基于MSP430單片機(jī)和CC2500的無(wú)線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是一個(gè)功能齊全的無(wú)線開(kāi)發(fā)工具，該系統(tǒng)主要由MSP430F系列微控制器和CC2500(2．4 GHz)無(wú)線收發(fā)器組成。系統(tǒng)可在PC機(jī)上利用IAR嵌入式工作平臺(tái)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境(IDE)或CCE開(kāi)發(fā)環(huán)境編寫(xiě)、下載和調(diào)試應(yīng)用程序。用戶可以通過(guò)設(shè)置硬件斷點(diǎn)全速運(yùn)行應(yīng)用程序，也可單步運(yùn)行，無(wú)需額外消耗硬件資源。系統(tǒng)核心控制器采用MSP430F24X系列單片機(jī)，該單片機(jī)為16位單片機(jī)，集成度高，處理速度快．超低功耗，能極大的節(jié)省資源。通過(guò)Simplici TI協(xié)議，MSP430控制器通過(guò)USB接口實(shí)現(xiàn)與PC機(jī)的通信，調(diào)試穩(wěn)定、簡(jiǎn)易方便。該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)消耗硬件資源較少，功耗超低，是一種無(wú)線數(shù)據(jù)采集的節(jié)能微型設(shè)計(jì)方案。
1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
基于MSP430單片機(jī)和CC2500無(wú)線收發(fā)器的USB無(wú)線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，主要由主控單元、CC2500無(wú)線收發(fā)器和USB接口電路構(gòu)成，圖1為系統(tǒng)方框圖。該系統(tǒng)可以通過(guò)CC2500無(wú)線收發(fā)器接收外部無(wú)線射頻信號(hào)，MSP430F2274控制數(shù)據(jù)的接收、處理、傳輸，將數(shù)據(jù)打包后通過(guò)USB接口傳送至PC機(jī)，利用PC機(jī)上的開(kāi)發(fā)平臺(tái)處理和分析數(shù)據(jù)，并顯示于系統(tǒng)界面。同時(shí)，也可以通過(guò)PC機(jī)將控制命令通過(guò)USB接口傳送給MSP430控制器，實(shí)現(xiàn)對(duì)外圍設(shè)備的控制。
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2 系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)
2．1 MSP430微控制器電路設(shè)計(jì)
系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)采用MSP430F2274微控制器作為主控制器。MSP430單片機(jī)是TI公司生產(chǎn)的一種超低功耗的混合信號(hào)控制器。該微控制器可用電池供電，而且使用時(shí)間長(zhǎng)，該器件在少于6 μS的時(shí)間內(nèi)可從低功耗模式迅速喚醒。MSP430單片機(jī)內(nèi)還集成有A／D轉(zhuǎn)換器、硬件乘法器、定時(shí)器、比較器等模塊。它具有16 MI／s的指令傳輸速率，200 kS／s的10位SAR型模數(shù)轉(zhuǎn)換器，2個(gè)內(nèi)置的運(yùn)算放大器，具有看門(mén)狗定時(shí)器，2個(gè)16位定時(shí)器A3和B3，USCI模塊支持UART／LIN、SPI總線、I2C總線以IrDA等5個(gè)低功耗模式，低于700 nA待機(jī)模式，工作電源電壓為1．8～3．6 V，工作溫度范圍為-40～85℃。MSP430F2274應(yīng)用電路如圖2所示。
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2．2 CC2500無(wú)線收發(fā)電路設(shè)計(jì)
CC2500無(wú)線收發(fā)電路如圖3所示。采用低成本單芯片的2．4 GHz無(wú)線收發(fā)器CC2500。電路設(shè)定為2 400～2 483．5 MHz的ISM和SRD頻率波段。該收發(fā)器內(nèi)部集成了一個(gè)數(shù)據(jù)傳輸率達(dá)500 kb／s的高度可配置的調(diào)制解調(diào)器。可編程控制的輸出功率可達(dá)+1 dBm，支持2-FSK和MSK。 CC2500用作一個(gè)低IF接收器。接收的RF信號(hào)通過(guò)低噪聲放大器(LNA)放大，再對(duì)中間頻率(IF)求積分向下轉(zhuǎn)換。在IF下，I／Q信號(hào)通過(guò)A／D轉(zhuǎn)換器被數(shù)字化。自動(dòng)增益控制(AGC)，細(xì)微頻率濾波和解調(diào)位／數(shù)據(jù)包同步均數(shù)字化工作。CC2500的發(fā)送器部分基于RF頻率的直接合成。頻率合成器包含一個(gè)完整的芯片LCVCO和一個(gè)對(duì)接收模式下的向下轉(zhuǎn)換混頻器產(chǎn)生I和Q本振信號(hào)的90°相移裝置。
2．3 USB傳輸調(diào)試接口電路設(shè)計(jì)
該系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工具通過(guò)MSP430的USB調(diào)試端口與PC機(jī)相連，通過(guò)開(kāi)發(fā)平臺(tái)在PC機(jī)上對(duì)其進(jìn)行開(kāi)發(fā)。LISB調(diào)試接口為該系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供3．6 V的標(biāo)準(zhǔn)電壓，其通過(guò)SBW接口相連接，可作為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的Flash仿真工具，射頻USB調(diào)試接口采用返回通道的MSP430 UART端口，這樣在調(diào)試階段可以獨(dú)立應(yīng)用，允許用戶在無(wú)流量控制的條件下，以9 600 b／s固定速率將串行數(shù)據(jù)傳輸?shù)浇K端窗口。USB調(diào)試接口電路如圖4所示。
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4 結(jié)束語(yǔ)
基于USB接口的無(wú)線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以MSP430為控制核心，集成了CC2500無(wú)線收發(fā)器，通過(guò)USB調(diào)試端口與PC機(jī)相連進(jìn)行開(kāi)發(fā)，調(diào)試穩(wěn)定、簡(jiǎn)易方便，消耗硬件資源少。該系統(tǒng)可作為一個(gè)獨(dú)立的開(kāi)發(fā)工具，也可以添加到其他設(shè)計(jì)中，適用性強(qiáng)。TI公司提供的IAR嵌入式工作平臺(tái)KickStart和CCE軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境，資源豐富，易于開(kāi)發(fā)。該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可廣泛應(yīng)用于微型無(wú)線收發(fā)、無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)及便攜式傳感監(jiān)控領(lǐng)域。