论文研究-基于MSP430F149的低功耗无线席位屏系统设计 .pdf

所需积分/C币:28 2019-08-16 10:40:50 235KB .PDF
24
收藏 收藏
举报

基于MSP430F149的低功耗无线席位屏系统设计,薄奇,张文爱,MSP430F149单片机在电池供电的低功耗应用中具有独特的优势,充分利用节能特性实现了由MSP430F149、nRF905与PC机组成的一种无线数据传输系��
国武技论文在线 其中,不同工作模式对应的典型电流消耗如图所示。 450 4) UC 1us时钟周期 1.3.0.1 AM LPM, LPMI LPM: LPM3 LPM 图各种工作模式对应的电流消耗图 的工作模式 简介 是挪威 公司推出的单片射频收发器芯片,工作电压为 引脚 封装 ,工作于 三个工业、科学和医学频道。 由频率合成器、接收解调器、功率放大器、品体振荡器和调制器组成,不需外加 声衣滤波器也可以有良好的效果。 整合了 技术,可以自动处理 数据包字头,且内置循环冗余码校验,可由片内硬件自动完成曼彻斯特编码解码, 确保数据可靠传输,使用接口与微控制器通信,其中地址、输出功率和通信频道可通 过程序进行配置,所以可以用于多机通讯。此外,其功耗非常低,以 的功率发射时, 工作电流只有 而对应接收模式的电流只有 。芯片可以软件设置待机模式 与关机模式,易于实现节能。 传输数据时为非实时方式,即发送端发出数据,接收 端收到后先暂存于芯片存储器內,外面的 可以在需要时再到芯片中去取。 次的数据传输量最多为 适用」无线数据通信、无线报警及安全系统、无线 钥匙、无线监测、家庭自动化和玩具等领域。 工作模式 有两种激活模式和两种节能模式。两种激活模式分别是 接收模 式和 发送模式,两种节能模式分别是关机模式和待机模式 的工作 模式由 和 个引脚决定。如表 表 工作模式 工作模式 掉的和编程萸式 和编程模式 模式 与射频数据包有关的高速信号处理都在 片内进行,数据速率由微控制器配置的 接口决定,数据在微控制器中低速处理,但在 中高速发送,因此中问有很长时 间的空闲,这很有利于节能。由于 ⊥作于 模式,因此使用低速的微控制 国武技论文在线 器也能得到很高的射频数据发射速率。在 模式下,当个包含正确地址和数 据的数据包被接收到后,地址匹配和数据准备好两引脚通知微控制器。在 模式 自动产生字头和校验码,当发送过程完成后,数据准备 好引脚通知微处理器数据发射完毕。由以上分析可知, 收发模式有利 于节约存储器和微控制器资源,同时也减小了编写程序的时间。 节能模式 的节能模式包括关机模式和节能模式。 在关机模式, 的工作电流最小,一般为进入关机模式后, 保持 配置字中的内容,但不会接收或发送任何数据 待机模式有利于减小⊥作电沇,其从待机模式到发送模式或接收模式的启动时间也比较 短。在待机模式下, 内部的部分晶体振荡器处于⊥作状态。 在待机模式下的 工作电流跟外部晶体振荡器的频率有关。 系统软件与硬件设计 系统时钟设计 的时钟模块由低速晶体振荡器、高速品体振荡器、数字控制 振荡器和增强型琐相环等部件组成 基本时钟模块有三个时钟输 入源 低速 ,高速 提供以下三种时钟信号①辅助时钟:由 信号经、、、分频后得到, 可以由软件选作各个外围模块的时钟信号,一般用于低速外设② 系统主时钟 可由软件选择来自 者之一,然后经 分频得 到 主要用」和系统。③ 子系统时钟:可由软件选自 和 或 和 ,然后经、 分频得到。 主要用于髙速 外围模块。 系统频率与系统的工作电压密切相关( 工作电压 编程电压 ),所以不同的工作电压,需要选择不同的系统时钟。控制时钟模块的三个寄存 器为控制寄存器 基本时钟系统控制寄存器 基本时钟控制寄存 器 当两个外部振荡器失效时, 振荡器会自动被选作 的时钟源 信号之后, 被自动选作 和 的时钟信号, 被选作 的时钟信号,根据需要 和 的时钟源可以另外改置。从硬件电路角度 分析,需要根据实际连接确定 和 时钟源, 只能来源于 只有⊥作于高频模式才需要外接电容,同时将 时钟设置为本 系统的晶振电路连接如图 XIN C12 SMZ Yl: 3278KHLZ C13 SoUl 图:系统晶振 国武技论文在线 系统低功耗设计 功耗管理 当系统被集成后,功耗是一个值的考虑的问题,这里减少功耗从硬件和软件两方面入于。 硬件低功耗改计就是从选择低功耗组件、使用只有集成功能的组件来减少组件薮量。在 满足最优功能情况卜尽量减少外围元件的使用。另夕在电路设计的时侯,要癌免与管 脚直接相连的电阻在休眠状态下消耗电能;对高阻输入的引脚,应该在外部上拉到高电 平或者下拉低电平,以免悬空状态下的杂散信号侵入引起开关电流。 软件设计只能通过高效的算法来调节和改善一些可调参数,数据发送频率、比特率、重 发和数据帧长度设定。数据发送频率,延长发射间隔显然可以降低功耗,但需要在此与数据 可靠性和用户获取信息的及时性之间进行杈衡。数据发送比特率,比特速卒太高,接收电路 误码増加;过低,则会增加多节点之间的数据发送的冲突机会。重发数据,因为在无线席位 屏设计系统中需要的节点不止一个,各个节点之间又是相互独立工作不能相互通信的,所以 在和唯一的主控杋通信时,必然存在一定的冲突概率。数据帧长度设定 发射接收需 要消耗的电池能量,因此传输较短帧能显著延长电池寿命,同时也可以减少发射数据在空中 冲突的机会,降低误码率。 功耗设计方案 在硬件方面,微处理器采用公司的 单片机,工作电压为 般情况下,在 时钟的条件下运行时,芯片的工作电流仅为 数 据保持方式下耗电仅为 具有种活动模式和和低功耗模式 在待机方式下,电流消耗为;在节电方式下,最低可达。而月还可以通过软件 指令可以搾制和各种功能模块所需时钟的打开和关闭,便于实现对总体功耗的控制, 达到功耗最小化原则。 在软件方面,采用中断处理方式,当且仅当中断响应才使才从低功耗模式唤醒进 入工作模式:射频芯片发射频率为 ,最大发射功率,传输率为 数据的传输长度为字节,射频部分是系统的功耗的主要消耗部分,在优化配置射频参数 的情况下,除了在工作状态其佘情况下,均处于待机模式。 结合上述两方面考虑,主控板接口与机连接通过中口与 进行数 据通讯,其中 模块可通过寄存器配置为通用异步串行口,相应时钟 设置为 。主控板凭借串口接收中断将主控板从低功耗中唤醒,为了达到最合理的低功 耗,主控板选用 模式。 模式下电流消耗 运行期间电流消耗 从 机板为了满足 在低功耗 工作,待机模式下状态电流为 因此,从 机板最优低功耗模式设置为 或 实际功耗 由于系统供电采用普通纽扣电池供电,所以系统的功耗问题非常重要。卜面以从机板为 例从工作状态和和待机状态测量系统的实际功耗。 工作模式下系统的能耗来源包括处理器能耗 能耗, 工作时的能耗 液晶显示能耗。 在工作状态下的电流为,其中射频工作能耗和液 晶显示能耗占主要部分,实际 进行通信时的为 液品显示能耗 系 统的总功耗测量为 国武技论文在线 在待机模式卜系统的能耗主要来自微处理器、 和液晶显示。 电流很小大约 待机模式下测得的电流为 液晶显示能耗 总电流约为 分析工作状态和待机状态能耗情況,采取模式切換的方式进行能耗管理,系统大部分时 间出于待机状态仅当需要传输时才唤陧进入工作模式,这样整个系统就达到了低功耗 通讯模型以及数据帧设计 从机板 在驱功汉字点阵屏和液晶显示屏,都是上位机将待显 示的数据通过串∏采用 通信标准发送给主控板 ,主控板将接收到的 显示数据通过 传输给从机板,从机板将数据存储到 中,并驱动 相应屏显示。 从机板 在驱动汉字点阵屏不加字库控制器,而是通过上位机录入 汉字与字符转换为相应的点阵字模数据来显示。从机板 在驱动液晶显示 屏采用现成的字库芯片,这样通过上位机将待显示的汉字或字符转换成对应的标准机内码发 送出去,将接收到的汉字机内码作地址来取出相应汉字的点阵字模数据。其中, 液晶显示屏是通过表格设置分成部分, ,各自显示自凵的内容。从而,上位机发送 数据给 以及所划分的各个部分时,需要通过识别码来区分。 上位机发送的帧格式由帧头、帧长、识别码、数据和结束符组成,如表所示。帧头 为数据帧开始标志,固定为 ,长度字节。帧长指从识别码开始至本帧结束的所 有数据的字节数,不包括识别码和结束符。识别码用以指示本帧数据的内容属性,长度为 字节。不同类型帧的数据长度和识别码具体定义如表所示。 表:办议薮据帧格式 挥F同步数据数据识 结束符 字头长度长度别 模 字模 高位低位码 内 內分割符内 内分割符结束符 表:识别码分类 匚别/发送标 数据格式 字模宁模 字模 内码內码 内码 内形内形 内码内码 内码 内码 内码 内码 内妈内妈 内妈 内码 系统硬件实现 无线席位屏系统硬件的实现如图所示,除了 和 外,系统还留有 接口可以实现主控机与机的通讯,从机板提供了按键、点阵屏和液晶屏 人机交互界面。 国武技论文在线 接口 转串口( 吕口通信 转驱动 电管班模块+主板 控件 传输指示灯模决 键盘模块 指示灯模块 电源管理模块 从机板 显示屏 控制器 字点阵屏 中源 图:系统硬件总体结构 结论 本文给出了微功率短距离无线通信技术,一般使用单片射频收发芯片,加上微控制器和 少量外围器件构成专用或通用包含简单透明的数据传输协议或使用简单的加密协议无线通 信模块,通常射频芯片采用 高斯频移键控调制方式,工作于工业、科学、医疗 频段,用户不必对无线通信原理和工作机制有较深的了鲜,只要依据命令宇进行操作即可实 现基本的数据无线传输功能。在功耗设计方面从硬件及软件两个方面提出了功耗设计方案, 并从理论和实际两个方面计算出系统的功耗,在低功耗状态下由电池供电,电压和频率都很 低,满足低功耗设计要求。 本设计采用 射频收发芯片和 微控制器设计了短距离无线数据传 输席位屏,完成硬件电路和系统软件调试后,进行了无线数据收发实验。实验结果表明,在 通信距离,该无线传输席位屏工作稳定,能实现数据的高速有效传输,具有低功耗、 抗干扰能力强,有效地解决了会务组织者的工作量,同时也节约资源和财力等优氐。 参考文献 胡大可 系列 型超低功耗位单片机北京:北京航空航天大学岀版社, 魏小龙 系列单片机接口技术及系统改训实例北京:北京航空航天大学出版社, 胡大可 系列单片机语言程序设计与开发北京:北京航空航天大学出版社, 蒋博 的无线数据传输系统工业仪表与自动化装置 杜娟,凌玉华基于 低功耗模式的设计与应用, 李朝青机及单片机数据通信技术北京:北京航大航空大学出版社,

...展开详情
试读 7P 论文研究-基于MSP430F149的低功耗无线席位屏系统设计 .pdf
立即下载 低至0.43元/次 身份认证VIP会员低至7折
一个资源只可评论一次,评论内容不能少于5个字
您会向同学/朋友/同事推荐我们的CSDN下载吗?
谢谢参与!您的真实评价是我们改进的动力~
关注 私信
上传资源赚钱or赚积分
最新推荐
论文研究-基于MSP430F149的低功耗无线席位屏系统设计 .pdf 28积分/C币 立即下载
1/7
论文研究-基于MSP430F149的低功耗无线席位屏系统设计 .pdf第1页
论文研究-基于MSP430F149的低功耗无线席位屏系统设计 .pdf第2页

试读结束, 可继续读1页

28积分/C币 立即下载 >