ZigBee无线传感网技术与应用 课件 项目二任务一 测试输出信号

Zigbee无线传感网技术与应用空调排气系统0201了解I/O的概念03掌握查看芯片资料方法05了解与、或、非的作用06掌握如何驱动排气扇04掌握使用万用表测量输出电压02了解什么是数字信号学习目标Learningobjectives任务一：测试输出信号任务要求要求读者查看芯片资料在ZigBee开发板上将对应的I/O口设置成输出，驱动对应的I/O口，输出高电平与低电平的电压。查看芯片资料与电路原理图，找到对应I/O口测量位置，使用万用表直流电压档测量I/O口输出电压变化情况。任务目标Missionobjectives01了解什么是数字信号03了解什么是I/O05掌握设置I/O口为输出模式方法06掌握使用万用表测量信号方法04掌握查看芯片资料方法02掌握常用的进制转换方法储备知识进入21世纪，在生活中常常听到“数字时代已经到来”这个说法，然而对于什么数字时代一无所知，在了解什么是数字时代之前先了解数字这个概念，这里说的数字并不是传统意义上的阿拉伯数字，作者理解数字是“通过简单的数字如0、1数字排列组合成大量的数字序列”这大量数字序列可以表示一个字、表示一张图片、表示一段视频、一步电影甚至一个世界。这就是现在“数字”所赋予的意义。1.数字时代已经到来数字时代就如同一部经典的科幻电影“黑客帝国”中的一幕经典的片段：主角“尼奥”在计算机虚拟世界“母体”中被反派角色用手枪打倒，就在被打倒的同时他突然觉醒了一个能力，就是看穿世界的能力，在他眼里整个世界就是一系列的数字阵列组合而成。储备知识他所见到的反派角色也成为了一大堆的数字阵列，他在其中就拥有的超能力无所不能。数字阵列如下图所示：1.数字时代已经到来虽然电影有许多虚假的成分，但是这些的片段的灵感与技术都源于生活当中，近期十分火爆的VR技术不就是跟电影中的设想很相识吗。这就是将来的数字时代，我们生活在一个无处不在的数字当中。作者剪辑了电影部分视频片段有兴趣读者可在配套资料找到相关电影片段。储备知识生活当中实际所看到的图片、视频等信息都是由数字构成的也就是0101afab123e的码构成，就是计算机中的二进制码或十六进制码，构成十六进制码的最小单位就是二进制码，在专业中所描述的数字信号只有两种0与1。在单片机编程中经常使用十六进制Hex与二进制Bin表示数值，这里针对没有基础的读者说明十六进制码与二进制码，如读者已经掌握本知识可跳过本内容。1.数字时代已经到来数字信号 十六进制十六进制即逢十六进一，与我们熟悉的十进制则逢十进一原理类似，这里有个问题1-9可以表示，但10-15则无法表示，所以十六进制则以A、B、C、D、E、F分别表示10、11、12、13、14、15。图：十六进制储备知识二进制即逢二进一，与进位原理与十进制的原理相同，二进制的原理比十六进制来的简单只有两种情况0或1，同时二进制也是构成计算机软件的最基本的元素，也是数字信号中最为基本的元素，上述的十六进制也是由二进制0或1组成。在微观计算机软件世界中二进制是构成计算机软件所有代码元素即机器语言。1.数字时代已经到来二进制二进制十分神奇，即0、1可以表示为有或没有、黑与白、阴与阳、是与非等，这与中国古代太极惊人相识。太极即是阐明宇宙从无极而太极，以至万物化生的过程。其中的太极即为天地未开、混沌未分阴阳之前的状态。易经系辞：“是故易有太极，是生两仪”。两仪即为太极的阴、阳二仪。储备知识二进制的明人是德国思想家莱布尼茨（1646-1716年），他大约在20岁时就已经知道了最初由欧洲来华传教士所介绍的中国《易经》。后来他虽然率先明出二进制，但由于没有找到对其可靠性及意义的有力支持，因此迟迟没有表其论文，直到1697年他与法国传教士白晋相识、随后通信交流对《易经》的看法之后，才使他看到古老《易经》的六十四卦和二进制的数码相对应，给予他极大的启和鼓舞，并于1705年把论文表出来，题为《关于仅用0和1两个符号的二进制算术的说明，并以此解释古代中国伏羲图的探讨》。1.数字时代已经到来图：太极图与二进制储备知识在单片机编程中较为常用的进制转换为二进制转十六进制的计算，所以以二进制转十六进制为主介绍进制转换，介绍最为简单并且快速的计算方法，要求读者掌握其中计算方法后在5秒内得到转换的结果。首先观察右图所示的二进制码与转换结果。计算十六进制步骤分3步走，接下来跟着步骤开始学习吧。1.数字时代已经到来十六进制转换二进制储备知识1.数字时代已经到来步骤1：拆分，将二进制以4位进行拆分，分为0011、1100两个二进制。图：拆分法步骤2：累加，记住一个公式8、4、2、1，分别对应到所在1的位置，并进行累加求和，为0的位置不作为累加。图：累加法储备知识1.数字时代已经到来步骤3：换字母，在得到对应的数字后将10以后的数据转换为字母，10-A、11-B、12-C、13-D、14-E、15-F。图：转换法储备知识1.数字时代已经到来00001111:_____00110101:_____10110001:_____10001111:_____10110011:_____10110001:_____11001111:_____00010011:_____11110011:_____10000111:_____00110011:_____11111111:_____

11001111:_____01010011:_____11110011:_____11000111:_____10110111:_____11111011:_____思考：通过学习转换进制的三步走，接下来思考几道进制转换的练习题并以在2分钟时间内计算中所有结果。储备知识在学习完十六进制转二进制之后，相信读者已经对于其中的转换有了基本的了解，接下来开始学习二进制转十六进制的方法。同样分3步走，同样要求在5秒钟得到最后结果，步骤如下所示。1.数字时代已经到来二进制转十六进制步骤1：拆分，将十六进制以一位为单位进行拆分。图：拆分法储备知识1.数字时代已经到来步骤2：转换，将字母F转换为数字。图：转换法储备知识1.数字时代已经到来步骤2：减法，将拆分的结果分别减去8、4、2、1，结果不为0或负数则该位为1，为0介绍后续的减法，直到无法减到0为止。图：计算数值储备知识1.数字时代已经到来ee:_______fe:_______18:_______21:_______bd:_______12:_______35:_______aa:_______98:_______11:_______81:_______87:_______思考：通过学习转换进制的三步走，接下来思考几道进制转换的练习题并以在2分钟时间内计算中所有结果。储备知识除了口算计算进制转换外，也可以使用windows提供的计算工具计算进制变换，但是作者还是建议读者尽量自行计算。计算步骤如下所示。1.数字时代已经到来系统自带计算器计算步骤1：在系统桌面中按下键盘快捷键“Windows+R”在启动运行窗体，在窗体中输入“calc”回车，或在开始菜单中附件找到计算机启动。建议使用快捷键方式提高工作效率。图：计算机运行储备知识1.数字时代已经到来步骤2：在启动界面中点击“查看”选择模式->程序员型->选择十六进制。图：计算器模式选择储备知识1.数字时代已经到来步骤3：输入计算内容“FE”，然后再次点击“二进制标签”。图：计算结果储备知识I/O，为In、Out的英文简称，其字面意思为输入和输出，再到计算机术语就是信号输入与信号输出，再到电子技术的术语就是电压或电流的输入与输出。Out输出可以将它理解成一跟包含开关的电缆线。当开关打开的时候则通上了电，关闭时则没有电这就是输出。2.这就是I/OIn输入与Out输出储备知识2.这就是I/OIn则表示输入，本身我接收方接收信号，也就是信号从另外的一端发送给自己，有时无法控制什么时候接收到信号，由另一端决定。图：输入表示储备知识为了理解单片机I/O口是处于输入还是输出，这里将项目一LED灯与芯片进行一个简单理解。2.这就是I/O单片机中的I/O口图：电路图在确定输出类型后，数字信号分为两种即0或1，在电子专业的表述是高电平与低电平，通常5V和3.3V电平大致是2V以上表示高电平，0.8V以下是低电平。电平：在数字电路中，分为高电平和低电平，分别用1和0表示。一个数字电路的管脚，总是存在一个电平的，要么高要么低，或者说要么1要到0。知识补充储备知识本案例提供的芯片手册，为了更好的用于教学，为官方提供的英文版本翻译而来，（作者又将其做了处理与网络版本相比去除了无用的广告部分），如果读者的英文水平较高也可使用英文版本作为开发手册使用更加贴近开发流程（较为新的芯片正常只有英文资料）。在正规公司的芯片资料中一般都会有目录，可大致浏览目录内容，查看头几页芯片介绍初步了解芯片特性，关键在于了解芯片的ROM、RAM、I/O口、片内频率、外设等信息为后续开发提供思入。在芯片资料中通过软件“搜索”功能搜索关键字，找到设置选项。如需要设置如下图所示，搜索关键字。3.查看芯片资料查看芯片概述（注：资料资料位于“项目二\cc2530芯片手册.pdf”）储备知识通过搜索可以找到一张CC253X方框图，如右图所示。这张方框图即介绍了芯片的所有功能模块与片内内存、时钟等信息，作为开发者需要了解其一些必要信息如：CC253X系列的芯片时钟为32MHz、128/256K的Flash、8K的RAM共有P0、P1、P2二个8位I/O口、一个5位I/O口等信息。3.查看芯片资料储备知识在开始设置I/O之前需要明确我们的任务目的，即找到设置I/O口为输出模式的寄存器，并查看对应“每位”功能加以计算得出赋值数值。3.查看芯片资料芯片I/O设置步骤1：通过上述搜索法，搜索所需的芯片I/O口设置对应资料，先试试搜索“I/O”关键字定位我们资料位置。看到一张表名称为“SFR概览”的表。图：设置I/O关键字储备知识3.查看芯片资料步骤2：SFR表示寄存器在芯片中对应的实际物理地址对应寄存器名称，查看表中对应的描述，查看对应表述中是否有提到端口输出的文字描述，可以看到PxSEL、PxINP、PxDIR（x表示1、2、3）均为设置IO口的设置功能寄存器。图：SFR表储备知识3.查看芯片资料外设功能：表示I/O作为如串口、ADC、PWM输出等其他功能时使用。8位Bit：计算机编程中通常以从0开始表示数据，即0-7表示8位数据。步骤3：搜索对应寄存器更加详细的描述信息，PxSEL如下图所示，可见PxSEL控制的是I/O口是否是作为通用I/O口或者以外设功能使用。设置成0为IO口1位外设口还用。图：设置P0SEL知识补充储备知识3.查看芯片资料步骤4：计算具体数据，假设需要将P0口中P0.0、P0.1作为外设口使用，其他口作为普通I/O口使用，需计算出结果，计算过程如下图所示。根据分析图？，其中7:0表示P0SEL第7位到第0位控制着P0.7-P0.0口的功能选择，故只需要将P0.0，P0.1设置为1其他几位设置成0即可。图：计算结果储备知识3.查看芯片资料（1）将P1.1、P1.4、P1.3设置为外设其他均为通用I/O使用，需修改___P1SEL___寄存器为

1a

数值。（2）将P2.0与P2.6设置为通用I/O口其他均为外设使用，需修改_P2SEL_寄存器为

BE

数值。（3）将P2.2、P2.7设置为外设其他均为通用I/O使用，需修改_________寄存器为__________数值。（4）将P0.2、P0.3设置为外设其他均为通用I/O使用，需修改_________寄存器为__________数值。思考：根据要求填写答案：储备知识3.查看芯片资料步骤5：在理解PxSEL后，继续搜索下一个关键字P0DIR（P0INP为输入的控制本项目重点讲解输出在后续项目会介绍）如下图所示。可见PxDIR，为控制I/O口方向的寄存器，其中7:0表示第7位到第0位。0表示输入，1表示输出。计算方式与刚刚所述的是一致的。储备知识3.查看芯片资料（1）将P2.0、P2.1、P2.6设置为输出其他均为输入，需修改__P2DIR___寄存器为___43___数值。（2）将P1.2与P1.7设置输出其他均为输入，需修改____P1DIR_____寄存器为____84____数值。（3）将P0.1、P0.2设置为输入其他均为输出，需修改_________寄存器为__________数值。（4）将P1.2、P1.3设置为输入其他均为输出，需修改_________寄存器为__________数值。思考：根据要求填写答案：4.编写代码任务实施本任务所需软件已安装至电脑可直接使用。本任务所需硬件：下载器*1、ZigBee开发板*1、5V电源适配器*1、USB下载线*1。环境准备4.编写代码任务实施步骤1：新建工程->工程名称为“IO输出”->保存->新建语言程序.c文件名称为“main.c”->设置Opion->编写最简单的代码，代码右图所示。（新建工程具体步骤，不再重复介绍）编写代码#include"iocc2530.h"voidmain(){

while(1){

}}4.编写代码任务实施#include"iocc2530.h"voidmain(){P1SEL=0xe4;P1DIR=0x1b;

while(1){

}}图：LED电路图步骤2：查看LED电路图计算并设置I/O口外设与输出模式，如下图所示，需设置P1.0、P1.1、P1.3、P1.4为输出、并为普通IO口使用，其他暂时作为外设与输入使用，计算结果赋给P1SEL、P1DIR两个寄存器。代码如下所示。1110

0100

0xE4

0001

1011

=

0x1bC语言十六进制表示：在C语言中表示十六进制的数值，使用“0x”表示十六进制数值，如不加则表示10进制数值，标准C语言中没有二进制的表示方式。知识补充步骤3：编写点亮D6、D5两个LED灯代码，即I/O口输出高电平代码P1=0x18，代码如下所示。#include"iocc2530.h"voidmain(){P1SEL=0xe4;P1DIR=0x1d;

while(1){P1=0x18;//输出P1.0、1、3、4高电平P1=0x00;//输出P1.0、1、3、4低电平}}任务实施4.编写代码其中0x18二进制表示为00011000，表示设置P1.4、P1.3IO口输出高电平。计算过程如下图所示。图：计算过程P1寄存器：“P1”寄存器为控制“P1”I/O实际输出高低电平的寄存器知识补充任务实施4.编写代码4.编写代码任务实施步骤4：运行程序，在点亮LED代码P1=0x18的位置设置断点->全速运行至断点代码位置->在程序指针指到代码段时释放断点（即点击红色圆圈）->再点击单步按钮执行该代码。图1：断点位置图2：取消断点4.编写代码任务实施步骤5：使用万用表测量->将量程设置为直流电压大于5V的档位上，测量P1.4电压值，由于芯片封装的限制无法直接测量芯片引脚的电压，故只能测量I/O连接器件的电压，分析电路可知D6+与GND，测量点位与万用表读数。图：测量点、万用表读数3.查看芯片资料寻找GND：方式一：通过分析电路图确定GND的位置方式二：一般情况下，为了防止