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飞思卡尔ZigBee-MC13233微控制器的应用研究

作 者: 蔡祥春
导 师: 王宜怀
学 校: 苏州大学
专 业: 计算机应用技术
关键词: 消费电子 智能家居 低功耗 构件化 传感网
分类号: TP368.11
类 型: 硕士论文
年 份: 2011年
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内容摘要


MC13233是飞思卡尔公司将于2011年6月上市的主要面向消费类电子及智能家居的新一代传感网专用微控制器。MC13233继承了飞思卡尔公司以往的ZigBee芯片低成本、低功耗、双向传输及高可靠性等优点,增加了物理层DMA控制器以便提升数据收发的效率,并增加了红外驱动模块、安全模块等,是面向消费电子及智能家居的理想ZigBee芯片。由于该微控制器尚未正式投入商用,缺少硬件评估系统、底层驱动和应用样例,受飞思卡尔公司委托,苏州大学飞思卡尔嵌入式研发中心承担该芯片的先期应用研究任务。作者负责该项工作,对MC13233应用开发方法进行深入的研究、探讨与实践。以MC13233的应用研究为立足点,按照嵌入式系统硬件构件设计思想提出了以MC13233为核心被命名为SD-Z33N无线节点的硬件软件设计方案,给出了实现方法、硬件原理绘制、电路布板、底层驱动设计、软件硬件联合测试等。驱动程序的设计基于嵌入式底层软件构件化思想,充分考虑了可移植性与可复用性。通过构件测试,提高了底层软件构件的稳定性与可靠性,为SD-Z33N无线节点的实际应用打下了良好的基础。为了增加该SD-Z33N无线节点实际应用的市场价值,本文通过分析和研究ZigBee面向消费电子的RF4CE协议栈,对该版本进行裁剪,并将其移植到SD-Z33N无线节点中,使得该节点可更方便地应用到智能家居传感网中。为了验证相关应用基础研究工作,本文设计了一套简易的智能家居系统模型,将SD-Z33N无线节点应用到这套系统中,从而验证了本文工作的正确性和实用性。经过测试的MC13233软硬件构件,获得飞思卡尔公司认可,同时制作的SD-Z33N无线节点在实际应用中得到验证,运行状态良好。

全文目录


中文摘要  4-5
Abstract  5-10
第一章 绪论  10-17
  1.1 课题背景  10-14
    1.1.1 ZigBee 概述及其发展历程  10-12
    1.1.2 飞思卡尔公司的ZigBee 技术方案  12-13
    1.1.3 研究知识基础  13-14
  1.2 设计思路  14
  1.3 课题研究意义  14-15
  1.4 本文工作安排  15-17
    1.4.1 本文工作  15-16
    1.4.2 本文结构  16-17
第二章 SD-Z33N 无线节点硬件设计  17-29
  2.1 MC13233 微控制器简介  17-18
  2.2 SD-Z33N 无线节点硬件设计  18-26
    2.2.1 节点电源设计  18
    2.2.2 MC13233 微控制器最小系统支持电路设计  18-20
    2.2.3 无线射频天线设计  20-22
    2.2.4 SCI 模块外围电路设计  22
    2.2.5 键盘模块  22-23
    2.2.6 AD 采集电路设计  23-24
    2.2.7 USB 模块外围电路设计  24-25
    2.2.8 CMT 红外控制电路  25-26
  2.3 SD-Z33N 无线节点硬件测试  26-27
  2.4 硬件设计体会  27-28
  2.5 本章小结  28-29
第三章 SD-Z33N 无线节点软件设计  29-36
  3.1 底层模块驱动软件设计综述  29-30
    3.1.1 底层驱动软件的设计原则  29-30
    3.1.2 SD-Z33N 无线节点底层软件构件安排  30
  3.2 驱动软件详细设计  30-35
    3.2.1 SCI 模块驱动  30-32
    3.2.2 AD 采集模块驱动  32-35
  3.3 本章小结  35-36
第四章 ZigBee RF4CE 协议栈分析及实现  36-59
  4.1 RF4CE 概述  36-37
  4.2 RF4CE 协议栈分析  37-42
    4.2.1 IEEE802.15.4 物理层  38-39
    4.2.2 IEEE802.15.4MAC 层  39-40
    4.2.3 RF4CE 网络层  40-42
    4.2.4 RF4CE 应用层  42
  4.3 RF4CE 协议栈实现  42-56
    4.3.1 IEEE802.15.4 物理层软件设计  42-44
    4.3.2 IEEE802.15.4MAC 层软件设计  44-51
    4.3.3 RF4CE 网络层软件设计  51-56
  4.4 协议软件测试  56-58
    4.4.1 物理层测试  56-57
    4.4.2 MAC 层测试  57
    4.4.3 网络层测试  57-58
  4.5 本章小结  58-59
第五章 应用实例—实用智能家居模型的初步实现  59-71
  5.1 系统概述及构成  59-61
    5.1.1 智能家居系统概述  59-60
    5.1.2 智能家居系统构成  60-61
    5.1.3 本文设计方案  61
  5.2 家庭网关控制器设计  61-69
    5.2.1 以太网通信设计  63-64
    5.2.2 GPRS 网络通信设计  64-68
    5.2.3 其他模块  68-69
  5.3 家庭内网的组建  69-70
    5.3.1 内网结构  69-70
    5.3.2 新节点入网  70
  5.4 本章小结  70-71
第六章 总结与展望  71-73
  6.1 全文总结  71-72
  6.2 课题展望  72-73
参考文献  73-77
公开发表的论文及科研成果  77-78
附录A 系统框图  78-79
  附录 A MC13233 最小系统图  78-79
附录B 文件列表  79-82
  附录B.1 SD-Z33N 节点模块程序文件列表  79-80
  附录B.2 ZigBee RF4CE 实现主要函数列表  80-82
附录C 系统实物图  82-83
  附录C.1 SD-Z33N 节点  82
  附录C.2 家庭网关控制器  82-83
致谢  83-84

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 微型计算机 > 各种微型计算机 > 微处理机
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