基于SX1233的無線手持終端的設計方案

隨著計算機技術、無線通信技術的發(fā)展，手持終端設備在物流、酒店服務、無線抄表等領域得到了廣泛應用。無線傳感器網(wǎng)絡技術是當前在國際上備受關注的， 涉及多學科、高度交叉、知識高度集成的前沿熱點研究領域。傳感器技術、微計算機技術、現(xiàn)代網(wǎng)絡和無線通信技術的進步，推動了現(xiàn)代無線傳感器網(wǎng)絡的產(chǎn)生和發(fā)展。無線傳感器網(wǎng)絡擴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)絡連接在一起，在下一代網(wǎng)絡中將為人們提供最直接、最有效、最真實的信息。無線傳感器網(wǎng)絡能夠獲取客觀物理信息，具有十分廣闊的應用前景，能應用于軍事國防、工農(nóng)業(yè)控制、城市管理、生物醫(yī)療、環(huán)境監(jiān)測、搶險救災、危險區(qū)域遠程控制等領域。

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

文中根據(jù)無線傳感器網(wǎng)絡具有成本低、能耗小、組網(wǎng)靈活，等多種優(yōu)勢，以及手持終端設備對設備體積、功耗等方面的技術要求，設計了一種低功耗、結構緊湊，具有無線傳感器網(wǎng)絡特性的手持終端，用于餐館點菜系統(tǒng)。由于可通過無線通信接口實現(xiàn)程序升級，所設計的產(chǎn)品可廣泛應用于餐館點菜、無線抄表、工業(yè)監(jiān)控等領域。

1 硬件設計

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，它的主要特點有：

1）超低功耗：其電源電壓采用1.8~3.6 V,待機電流小于1 μA,在RAM 數(shù)據(jù)保持方式時耗電僅0.1 ΜA,在活動模式時耗電250 μA/MIPS（MIPS:每秒百萬條指令數(shù)），I/O 輸入輸出口的漏電流最大為50 nA.MSP430F449 有獨特的時鐘系統(tǒng)設計， 包括2 個不同的時鐘系統(tǒng)： 基本時鐘系統(tǒng)和鎖相環(huán)（FLL 和FLL+）時鐘系統(tǒng)或DCO 數(shù)字振蕩器時鐘系統(tǒng)。由時鐘系統(tǒng)產(chǎn)生CPU 和各功能模塊所需的時鐘，這些時鐘可以在指令的控制下打開或關閉，從而實現(xiàn)對總體功耗的控制。由于系統(tǒng)運行時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 種活動模式和5種低功耗模式。另外它采用矢量中斷，支持多個中斷源，并可以任意嵌套。用中斷請求將CPU 喚醒最短只要1 μs,通過合理編程，既可以系統(tǒng)功耗，又可以對外部事件請求作出快速響應。

2）強大的處理能力：MSP430F449 是16 位單片機，采用了目前流行的精簡指令集（RISC）結構，1 個時鐘周期可以執(zhí)行1 指令。同時它還采用了16 位多功能硬件乘法器等一系列先進的體系結構。

3）高性能模擬技術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、看門狗計時器（WDT）、多個16 位定時器等。

4）系統(tǒng)工作穩(wěn)定：上電復位后，首先由DCO_CLK 啟動CPU（數(shù)字控制振蕩器DCO 是單片機內(nèi)置的），以保證程序從正確的位置開始執(zhí)行，保證外接的晶振有足夠的起振和穩(wěn)定時間。然后通過軟件設置適當?shù)募拇嫫鞯目刂茷閬泶_定最后的系統(tǒng)時鐘頻率。如果晶體振蕩器在用作CPU 時鐘MCLK時發(fā)生故障，DCO 會自動啟動，以保證系統(tǒng)正常工作。

MCU 是手持終端系統(tǒng)的核心，在無事件發(fā)生的情況下工作于LPM3 低功耗狀態(tài)，當有按鍵按下或有無線數(shù)據(jù)接收時，MCU 可響應并退出LPM3 狀態(tài)進入活動工作狀態(tài)。

MSP430F449 功能豐富，編程方式靈活，完全可滿足手持終端的設計要求。

1.2 無線收發(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）以及世界級的鏈路預算（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，增強了對弱信號的接收能力， 而且能夠以1 dB 步長編程的發(fā)射機（TX）輸出功率[4].高RX 靈敏度與TX 輸出功率相當于獲得了更長距離上的可靠傳輸， 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。