHP+ADC12CONSEQ_2; / 采样转换起始地址为A1，使用采样定时器作为采样触发，采用ADCOSC内部5M的时钟 ADC12MCTL1 = ADC12INCH_1; ADC12IE = 0 x02; / Enable ADC12IFG.0 ADC12C

11、TL0 |= ADC12ENC; / Enable conversions ADC12CTL0 |= ADC12SC; / Start conversion通信协议通信协议 IIC通信（SCL，SDA）陀螺仪，三轴加速度计等； SPI通信（CS，SCK，MOSI，MISO）433M，RFID，ZigBee等； UART通信（TXD，RXD）WiFi，蓝牙，GPRS等；UART通信通信 UART是一种通用串行数据总线，用于异步通信。该总线双向通信，可以实现全双工传输和接收UART通信通信 UART作为异步串口通信协议的一种，工作原理是将传输数据的每个字符一位接一位地传输。 其中各位的意义如下：

12、起始位：先发出一个逻辑”0”的信号，表示传输字符的开始。 数据位：紧接着起始位之后。资料位的个数可以是4、5、6、7、8等，构成一个字符。通常采用ASCII码。从最低位开始传送，靠时钟定位。 奇偶校验位：资料位加上这一位后，使得“1”的位数应为偶数(偶校验)或奇数(奇校验)，以此来校验资料传送的正确性。UART通信通信 停止位：它是一个字符数据的结束标志。可以是1位、1.5位、2位的高电平。 空闲位：处于逻辑“1”状态，表示当前线路上没有资料传送。 波特率：是衡量资料传送速率的指标。表示每秒钟传送的符号数（symbol）。一个符号代表的信息量（比特数）与符号的阶数有关。例如资料传送速率为120

13、字符/秒，传输使用256阶符号，每个符号代表8bit，则波特率就是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，通过对UART的寄存器进行配置来实现相对应的功能。因为5529硬件包含多种通信协议，所以应先把UCMODEx选择为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通信模块工作在复位状态UCA0CTL1 |= UCSS

14、EL_SMCLK; / SMCLK作为时钟源，调整为25M.以便计算正确的波特率UCA0CTL0 &=0XFF; /选择UART模式。/此寄存器也用于选择数据格式。8bit，1stop，0dd 校验。校验关闭UCA0BR0 = 217; / 8位寄存器，25000000/115200=217UCA0BR1 = 0;UCA0MCTL |= UCBRS_1 | UCBRF_0;/波特率发生器分频系数 UCA0CTL1 &= UCSWRST; / 关闭软件复位，打开总开关UART发送例程发送例程int Uart0Sends(unsigned char *str)while(*str!

15、=0)while (!(UCA0IFG&UCTXIFG); / 检测UCA0TXBUF是否为空UCA0TXBUF=*str;while ( (UCA0STAT&0X01) = 1); /状态检测，等待忙碌标识为空str+;return 0;IIC通信通信 I2C(InterIntegrated Circuit)总线是一种由PHILIPS公司开发的两线式串行总线，用于连接微控制器及其外围设备。I2C总线产生于在80年代，最初为音频和视频设备开发，如今主要在服务器管理中使用，其中包括单个组件状态的通信。例如管理员可对各个组件进行查询，以管理系统的配置或掌握组件的功能状态，如电源和系

16、统风扇。可随时监控内存、硬盘、网络、系统温度等多个参数，增加了系统的安全性，方便了管理。 IIC通信通信 I2C总线最主要的优点是其简单性和有效性。由于接口直接在组件之上，因此I2C总线占用的空间非常小，减少了电路板的空间和芯片管脚的数量，降低了互联成本。总线的长度可高达25英尺，并且能够以10Kbps的最大传输速率支持40个组件。I2C总线的另一个优点是，它支持多主控(multimastering)， 其中任何能够进行发送和接收的设备都可以成为主总线。一个主控能够控制信号的传输和时钟频率。当然，在任何时间点上只能有一个主控。IIC通信通信 I2C串行总线一般有两根信号线，一根是双向的数据线S

17、DA，另一根是时钟线SCL。所有接到I2C总线设备上的串行数据SDA都接到总线的SDA上，各设备的时钟线SCL接到总线的SCL上。IIC通信通信 I2C总线在传送数据过程中共有三种类型信号， 它们分别是：开始信号、结束信号和应答信号。 开始信号：SCL为高电平时，SDA由高电平向低电平跳变，开始传送数据。 结束信号：SCL为高电平时，SDA由低电平向高电平跳变，结束传送数据。 应答信号：接收数据的IC在接收到8bit数据后，向发送数据的IC发出特定的低电平脉冲，表示已收到数据。CPU向受控单元发出一个信号后，等待受控单元发出一个应答信号，CPU接收到应答信号后，根据实际情况作出是否继续传递信号

18、的判断。若未收到应答信号，由判断为受控单元出现故障。IIC通信通信 在I2C总线通信的过程中，参与通信的双方互相之间所传输的信息种类归纳如下。主控器向被控器发送的信息种类有：启动信号、停止信号、7位地址码、读写控制位、10位地址码、数据字节、重启动信号、应答信号、时钟脉冲。被控器向主控器发送的信息种类有：应答信号、数据字节、时钟低电平。IIC通信信号通信信号 下面对I2C总线通信过程中出现的几种信号状态和时序进行分析。总线空闲状态。I2C总线总线的SDA和SCL两条信号线同时处于高电平时，规定为总线的空闲状态。此时各个器件的输出级场效应管均处在截止状态，即释放总线，由两条信号线各自的上拉电阻把

19、电平拉高。IIC通信信号通信信号 启动信号。在时钟线SCL保持高电平期间，数据线SDA上的电平被拉低（即负跳变），定义为I2C总线总线的启动信号，它标志着一次数据传输的开始。 启动信号是一种电平跳变时序信号，而不是一个电平信号。启动信号是由主控器主动建立的，在建立该信号之前I2C总线必须处于空闲状态，如图所示IIC通信信号通信信号 IIC通信信号通信信号 停止信号。在时钟线SCL保持高电平期间，数据线SDA被释放，使得SDA返回高电平（即正跳变），称为I2C总线的停止信号，它标志着一次数据传输的终止。停止信号也是一种电平跳变时序信号，而不是一个电平信号，停止信号也是由主控器主动建立的，建立该信

20、号之后，I2C总线将返回空闲状态。IIC通信信号通信信号 数据位传送。 在I2C总线上传送的每一位数据都有一个时钟脉冲相对应（或同步控制），即在SCL串行时钟的配合下，在SDA上逐位地串行传送每一位数据。进行数据传送时，在SCL呈现高电平期间，SDA上的电平必须保持稳定，低电平为数据0，高电平为数据1。只有在SCL为低电平期间，才允许SDA上的电平改变状态。逻辑0的电平为低电压，而逻辑1的电平取决于器件本身的正电源电压VDD（当使用独立电源时），如图所示。IIC通信信号通信信号 IIC通信信号通信信号 应答信号。I2C总线上的所有数据都是以8位字节传送的，发送器每发送一个字节，就在时钟脉冲9期

21、间释放数据线，由接收器反馈一个应答信号。应答信号为低电平时，规定为有效应答位（ACK简称应答位），表示接收器已经成功地接收了该字节；应答信号为高电平时，规定为非应答位（NACK），一般表示接收器接收该字节没有成功。对于反馈有效应答位ACK的要求是，接收器在第9个时钟脉冲之前的低电平期间将SDA线拉低，并且确保在该时钟的高电平期间为稳定的低电平。IIC通信信号通信信号 IIC通信例程通信例程模拟模拟I/O口如何配置口如何配置#define SDA_L P1OUT&=BIT5/EEPROM数据线低#define SDA_H P1OUT|=BIT5/数据线高#define SDA_OUT P

22、1DIR|=BIT5/设置数据线为输出状态#define SDA_IN P1DIR&=BIT5/设置数据线为输入状态#define SDA_DATE P1IN & BIT5/读入SDA线的状态#define SCL_L P1OUT&=BIT4/串行时钟线低#define SCL_H P1OUT|=BIT4/时钟高#define SCL_OUT P1DIR|=BIT4/设置时钟线为输出状态IIC通信例程通信例程void write1byte(uchar byte1) unsigned char i=8; SDA_OUT; SCL_OUT; while(i-) /每一个字节

23、必须保证是8位长度。数据传送时，先传送最高位（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是串行外设接口（Serial Peripheral Interface）的缩写。SPI，是一种高速的，全双工，同步的通信总线，并且在芯片的管脚上只占用四根线，节约了芯片的管脚，同时为PCB的布局上节省空间，提供方便SPI通信通信 SPI接口经常被称为4线串行总线，以主/从方式工作，数据传输过程由主机初始化。如图1所示，

24、其使用的4条信号线分别为：1) SCK：串行时钟，用来同步数据传输，由主机输出；2) MOSI：主机输出从机输入数据线；3) MISO：主机输入从机输出数据线；4) CS：片选线，低电平有效，由主机输出。SPI通信通信 其中，CS是控制芯片是否被选中的，也就是说只有片选信号为预先规定的使能信号时（高电位或低电位），对此芯片的操作才有效。这就允许在同一总线上连接多个SPI设备成为可能。 接下来就负责通讯的3根线了。通讯是通过数据交换完成的，这里先要知道SPI是串行通讯协议，也就是说数据是一位一位的传输的。这就是SCK时钟线存在的原因，由SCK提供时钟脉冲，MISO，MOSI则基于此脉冲完成数据传

25、输。数据输出通过 MOSI线，数据在时钟上升沿或下降沿时改变，在紧接着的下降沿或上升沿被读取。完成一位数据传输，输入也使用同样原理。这样，在至少8次时钟信号的改变（上沿和下沿为一次），就可以完成8位数据的传输。SPI通信通信 在一个SPI时钟周期内，会完成如下操作：1) 主机通过MOSI线发送1位数据，从机通过该线读取这1位数据；2) 从机通过MISO线发送1位数据，主机通过该线读取这1位数据。这是通过移位寄存器来实现的。如图所示，主机和从机各有一个移位寄存器，且二者连接成环。随着时钟脉冲，数据按照从高位到低位的方式依次移出主机寄存器和从机寄存器，并且依次移入从机寄存器和主机寄存器。当寄存器中的内容全部移出时，相当