基于SX1233的無(wú)線手持終端的設(shè)計(jì)方案

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展，手持終端設(shè)備在物流、酒店服務(wù)、無(wú)線抄表等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是當(dāng)前在國(guó)際上備受關(guān)注的， 涉及多學(xué)科、高度交叉、知識(shí)高度集成的前沿?zé)狳c(diǎn)研究領(lǐng)域。傳感器技術(shù)、微計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)和無(wú)線通信技術(shù)的進(jìn)步，推動(dòng)了現(xiàn)代無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生和發(fā)展。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展了人們信息獲取能力，將客觀世界的物理信息同傳輸網(wǎng)絡(luò)連接在一起，在下一代網(wǎng)絡(luò)中將為人們提供最直接、最有效、最真實(shí)的信息。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)能夠獲取客觀物理信息，具有十分廣闊的應(yīng)用前景，能應(yīng)用于軍事國(guó)防、工農(nóng)業(yè)控制、城市管理、生物醫(yī)療、環(huán)境監(jiān)測(cè)、搶險(xiǎn)救災(zāi)、危險(xiǎn)區(qū)域遠(yuǎn)程控制等領(lǐng)域。

無(wú)線通信是手持終端的主要功能之一，考慮到手持終端設(shè)備還需要帶有顯示器和鍵盤(pán)等人機(jī)界面以及采用電池供電等因素，體積、功耗以及性能的穩(wěn)定成為手持終端設(shè)備設(shè)計(jì)的主要難點(diǎn)。

文中根據(jù)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有成本低、能耗小、組網(wǎng)靈活，等多種優(yōu)勢(shì)，以及手持終端設(shè)備對(duì)設(shè)備體積、功耗等方面的技術(shù)要求，設(shè)計(jì)了一種低功耗、結(jié)構(gòu)緊湊，具有無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)特性的手持終端，用于餐館點(diǎn)菜系統(tǒng)。由于可通過(guò)無(wú)線通信接口實(shí)現(xiàn)程序升級(jí)，所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品可廣泛應(yīng)用于餐館點(diǎn)菜、無(wú)線抄表、工業(yè)監(jiān)控等領(lǐng)域。

1 硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)框圖如圖1 所示。它主要由MCU 控制單元、射頻收發(fā)單元、按鍵及LCD 顯示單元、電源管理單元構(gòu)成。

圖1 系統(tǒng)組成框圖

1.1 MCU 單元

MSP430F449 是IT 公司推出的一種超低功耗單片機(jī)，它的主要特點(diǎn)有：

1）超低功耗：其電源電壓采用1.8~3.6 V,待機(jī)電流小于1 μA,在RAM 數(shù)據(jù)保持方式時(shí)耗電僅0.1 ΜA,在活動(dòng)模式時(shí)耗電250 μA/MIPS（MIPS:每秒百萬(wàn)條指令數(shù)），I/O 輸入輸出口的漏電流最大為50 nA.MSP430F449 有獨(dú)特的時(shí)鐘系統(tǒng)設(shè)計(jì)， 包括2 個(gè)不同的時(shí)鐘系統(tǒng)： 基本時(shí)鐘系統(tǒng)和鎖相環(huán)（FLL 和FLL+）時(shí)鐘系統(tǒng)或DCO 數(shù)字振蕩器時(shí)鐘系統(tǒng)。由時(shí)鐘系統(tǒng)產(chǎn)生CPU 和各功能模塊所需的時(shí)鐘，這些時(shí)鐘可以在指令的控制下打開(kāi)或關(guān)閉，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)總體功耗的控制。由于系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)使用的功能模塊不同， 即采用不同的工作模式，芯片的功耗有明顯的差異。在系統(tǒng)中有1 種活動(dòng)模式和5種低功耗模式。另外它采用矢量中斷，支持多個(gè)中斷源，并可以任意嵌套。用中斷請(qǐng)求將CPU 喚醒最短只要1 μs,通過(guò)合理編程，既可以系統(tǒng)功耗，又可以對(duì)外部事件請(qǐng)求作出快速響應(yīng)。

2）強(qiáng)大的處理能力：MSP430F449 是16 位單片機(jī)，采用了目前流行的精簡(jiǎn)指令集（RISC）結(jié)構(gòu)，1 個(gè)時(shí)鐘周期可以執(zhí)行1 指令。同時(shí)它還采用了16 位多功能硬件乘法器等一系列先進(jìn)的體系結(jié)構(gòu)。

3）高性能模擬技術(shù)及豐富的片上外圍模塊：MSP430F449組合了功能模塊：12 位ADC、比較器、LCD 驅(qū)動(dòng)器、電源電壓監(jiān)控（SVS）、串行通信（UART/SPI）硬件乘法器（MPY）溫度傳感器、看門(mén)狗計(jì)時(shí)器（WDT）、多個(gè)16 位定時(shí)器等。

4）系統(tǒng)工作穩(wěn)定：上電復(fù)位后，首先由DCO_CLK 啟動(dòng)CPU（數(shù)字控制振蕩器DCO 是單片機(jī)內(nèi)置的），以保證程序從正確的位置開(kāi)始執(zhí)行，保證外接的晶振有足夠的起振和穩(wěn)定時(shí)間。然后通過(guò)軟件設(shè)置適當(dāng)?shù)募拇嫫鞯目刂茷閬?lái)確定最后的系統(tǒng)時(shí)鐘頻率。如果晶體振蕩器在用作CPU 時(shí)鐘MCLK時(shí)發(fā)生故障，DCO 會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)，以保證系統(tǒng)正常工作。

MCU 是手持終端系統(tǒng)的核心，在無(wú)事件發(fā)生的情況下工作于LPM3 低功耗狀態(tài)，當(dāng)有按鍵按下或有無(wú)線數(shù)據(jù)接收時(shí)，MCU 可響應(yīng)并退出LPM3 狀態(tài)進(jìn)入活動(dòng)工作狀態(tài)。

MSP430F449 功能豐富，編程方式靈活，完全可滿足手持終端的設(shè)計(jì)要求。

1.2 無(wú)線收發(fā)單元

SX1233 是Semtech 公司推出的一款超低功耗的可編程ISM 頻段收發(fā)器，擁有全球最高的碼率（600 kbps）以及世界級(jí)的鏈路預(yù)算（137 kB）、超低功耗、出色的ACR（鄰道抑制）以及抗阻塞能力。SX1233 提供高接收（RX）靈敏度，增強(qiáng)了對(duì)弱信號(hào)的接收能力， 而且能夠以1 dB 步長(zhǎng)編程的發(fā)射機(jī)（TX）輸出功率[4].高RX 靈敏度與TX 輸出功率相當(dāng)于獲得了更長(zhǎng)距離上的可靠傳輸， 這與需要RF 中繼器的傳統(tǒng)射頻系統(tǒng)相比，節(jié)省了成本。