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宁夏大学新华学院
本科毕业设计
（
2015
届）
题目
基于
ZigBee
的温湿度传感器设计
系
别
信息与计算机科学系
专
业
电气工程及其自动化
宁夏大学新华学院本科学位论文
摘
要
无线传感器网络（
Wireless
Sensor < /p>
Network
，
WSN
）是由大量无处不在的，具 有通信
与计算能力的微小传感器节点密集布设在无人值守的监控区域而构成的能够根据环
境自
主完成指定任务的
“智能”
自治测控网络系统。
大量传感器节点通过相互之间的分工协作，
可实时感知、
监测 和采集分布区域内的监测对象或周围环境的信息。
无线传感器网络有着
与
传统网络明显不同的技术要求，
前者以数据为中心，
后者以传输数据为目的。
随着传感
器网络技术的逐步发展，它的应用也越来越广泛
,< /p>
无线传感器网络也被要求有更小功耗，
更低成本，以及更方便使用的性能，
在这种情况下，
ZigBee
技术应运而生。
< br>ZigBee
技术是一种短距离无线双向通信技术，该技术拥有协议简单、功耗低、组网< /p>
能力强、网络容量大、时延短、安全、可靠及成本低等优点，具有路径选择、自动连结网<
/p>
络及自我恢复等功能。预计将在消费类电子设备、家庭智能化、工控、医用设备控制、农<
/p>
业自动化等领域获得广泛应用。
本文首先介绍了
无线传感器网络的基础知识和研究现状；然后深入分析了
ZigBee
协
议，给出了各层的功能；之后，设计了
ZigBee
节点模块和温 湿度传感模块，并在此硬件
基础上设计了具有基本功能的
ZigBee< /p>
协议栈，同时提出了一种基于
ZigBee
的组网算法，
< p>通过扫描信道、
建立网络和建立节点间的关联三个步骤构建了一个简单的网络层，< /p>
实现了
无线传感器组网功能；
在此基础上本文设计一个小型 的温度湿度监控网络系统；
最后，
对
论文进行总结，提出
今后的研究工作方向。
关键字
：
Zig Bee
；温湿度传感器；无线通信；无线温湿度传感器系统
I
宁夏大学新华学院本科学位论文
Abstract
Wireless
sensor
networks
(Wireless
Sensor
Network,
WSN)
is
composed
of
a
large
number
of
ubiquitous
，
tiny
sensor
nodes
have
the
ability
to
communicate
with
the
intensive computing laid in
the monitored area unattended constituted able to
complete the assigned tasks
independently according to the environment
autonomy and control network system. A
large number of sensor nodes through the
division of labor between them, real-
time sensing, monitoring and gathering
information
on
the
distribution
area
of
the
object
or
the
surrounding
environment.
Wireless
sensor
networks
and
traditional
networks
have
distinct
technical
requirements
,
the
former
data-centric
,
the
latter
for
the
purpose
of
transferring
data
.
With
the
gradual
development
of
sensor
network
technology,
its
applications
are
increasingly
widespread
,
wireless
sensor
networks
are
also
required
to
have
a
smaller
power
consumption,
cost,
and
performance
is
more
convenient
to
use,
in
this case ,
ZigBee technology to be shipped born.
ZigBee
technology
is
a
short
-range
wireless
two-way
communication
technology
that
has
the
protocol
is
simple
,
low
power
consumption,
strong
networking
capabilities,
network
capacity,
time
is
short
,
safe,
reliable
and
low
cost,
with
a path selection, automatic link
networks and self-recovery capabilities. It is
expected to be widely used in consumer
electronic devices, intelligent home ,
industrial
,
medical
equipment
control
,
automation
,
and
other
fields
of
agriculture.
This paper introduces the basic
knowledge and research of wireless sensor
networks and in-depth analysis of the
ZigBee protocol , given the function of
each layer then designed ZigBee node
module temperature and humidity sensor
module , and is designed on the basis
of this hardware the ZigBee protocol stack
has
the
basic
functions
,
while
networking
algorithm
is
proposed
based
on
ZigBee
,
by
scanning
channel
,
networking
and
the
establishment
of
three
steps
associated
nodes to
build a simple network layer , to achieve a
wireless sensor network
function on
this basis, we design a small temperature and
humidity monitoring
network system
Finally, the paper summarizes the proposed future
research
directions.
Key
words
:ZigBee;Wireless Temperature And Humidity Seneor System;Wireless
Communica-
-tion
II
宁夏大学新华学院本科学位论文
目
录
第
1
章
绪论
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1.1
引言
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1.2
无线传感器网络的研究现状
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1.2.1
国外现状
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1.2.2
国内现状
2
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1.3
无线传感器网络的特点
2
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1.4
研究内容
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1.5
论文结构
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1.6
本章小结
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第
2
章
ZigBee
协议标准介绍
6
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2.1 ZigBee
技术概述
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2.1.1 ZigBee
主要特性
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2.1.2 ZigBee
网络拓扑结构
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2.1.3 ZigBee
网络工作模式
7
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2.2
ZigBee
协议架构
8
2.2.1
物理层（
PHY
）
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2.2.2
媒体访问控制层（
MAC
）
10
2.2.3
网络层（
NWK
）
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2.2.4 ZigBee
应用层
14
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2.3
本章小结
15
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第
3
章
ZigBee
温湿度传感器硬件平台的设计
16
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3.1
硬件设计
16
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3.1.1 CC2530
芯片介绍
16
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3.1.2
射频模块电路
19
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3.2
主控电路
21
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3.2.1
串口通信电路
21
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3.2.2
电源模块
24
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3.2.3
存储模块
25
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3.4
本章小结
27
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第
4
章
无线传感器网络通信系统的软件设计
28 <
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4.1
系统总体构成
28
III
宁夏大学新华学院本科学位论文
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4.2
进行开发的软件介绍
28
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4.3
程序流程图
28
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4.4
系统的实现
30
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4.4.1
通过初始化、信道扫描等措施建立网络
30
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4.4.2
传感器各节点加入网络
30
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4.5
本章小结
31
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第
5
章
总结与展望
32
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参考文献
33
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致谢
34
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附录
35
IV
宁夏大学新华学院本科学位论文
第
1
章
绪论
1.1
引言
< /p>
信息的生成、获取、存储、传输、处理及其应用是现代信息科学的六大组成部分，其
中信息的获取是信息技术产业链上重要的环节之一，
没有它就没有信息的传输、
处理和应
用，信息化也成为了无水之源、无本之木。随着现代微电子技术
、微电机系统
MEMS
（
Micro-Electro- Mechanism
System
）
，片上系统
SOC
（
System-On-Chip
）
、纳米 材料、无
线通信技术、
信号处理技术、
计算机网络技术等 的进步以及互联网的迅速发展，
传统的传
感器信息获取技术从独立的单一
化模式向集成化、
微型化，
进而向智能化、
网络化方向发
展，
成为信息获取最重要和最基本的技术之一。
无线传感器网络是 由大量无处不在的，
具
有通信与计算能力的微小传感器节点密集布设在无
人值守的监控区域而构成的能够根据
环境自主完成指定任务的“智能”自治测控网络系统
。无线传感器网络是一种特殊的
Ad-Hoc
网络，与传统的网络相比， 它是一种以数据为中心的自组织无线网络。网络中的
节点密集，
数量巨大 且部署在十分广泛的区域；
网络拓扑结构动态变化，
网络具有自组织
和自调整的特点。
网络节点具有成本低体积小、
能量极其有限、
计算能力、
存储能力和通
信能力有限的特点，其中节点的能耗是
设计节点时考虑的最关键因素。长期以来，低价、
低传输率、
短距离、< /p>
低功率的无线通讯市场一直存在着。
自从
Bluetooth(
蓝牙
)
出现以后，
曾让工业控制、
玩具制造商等业者雀跃不已，
但是
Bluet ooth
的售价一直
居高不下，严重影响了这些厂商的使用意愿。如今，
这些业者都参加了
IEEE802.15.4
小
组，
负责制定
ZigBee
的物理层和媒体访问控制层。
I EEE802.15.4
规范是一种经济、
高效、
低数据
速率
(<250kbPs)
、
工作在
2.4GHz
和
868/928MHz
的无线技术，
用于个人区 域网和对
等网状网络。它是
ZigBee
应用层和网络层 协议的基础。
ZigBee
是一种新兴的近距离、低
复杂
度、
低功耗、
低数据速率、
低成本的无线网络技术，
它是一种介于无线标记技术和蓝
牙之间的技术提案，主要用于近距离无线连接。它依据
IEEE802.15.4
标准，在数千个微
小的传感器
之间相互协调实现通信。
这些传感器只需要很少的能量，
以接力的方式通过无
线电波将数据从一个传感器传到另一个传感器，所以它们的通信效率非常高
< br>【
1
】
。
ZigBee
联盟成立于
2001
年
8
月。
2002
年下半年，英国
Invensys
< p>公司、日本三菱电
气公司、美国摩托罗拉公司以及荷兰飞利浦半导体公司四大巨头共
同宣布，它们将加盟
“
ZigBee
联盟”
，以研发名为“
ZigBee
”的下一代无线通信标准，这一事件成为该项技术
发展过程中的里程碑。
到目前为止，除了
Invensys
、三菱电子、摩托罗拉和飞利浦等国际知名的大公司外，
< p>该联盟大约已有
150
家成员企业，并在迅速发展壮大。其中涵 盖了半导体生产商、
IP
服
务提供商、消费类电子厂商及
OEM
商等，例如
Honeywell
、
Eaton
和
Invensys Metering
V
宁夏大学新华学院本科学位论文
Systems
等工业控制和家用自动化公司，甚至还有像
Mat tel
之类的玩具公司。所有这些
公司都参加了负责开发
ZigBee
物理和媒体控制层技术标准的
IEEE802.15.4
< p>工作组。根据
ZigBee
联盟目前的设想，根据该 标准和技术生产的相关产品主要适用于：智能家居（照
明控制、各类窗帘控制、家庭安防
、暖气控制、内置家居控制的机顶盒、万能遥控器）
、
环境检测与控制、
自动读表系统、烟雾传感器、医疗监控系统、大型空调系统、工业和楼
宇自动化、安全监
控、工业控制、传感器控制、停车计费数据传输等诸多领域。
1.2
无线传感器网络的研究现状
1.2.1
国外现状
无线传感器网络是新一代的传感器网络，具有
非常广泛的应用前景，其发展和应用，
将会给人们的生活和生产的各个领域带来深远的影
响。
各国都非常重视无线传感器网络的
发展，
美国和欧洲 相继启动了许多关于无线传感器网络的研究计划。
特别是美国通过国家
自
然基金委、国防部等多个渠道投入巨资支持传感器网络技术的研究，同时
IEEE
也正在
努力推进无线传感器网络的应用和发展，
美国波士顿大学
(Boston
Unversity)
最近创办了
传感器网络协会
(Sensor Network Consortium)
， 期望能促进学院和行业公司之间互相促
进传感器联网技术开发。
除了波士 顿大学，
该协会还包括
BP
、
霍尼韦尔、
Inetco
Systems
Invensys
、
L-3Communications
、
Millennia l
Net
，
Radianse
、
Sensicast
Systems
及
Textron
Systems
。美国的《技术评论》杂志在论述未来新兴十大技术时，更是将 无线传感器网络
列为第一项未来新兴技术。
可以预计，
无 线传感器网络的广泛应用是一种必然趋势，
它的
出现将会给人类社会带来
极大的变革。
1.2.2
国内现状
我国现代意义的无线传感器网络及其应用研究几乎与发达国家同步启动，
首次正式出
现于
1999
年中国科学院《知识创新工程试 点领域方向研究》的“信息与自动化领域研究
报告”中，作为该领域提出的五个重大项目
之一
【
2
】
。随着知识创新工程
试点工作的深入，
2001
年中科院依托上海微系统所成立微系统研究与 发展中心，旨在引领中国科学院内部
的相关工作，
并通过该中心在无线传 感网络的方向上陆续部署了若干重大研究项目和方向
性项目，参加单位包括上海微系统所
、声学所、微电子所、半导体所、电子所、软件所以
及中科大等
10
多个研究所和院校，初步建立传感网络系统的研究平台，在无线智能传感
器网
络通信技术、
微型传感器、
传感器节点、
簇点和应用系统方面取得 了很大的进展，
2004
年
3
月相关成果 在北京进行了大规模外场演示，
部分成果已在实际工程系统中使用。
国内
的许多高校也掀起了无线传感器网络研究热潮。
无线传感器网络在民用方面，
涉及城市公
共安全、公共卫生、安全生产、智能交通、智能家居、环境监控等
领域。国内从事无线传
感器网络应用的大企业目前为数不多，小企业呈现蓬勃发展的势头
。
1.3
无线传感器网络的特点
2
宁夏大学新华学院本科学位论文
无线传感器网络是由许许多多功能相同或不相同的无线传感器节点组成，
每一个传 感
器节点由数据采集模块（传感器、
A/D
转换器）
、数据处理和控制模块（微处理器、存储
器）
、通信模块（无 线收发器）和供电模块（电池、
DC/AC
能量转换器）等组成；同时，
无线传感器网络广泛应用于军事、
环境检测和预报、
健康护理、< /p>
智能家居、
建筑物状态监
控、复杂机械监控、城市交通、空
间探索、大型车间管理，以及机场、大型工业园区的安
全检测等领域。无线传感器网络的
组成及使用决定了它应该具备以下多项特点：
（
1
）低功耗
无线传感器网络长期在无人值守的状态下工作，
要求网络中节点的平均能耗比现有无
线网络（如
Bluetooth
）中节点的能耗更低。在一些工业监控 应用中，装备纽扣电池的传
感器需要在无人值守的情况下工作几个月甚至几年。
而在森林火灾监测等大范围的环境监
测应用中，
为大量的传感器节 点频繁地更换电池是不现实的。
这些典型的应用要求在无线
传感器网络运
行的过程中，每个节点都要最小化自身的能量消耗，获得最长的工作时间。
（
2
）低成本
无线传感器网络由成千上万的节点构成，单个节点的价格将极大地影响系统的成本。
为了
达到降低成本的目的，
需要设计对计算和存储能力要求较低的简单的网络系统和通信
协议。
此外，
降低系统成本的另一个重要因素是减少系统管理与维护的 开销。
无线传感器
网络中节点规模很大，
人工的管理与维 护开销很大，
因此需要无线传感器网络系统具有自
配置、
自修复的能力。
自配置是指在没有人工干预的条件下，
网络中的节点能够检测到其
它节点的存在并共同组成一个具有一定功能和结构的网络系统。
自修复是 指在没有人为干
预的条件下，系统能够检测到网络节点或通信链路的损坏并能够从错误状
态中恢复。
（
3
）通用性
无线行李标牌、
集装箱定位系统等无线传感器网络的许多应用需要系统能够在世界范
围内正常工作。
此外，
为了扩大生产规模、
开拓市场，
一个能在全球范围内正常运转的系
统也是必要的。尽管在理论上，我们可
以通过为每个节点安装全球定位系统（
GPS
）接收
器并
根据地理位置信息来调整节点行为的方法解决这一问题，
但接收器的成本很高，
难 以
大量使用。因此，需要采用一种被各国政府允许的通用设计。
（
4
）网络拓扑
传统的星形结构包含一个主结点，
一个或多个从节点。
在通信时，
主结点与从节点可
以直接通信，
从节点间的通信需要依靠主节点转发。
星型结构适合在一些小规模网络中使
用。在无线传感器网络系统中，节点
规模很大，节点间以一种对等、多跳的方式通信，系
统的动态性很强。
需 要设计一种适合无线传感器网络通信特点、
低开销、
便于维护的网络
拓扑结构。
（
5
）安全
在
一些应用中，
网络的安全是必需的。
无线传感器网络系统具有严格的资源限制，< /p>
需
要设计低开销的通信协议，
但同时也会带来严重的安全问 题。
一方面，
入侵者可以比较容
3
宁夏大学新华学院本科学位论文
易的进行服务拒绝攻击（
Denial Of Service
，
DOS
）
；另一方面，无线传感器网络系统的
< p>资源严格受限以及节点间自组织协调工作的特点使其难以实现严密的安全防护。
由于 低成
本的限制，一些无线传感器网络系统只能采用单频率通信机制
【
3
】
。
< br>入侵者通过频率扫描
的手段可以很容易的捕获无线传感器网络的工作频率，
通过在网络中植入伪装节点，
采用
各种手段发动攻击。
为了保证任务的机密布置和任务执行结果的安全传递和融合，
无线传
感器网络需要实现一些最基本的安全机制：
机密性、
点到点的消息认证、
数据完整性和新
鲜性、认证广播和安全管理。
（
6
）实时性
实时性是需要协同工作的无线传感器网络系统的一个关键机制。
如测量移动车辆速度
需要计算不同传感器检测事件时间差，
通过波束阵列确定声源位置节点间的时间同步。
目
前已提出了多个时间同步机制，其中
RBS
< p>，TINY/MINI-SYNC
和
TPSN
被认为是三个基本的
同步机制。我们在考虑无线传感器网络的时间同步问题时，拟采用<
/p>
TPSN
机制。
TPSN
采用
层次结构实现整个网络节点的时间同步：
所有节点按照层次结构进行逻辑分级，
通过基于
发送者
-
接收者的节点对方式，每个节点能够与 上一级的某个节点进行同步，从而实现所
有节点都与根节点的时间同步。
（
7
）智能性
无线传感器网络系统通过自组织的方式来完成用户指定的任务。
系统需要感知环境变
化，
通过节点间的协同工作来产生需要的输出。
由于在工作的过程中无 需人为干预，
因此，
网络节点这种根据感知的信息协同工作的方式体现了
系统的智能性。
无线传感器网络系统
的超大规模、
资源严 格受限和与物理世界密切相关等特点使其需要一种新的工作模式。
在
无线
传感器网络系统中，
单个节点并不重要，
我们关心的是群体行为。
用户需要知道当前
地下室的平均温度而不是地下室某点的温度，
并且不关 心是哪个节点传回的信息，
或者他
需要知道当前地下室的温度是否超过了
预警值。
这些例子都说明无线传感器网络系统是以
数据为中心的。
由于与物理世界密切相关，
其高出错频率、
易受干扰和不确定的特点使传
统的分布式系统解决方案无法适用，需要为其设计新的工作模式
【
4
】
。
1.4
研究内容
本文的设计
目标是通过一个协调器和若干个路由器和终端节点
,
搭建一个蔟型的
ZigBee
网络，
其中采用的
ZigBee
协议软件基于
ZigBeeV1.0
与
IEEE802.1 5.4
标准自行开
发，达到测量环境温湿度的要求。本文的主要工作如下
：
（
1
）
分析
IEEE802.15.4
和
ZigBee
协议，
理解
ZigBee
技术的特性和通信原理，
详细
< p>分析
ZigBee
协议栈构架，并能设计编写具有基本组网，数据传 输等功能的协议栈。
（
2
）根据节点的 物理特性，选择合适的微处理器和无线传输芯片，组建无线传感器
网络节点，包括电路连
接，相应外围电路设计，射频电路设计
,
温湿度传感器节点的设计
等。
（
3
）测温湿度软件、仿 真过程的叙述及整个网络的测试，能完成预期设定的功能并
4
宁夏大学新华学院本科学位论文
能达到预定的性能指标。
1.5
论文结构
本文主要研究了无线传感网络的特点、结构，
分析了
ZigBee
协议的架构，各层规范
及数据格式，
在此基础上使用
CC2530
微控制器以及温湿度传感器等外围模块搭建节点，< /p>
设计与实现了在此硬件基础之上的
ZigBee
协议栈，< /p>
并进行了相关的测试，
各章安排如下：
第
一章（即本章）介绍了无线传感器网络的概念、特点、国内外发展概况。
第二章介绍了
ZigBee
协议的基本构架，分析了物理层、数据链路层、网络 层及应用
层的功能、规范、数据格式等。
第三
章设计了网络系统的硬件平台，
重点进行节点的硬件设计，
包括器件的选择、
节
点的结构设计以及硬件电路设计。
第四章无线传感器网络通信系统的软件设计，
实现了无线传感器网络系统的基本组网
< p>和数据采集以
,
包括程序的基本流程，所用函数的编写。
< p>
第五章对本文进行了总结。
1.6
本章小结
本章主要介绍了无线传感器网络的概念、
特点、
国内外发展概况、
同时对本文将要采
用
的
ZigBee
技术做了简要介绍，然后对本文所做的研究工作和论文结构进行了 介绍。
5
宁夏大学新华学院本科学位论文
第
2
章
ZigBee
协议标准介绍
ZigBee
技术是最近发展起来的一种近距离无线通信技术，
以
2.4Ghz
为主要频段，
采
用扩频技术，具有低功耗、成本低、易应用等显著特点
，
ZigBee
被业界认为是最有可能
应用在智能家居、
工业应用、智能交通、智能建筑、医院监护等领域的无线技术。
2.1 ZigBee
技术概述
2.1.1 ZigBee
主要特性
< br>ZigBee
显著的特点就是低速率、低功耗、低成本、自配置和灵活的网络拓扑结构。< /p>
（
1
）低功耗：在低耗电待机模式下，< /p>
2
节
5
号干电池可支持
1
< p>个节点工作6
～
24
个
月、
甚至更长。
这是
ZigBee
的突出优势，
相比较，
蓝牙能工作数周、
WiFi
可工作数小时 。
（
2
）低成本：通过大幅简化协议< /p>
(
不到蓝牙的
1/10)
，降低了对通信控制器的要 求，
按预测分析，
以
8051
的
8
位微控制器测算，
全功能的主节点需要
32KB
代码，
子功能节点
少至
4KB
代码 ，而且
ZigBee
免协议专利费，每块芯片的价格大约为
2
美元。
（
3
）
低速率：
ZigBee
工作在
20
～
< p>250kbps的较低速率，
分别提供
250kbps(2. 4GHz)
、
40kbps
（
915MH z)
和
20kbps(868MHz)
的原始数据吞吐率，
满足低速率传输数据的应用需求。
（
4
）近距离：传输范围一般介于
10
～
100m
< p>之间，在增加RF
发射功率后，亦可增加
到
1
～
3km
，这指的是相邻节点间的距离。如果通过路由和 节点间通信的接力，传输距离
将可以更远。
（
5
）
短时延：
ZigBee
的响应 速度较快，
一般从睡眠转入工作状态只需
15ms
，
节点连
接进入网络只需
30ms
，进一步节省了电能。 相比较，蓝牙需要
3
～
10s
、
W i-Fi
需要
3s
。
（
6
）高容量：
ZigBee
可采用星状、片状和网 状网络结构，由一个主节点管理若干子
节点，
最多一个主节点可管理
254
个子节点；
同时主节点还可由上一层网络节点管理，
< p>最
多可组成
65000
个节点的大网。
（
7
）
高安全：
Zi gBee
提供了三级安全模式，
包括无安全设定、
使用接入控制清 单
(ACL)
防止非法获取数据以及采用高级加密标准
( AES128)
的对称密码，以灵活确定其安全属性。
（
8
）免执照频段：采用直接序列扩频在工业科学医疗
(ISM)
频段
2.4GHz(
全球
)
、
915MHz(
美国
)
和
86 8MHz(
欧洲
)
。
2.1.2 ZigBee
网络拓扑结构
ZigBee
协议主要采用了二种组网方式：星状网和网状网，网络拓扑结构如图
2-1
所
示：
6
宁夏大学新华学院本科学位论文
图
2-1 ZigBee
二种拓扑结构
在星状网中，以
PAN
协调器为中心，所有设备只能与中 心设备
PAN
协调器进行通信，
终端设备之间的通信通过
PAN
协调器的转发来完成，
因此在星型网络的形成过程中，
第一
步就是建立
PAN
协调器。
任何一个
FFD
设备都有成为
PAN
协调器的可 能，
一个网络如何确
定自己的
PAN
协调 器由上层协议决定。
在这种网络中，
PAN
协调器一般使用持续电 力系统
供电，
而其他设备采用电池供电。
星型网络适合家 庭自动化、
个人计算机的外设以及个人
健康护理等小范围的室内应用。<
/p>
在网状网中，
无线传感器网络的网络拓扑结构中，
最复杂的拓扑结构也是最终实现的
目
标
是
网
状
网
络
(MeshNetwork)< /p>
。
在
这
种
结
构
中
，
节
点
与
节
< p>点之
间
的
结
构
是
“
—
”结构。这种结构 无线网络连成一张网，网络非常健壮，伸
缩性好，
在个别链路和终端节点 发生失效时，
不会引起网络分立。
可以同时通过多条路由
通道传输数据，传输可靠性非常高。
在上述的网络拓扑结构中，网络的
形成和维护都是通过设备之间的通信而自动实现，
不需要人工来干预。
2.1.3 ZigBee
网络工作模式
ZigBee
网络的工作模式可以分为信标（
Beacon
< p>）和非信标(Non-Beacon)
两种模式，
信
标模式实现了网络中所有设备的同步工作和同步休眠，
以达到最大限度的功耗节省，
而
非信标模式则只允许终端设备进行周期性休眠，
协调器和所有路由设 备必须长期处于工作
状态。
信标模式下，
协调器负责以一定的间隔时间
(
一般在
15ms
～
4mins
之间
)
向网络广播信
标帧，两个信标帧发送间隔之间有
16
个相同的时槽，这些时槽 分为网络休眠区和网络活
动区两个部分，消息只能在网络活动区的各时槽内发送。非信标
模式下，
ZigBee
标准采
用父节点为终端设备子节点
缓存数据，
终端设备主动向其父节点提取数据的机制，
实现终
7
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端设
备的周期性
(
周期可设置
)
休眠。
网络中所有父节点需为自己的终端设备子节点缓存数
据帧，所有终端设备子节点的大多数
时间都处于休眠模式
,
周期性的醒来与父节点握手以
确认
自己仍处于网络中，其从休眠模式转入数据传输模式一般只需要
15ms
【
5
】
。
2.2 ZigBee
协议架构
ZigBee
的协议架构是建立在
IEEE802.15.4
标 准基础之上的，
IEEE802.15.4
标准规定
了<
/p>
ZigBee
的物理层（
PHY
）和介质访问控制层 （
MAC
）
；
ZigBee
联盟则 定义了
ZigBee
协议
的网络层（
NW K
）
、应用层（
APL
）和安全服务规范，
ZigBee
协议栈的结构如图
2-2
所示：
< p>
应用对象
应用层（
APL
）
ZDO
管理
应用支持子层（
A PS
）
(
网络层
NWK)
安全服务提供层（
SSP
）
介质访问控制层（
）
物理层
(PHY)2450MHz
PHY
层
_868/915MHz
图
2-2 ZigBee
协议栈的体系结构模型图
ZigBee<
/p>
协议栈的每层为其上一层提供一套服务功能：数据实体提供数据传输服务，
管理实体提供其他的服务。每个服务实体和上层之间的接口称作“服务访问点（
SAP
< p>）”
，
通过
SAP
交 换一组服务原语为上层提供相关的服务功能。
物理层提供两类服务：物
理层数据服务和物理层管理服务。
PHY
层功包括无线收发信
机的开启和关闭、能量检测（
ED
）
、链路质量指示（
LQI
）
、信道评估（
CCA
）和通过物 理媒
体收发数据包。
媒体访问控制层（
MAC
）层提供
MAC
层数据服务和
MA C
层管理服务，其主要功能包括
采用
CSMA/CA
进行信道访问控制、信标帧发送、同步服务和提供
MAC
层可靠传输机 制。
网络层提供设备加入
/
退出网络的 机制、
帧安全机制、
路由发现以及维护机制。
ZigBee
协调器的网络层还负责新网络并为新关联的设备分配地址。
< br>ZigBee
应用层包括应用支持子层
（
APS
< p>）、
ZigBee
设备对象
（
ZDO
）和制造商定义的应
用对象。
APS
子层负责维护绑定列表，根据设备的服务和需求对设备进行匹配，并在绑定
的设备之间
传送消息。
ZDO
负责发现网络中的设备并明确其提供的应用服务。
8
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IEEE802.15.4
标准是针对低速率无线个人区域网络
(LR-WPAN)
通讯制定的标准，
定义
了
LR-WPAN
的
PHY
层和
MAC
层。在此基础上
ZigBee
联盟定义的
ZigBee< /p>
标准包括
NWK
层，
APL
层及
SSP
层的标准。本小节主要分析
PHY
层，
MAC
层，
NWK
层和
APL
层的标准。
2.2.1
物理层（
PHY
）
IE
EE802.15.4
物理层主要完成以下几项任务：开启和关闭无线收发信机、能量检测
（
ED
）
、链路质量指示（
LQ I
）
、信道评估（
CCA
）和通过物理媒体收发数 据包。
IEEE802.15.4
物理层定义了
868Mhz
、
915Mhz
和
2.4G hz
三个频段。表
2-1
所示即为
这三个
频段上分别所采用的调制和扩频技术参数。
表
2-1 IEEE802.15.4
的扩频和调制参数
物理层
工作频
率
(Mhz)
频
道
数
码片率
扩频参数
传输参数
(kchip/s)
868Mhz
物理层
915Mhz
物理层
868-868
.6
调制方式
传输率
（<
/p>
kb/s
）
数据符号
1
300
三相的相位健
控调制（
BPSK
）
二相的相移控
件调制（
BPSK
）
偏移四相相移
20
二进制
902-928
10
600
40
二进制
2.4G
物
理层
2400-24
83.5
16
2000
控件调制
（
BPSK
）
250
16
状
态组
IEEE802.15.4
物理层在三个频段上共划分了
27
个信道，
信道编号为
0
～
26
。
2450Mhz
频段上划分了
16
个信道，
915Mhz
频段有
10
个信道，
868Mhz
频段有
1
个信道，
27
个信道
的中心频率
和对应的信道编号定义如式（
2.1
）所示。
< br>?
868.3
Mhz
,
k
?
0
?
?
Fc
?
?
?
?
906
?
2
?<
/p>
k
?
1
?
?
?
Mhz
,
k
?
1,
2,
,10
(2.1)
?
?
?
2405
?
5
?
k
?
11
?
?<
/p>
?
Mhz
,
k
?< /p>
11,12,
,
26
?
?
式中
k
指的是信道号，
Fc
的单位为
MHz
。
物理层通过
射频固件和硬件提供
MAC
层与物理无线信道之间的接口。
从概念 上说，
物
理层还应该包括物理层管理实体（
PLME
）
，以提供调用物理层管理功能的管理服务接口；
同时
PLME
还负责维护物理层
PAN
信息库（
PHY PIB
）
。物理层参考模型如图
2-3
所示。
9
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PD-
SAP
PLME-SAP
PHY layer
P
HY
PIB
PLME
RF-
SAP
图
2-3
物理层参考模型
其中，物理层数据服务访问节点
PD-SAP
支持在两个 对等的
MAC
实体之间传输
MAC
协
议数据单元
（
MPDU
）
，
< p>物理层管理实体服务访问点PLME-SAP
允许在
MLME
和
PLME
之间传送
管理命令。
物理层协议数据单元（
PPDU
）由三部分组成 ：同步头（
SHR
）允许接收设备同步并锁
定数据流；<
/p>
物理层帧头
（
PHR
）
包含的是帧长 信息；
有效载荷部分为
PSDU
，
其格式如表
2-2
所示：
表
2-2 PPDU
格式
字节数
:4
1
1
可变长度
引导序列
帧开始符
帧长
(7
位
)
预留
(1
位
)
物理层服务数据单元（
PSDU
）
同步头
(SHR)
物理层帧头
(PHR)
物理层有效载荷
引导序列：收发信机用来获得码片和符号同步，它是
32
位长度 的全
0
序列。
帧开始符（
SFD
）
：表示引导序列的结束和数据帧的开始。
< p>
帧长字段：它用
7
位表示物理层有效载荷
PSDU< /p>
的长度。
PSDU
字段：可变长度的字 段，它是物理层要发送的数据包（
MPDU
）
。
2.2.2
媒体访问控制层（
MAC
）
MAC
层位于
NWK
层和
PHY
层之间，主要负责以下几项任务：协调器产生网络信标、信
标同步、支持
PAN
关联和解关联、
CSMA-CA
信道访问机制、处理和维 护保证时隙（
GTS
）
机制、在两个对等
MAC
实体间提供可靠链路。
MAC
层 提供了特定服务汇聚子层（
SSCS
）和物理层之间的接口。从概念上说，
MAC
层
还包括
MAC
层管理实 体
（
MLME
）
，
以提供调用
MAC
层管理功能的管理服务接口；
同时，
MLME< /p>
还负责维护
MAC
PAN
信息库
（
MAC
PIB< /p>
）
。
MAC
层通过
MAC
< p>公共部分子层（
MCPS
）
的数据
< p>SAP
10
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（
MCPS- SAP
）提供
MAC
数据服务；通过
MLME-S AP
提供
MAC
管理服务。这两种服务通过物
理层
PD-SAP
和
PLME-SAP
提供了
SSCS
和
PHY
之间的接口。
除 了这些外部接口外，
MCPS
和
MLME
之间还隐含了一个内部接口，
用于
MLME
调用
M AC
数据服务，
MAC
层参考模型如图
2-4
所示：
MCPS-
SAP
MLME-SAP
PHY
Common
Part Sublayer
MAC
PIB
MLME
PD-
SAP
PLME-SAP
图
2-4 MAC
层参考模型
MAC
层数据服务中
MCPS-SAP
支 持两个对等的
SSCS
实体之间
SSCS
协议数据 单元
（
SPUD
）
的传输。
MAC
层管理服务中
MLME-SAP
支持在
M AC
层和其上层之间传递管理命令。
MAC
MAC
协议数据单元（
MPDU
）
，是由一系列字段按照特定的顺序排列而成的。
MAC
帧通常 包括三部分：
MAC
头、
MAC
有效载荷和
MAC
尾。
MAC
头部分由帧 控制字段、帧序号字段和地址信息域组成；
MAC
有效载荷部分的长度
< p>与帧类型相关，确认帧的有效载荷部分长度为
0
；
MAC
尾是帧校验序列（
FCS
）
，
MAC
帧格
式如表
2-3
所示：
表
2-3 MAC
帧格式
字节数
:2
1
帧
帧控制
序
号
0/2
目的
PA
N
标识码
0/2/8
目的
地址
0/2
源
PAN
标识码
0/2/8
源地
帧有效载
址
荷
地址信息
MAC
有
MAC
头（
MHR
）
效载荷
R
）
MAC
尾（
MF
FCS
可变长度
2
帧控制：占
2
个字节，包含了帧的类型、寻址、安全等信息。
帧序号：占
1
个字节，表示发送帧的序号，协调器使 用某种算法选择一个随机值并
存储下来，
在帧发送的时候将存储的随机值 复制到帧序号，
随着每一帧的发送，
依次加
1
。
目的
PAN
表示符 ：占
2
个字节，表示接收方所在
PAN
的标识符。
目的地址：表示帧发送目的节点的地址，根据地质模式，占
个字节（
16
位段地址）
11
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或
个字节（
64
位长地址）
。
源
PAN
标识符：占
2
个 字节，为发送方所在
PAN
的标识符。
源地址：表示帧发送源节点的地址，根据地址模式，占
2
个字节（
16
位段地址）或
8
个字节（
64
位长地址）
。
帧负荷：
MAC
帧传送的数据。
帧检验序列（
FCS
）
：
FCS
是对
MAC
帧头和有效载荷计算得到的
16
位
ITUT CRC
序列。
I
EEE802.15.4
中的
MAC
帧包括四种类型：信标帧、数 据帧、确认帧和命令帧。
信标帧用于节点请求加入网络时，
协调器对本
PAN
的信息发布，
供节点 选择是否
加入本网络。
此外，
信标帧在需要进行同步的< /p>
PAN
中又具有传送时隙分配信息及同步信息
的功能。
数据帧用于向对等的
MAC
层实体传送上层 递交来的数据信息。
确认帧仅当上次接收到的数据帧或命令帧需要进行接收确认时才发送。
命令帧用于发送各种
MAC
层相关命令，
包括关联请求、
数据发送请求、
协调者重分配
请求、信标
请求等。
2.2.3
网络层（
NWK
）
网络
层在
MAC
层与应用层之间提供合适的接口，
通过激发
< p>MAC层的动作执行寻址和路
由功能。主要任务包括：发起一个网络
并且分配网络地址
(PAN
协调器
)
；向网络中添 加设
备或者从网络中移除设备；
将消息路由到目的节点；
对发送的数据进行加密；
在网状网络
中执行路由寻址并且储存路由表。<
/p>
网络层提供保证
IEEE802.15.4MAC
层正确工作的能力并为应用层提供合适的服务接
口。网络层也包括两个服务实体
-
网络层数据实体和网络层管理实体，网络层数据实体
（
NLDE
）通过
NLDE-SAP
为应用层提供数 据服务；网络层管理实体（
NLME
）通过
NLME-SAP
为应用层提供管理服务。
NLME
要借助
NL DE
完成部分管理任务，
另外它还要维护一个有关
管理对
象的数据库
-
网络层信息库（
NIB
）
< p>，网络层参考模型如图2-5
所示：
12
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Next Higher Layer
Entity
NLDE-SAP
NLME-SAP
NLDE
NWK
PIB
NLME
MCPS-SAP
MLME-SAP
Mac
Sub-Layer Entity
图
2-5
网络层参考模型
NLDE
提供的数据 服务允许在同一网络中的两个或多个设备之间传输应用协议数据单
元（
A PDU
）
。具体来说，
NLDE
提供的服务：一是 在应用支持子层
PDU
基础上添加适当的协
议头产生网络
协议数据单元
（
NPDU
）
；
二是 根据拓扑路由，
把
NPDU
发送到通信链路的目的
地址设备或通信链路的下一跳。
NLME
提供 的管理服务允许应用与协议栈之间交互。具体来说，
NLME
提供的服务包括
配置新设备、
创建新网络、
设备请求加入
/< /p>
离开网络和
ZigBee
协调器或路由器请求设备离
开网络、寻址、紧邻发现、路由发现、接收控制等。
NWK<
/p>
帧由两个基本部分组成：
NWK
头和
NWK
有效负载。
NWK
头部分包括帧控制、地址
和序号
信息；
NWK
有效负载部分包含的信息因帧类型的不同而不同，
它 是可变长度的，
NWK
帧的一般格式如表
2-4
所示：
表
2-4
网络层帧格式
字节
:2
帧控制
2
目的
地址
2
源地
址
1
广播半径的一般格式如图并为
应用层提供合适的服务和管理
路由信息
网络层头部
1
广播序
列号
网络层负荷
可变长度
帧负荷
帧控制：标识了帧的类型、所用的协议类型以及是否采取了安全措施。
目的地址
/
源地址：此帧接收节点和发送节点的
16
位网络地址，其中
16
位网络地址
在网络连接建立时已经分配好。
13
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广播半径：表示节点发信机发射信号可以被接收到的范围。
广播序列号：表示广播帧的序号，随着帧的广播序号递增。
< p>
帧负荷：网络层帧所承载的有用信息
【
6
】
。
2.2.4
ZigBee
应用层
ZigBee
应用 层包括应用支持子层（
Application Support Sublayer
< p>，APS
）
、应用框
架，
设备对象（
ZigBee Device Objects
，
ZDO
）和
ZDO
< p>管理平台APS
子层的任务
是维护绑定表和在绑定设
备之间传递信息。
ZDO
负责定义设备在网络中的角色
（如
ZigBee
协调器或终端设备）
、发现设备并决定设备所能提 供的应用服务、初始化并响应绑定请求
和在网络设备之间建立安全关系。
APS
子层概述：
ZigBe
e
设备对象应用支持子层
APS
在网络层和应用层之间，
通过一组
ZigBee
设备对
象
Z DO
和厂商定义的应用对象都可以使用的服务，
提供了网络层和应用层之间的接口 。
应
用支持子层包含两个实体：
APS
数 据实体（
APSDE
）和
APS
管理实体
(APSME)
。
APSDE
通过
APS
数据实体服务接入点
(APSDE-SAP)
在同一网络 的两个或多个设备之间提供数据传输服
务；
APSME
通 过
APS
管理实体服务接入点
(APSME-SAP)
< p>提供服务机制，以发现和绑定设备，
并维护一个管理对象的数据库<
/p>
APS
信息库
(AIB)
。
APS< /p>
子层参考模型如图
2-6
所示：
Next Higher Layer
Entity
APSDE-SAP
APSME-SAP
< br>APSDE
APS
IB
APSM
E
NLDE-SAP
NLME-SAP
NWK-
Layer Entity
图
2-6 APS
子层的参考模型
ZigBee
应 用层框架是应用设备和
ZigBee
设备连接的环境。
在应用层框 架中，
应用对
象
(Application
Object)
发送和接收数据通过
APSDE-SAP
实现，
而对应用对象的控制和管
理则通过
ZDO< /p>
公用接口来实现。
APSDE-SAP
提供的数据服务包括请求、确 认、响应以及数
据传输的指示信息。用户可以定义多达
240
< p>个不同的应用对象，每个应用对象由端口1
14
宁夏大学新华学院本科学位论文
到端口
240
来标识，端口
241
～
254
保留做将来使用，此外，还有两个附加的端口：端口
0
用于< /p>
DO
的数据接口，
端口
255
用于所 有应用对象的广播数据的数据接口。
使用
APSDE-SAP
提供的服务，应用层框架提供了应用对象的两种数据服务类型：键值对
(Key
Value
Pair
，
KVP)
服务和通用信息
(Message
Service
T ype
，
MSG)
服务。两者传输机制一样，不同的是：
KVP
较为严格，是专门为传输一组特征量而设计的；
MSG
结构上则比较自由，不采用应用
支持子层数据帧的内容，留给用户自己定义。
ZigBee
设备对象
(ZDO)
：
ZigBee
设备对象
( ZDO)
，描述了一个基本的功能函数类，在应用对象、配置文件
(Pr
ofile)
和应用支持子层之间提供了一个接口。
ZDO
位于应 用框架和应用支持子层之间。
它满足了
ZigBee
协议 栈所有应用操作的一般要求，
ZDO
还有以下作用：初始化应用支持
子层、网络层、安全服务文档
(Security
Services
Specification
，
SSS)
。从终端 应用中
集合配置信息来确定和执行发现、安全管理、网络管理、以及绑定管理。
ZDO
描述了应用
框架层的应用对象的公用接口以及控制设备和应
用对象的网络功能，
提供了与协议栈中低
一层相连的接口，
数据信息通过
APSDE- SAP
相连，
控制信息通过
APSME-SAP
相 连。
在
ZigBee
协议栈的应用框架中，
ZDO
公用接口提供设备发现、绑定以及安全等功能的地址管理。
ZigBee
设备对象管理平台：
ZigBee
设备对象管理平台管理网络层和应用支持子层，
在
ZigBee
设备对象执行内部
工作时允许其与网络层和应用支持子层
通信。此外，管理平台也负责
ZigBee
设备对象处
理
应用请求接入网络及使用
ZigBee
设备文件信息的安全功能
< br>【
7
】
。
2.3
本章小结
本章首先介
绍
IEEE802.15.4
协议与
ZigBee
的关系，然后给出
ZigBee
协议的架构，
最后根据<
/p>
ZigBee
协议的分层结构，分别介绍了物理层、数据链路层、网络层和应用层的
功能、详细结构及数据格式等内容。
通过以上
内容的研究，使我们对
ZigBee
无线个域网特点及工作机制有了比较深刻的< /p>
了解，为后面的研究打下基础。
15
宁夏大学新华学院本科学位论文
第
3
章
ZigBee
温湿度传感器硬件平台的设计
本章在前面
两章的基础上，设计了基于
ZigBee
无线传感器网络系统的硬件平台，重
点是网络节点的硬件结构设计和电路设计。
3.1
硬件设计
节点是无线传感器网络的基本单元，
是实现无线传感器网络功能的基本平台。
在设计
中，节点分为两种
类型：中心节点与一般节点。
中心节点：无线传输模块
+
微处理器
+
串口
+
电源。中心节 点的功能为：接收周围一般
节点发来的数据；
将数据传给
PC
；
根据
PC
发来的控制指令，
对一般节点进行控制
(
可选
)
。
一般节点：
无线传输模块
+
微处理器
+
传感器十电源。
一般节点的功能为：
数据采集
(
由
传感器完成
)
；获取与周围 节点之间的距离；将信息发送给周围节点；转发周围节点的数
据。
在这里，本课题所设计的硬件平台参考了业界的几种
ZigBee
< p>节点的设计在方案中，
主要设计了个以下模块：处理器，无线收发，电源管理，
UART
串口电路，传感器电路，
总体的硬件系统框图如图<
/p>
3-1
所示：
电源模块
< br>无线收发
PC
UART
CC25
30
微控制器
STH11
图
3-1
硬件系统框图
3.1.1 CC2530
芯片介绍
< br>自
IEEE802.15.4
标准发布后，
市场上逐步生产 出支持
IEEE802.15.4
的芯片。
比如有
Freescale
的
MCl3192
、
TI
公司的
CC2530
、
Ember
< p>的EM2420
。
综合低功耗、
低成本等因素 ，
本论文选用
CC2530
单片机能够满足系统需求，能 充分降低成本和缩短开发周期。
CC2530
结合了德 州仪器的业界领先的黄金单元
ZigBee
协议栈
(Z-Stac kTM)
，提供了
一个强大和完整的
ZigBee
解决方案。而且
CC2530F256
包括了一流的
RF
收发器，工业标
准增强性
8051MCU
，
具有
128KB
可编程的闪存，
8KBRAM< /p>
以及许多其它功能强大的特性，
该
芯片具有完全集成的压控
振荡器，只需要天线、
16MHz
晶体等非常少的外围电路就能在
2.4GHz
频段上工作，完全可以满足
IEEE802.15.4
标准和
ZigBee
技术标准的无线网络技
术
设计开发。
16
宁夏大学新华学院本科学位论文
CC2530
相对其他单片机以较低的总成本，能够建立非常强大的网络节点，并涵盖了
先进的射频器的优良性能、
8KB
随机存储器、系统内可编程闪存以及
8051CPU
等强大的功
能。
CC2530
分别具有
32KB
、
64KB
、
128KB
、
256KB
四种不同的闪存。
CC2530
根据需要切换
不同的运行模式，
具备低能 耗、
较强的抗干扰性、
较好的接收信号能力的优点，
非常适合
WSN
的需要。另外，
CC2530
芯片还集 成了温度传感器。
芯片
CC2530
有
40
根引脚，如图
3-2
所示：
图
3-2 CC2530
引脚图
其中主要引脚的功用分别是：
AVDDl
＼
2
＼
3
＼
4
＼
5
＼
6
：接入
2
～
3.6V
的模拟电源；
DVDDl
／
2
：
2V
～
3.6V
数 字电源
连接；
RF_N
：
RX
< p>期间负RF
输入信号到
LNA
；
RF_P
是
RX
期间正
RF
输入 信号到
LNA
；
RESET_N
：
复位，
活动到低电平；
P1_0
：
端口< /p>
1.0
～
20mA
驱动能力；
Pl_ 1
：
端口
1.1
～
20mA
驱动能力；
P2_3
：端口
2.3
／
32.768kHz
XOSC
；端口
2.4
／
32.768kHz
XOSC
；
XOSC_Ql
／
Q2
：
32MHz
< p>晶
振引脚
1
／
2
。< /p>
CC2530
模块主要可以分为几大块：
CPU
及内存、时钟及电源管理、外设。
（
）
CPU
和内存
CC2530
芯片系列中使用的
805lCPU
内核是一个单周期 的
8051
兼容内核。
它有三种不
同的内
存访问总线
(SFR
，
DATA
和
CODE
／
XDATA)
，单周期访问
SFR
，
DATA
和主
SRAM
。它还
包括一个调试接口和一个
18
输入扩展中断单元。
中断控制器总共提供了
18
个中断源，分为六个中断 组，每个与四个中断优先级之一
17
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相关。
当设备从活动模式回到空闲模式，
任一中断服务请求就被激发。
一些中断 还可以从
睡眠模式
(
供电模式
1-3)< /p>
唤醒设备。
内存仲裁器位于系统中心，
因 为它通过
SFR
总线把
CPU
和
D MA
控制器和物理存储器以
及所有外设连接起来。
内存仲 裁器有四个内存访问点，
每次访问可以映射到三个物理存储
器之一：一个
8KB SRAM
、闪存存储器和
XREG
／
SFR
寄存器。它负责执行仲裁，并确定同
时访问同一个物理
存储器之间的顺序。
8KB
SRAM
映射至
IJDATA
存储空间和部分
XDATA
存 储空间。
8KB
SRAM
是一个超低功耗
的
SRAM
，
即使数字部分掉电
(
供电模式
2
和
3)
也能保留其内容。
< p>这是对于低功耗应用来说
很重要的一个功能。
32
／
64
／
128
／
256KB
闪存块为设备提供了内电路可编程的非易失性程序存储器，映
射到
XDATA
存储空间。
除了保存程序代码和常量以外 ，
非易失性存储器允许应用程序保存
必须保留的数据，
这 样设备重启之后可以使用这些数据。
使用这个功能，
例如可以利用已
经保存的网络具体数据，就不需要经过完全启动、网络寻找和加入过程。
（
2
）时钟和电源管理
数字内核和外设由一个
1.8V
低差稳压器供电。它提供了电源管理功能 ，可以实现使
用同供电模式的长电池寿命的低功耗运行。
（
3
）外设
C
C2530
包括许多不同的外设，允许应用程序设计者开发先进的应用。
调试接口执行一个专有的两线串行接口，
用于内电路调试。
通过 这个调试接口，
可以
执行整个闪存存储器的擦除、
控制使 能哪个振荡器、
停止和开始执行用户程序、
执行
8051
内核提供的指令、
设置代码断点，
以及内核中全部指令的单步调试 。使用这些技术，
可以
很好地执行内电路的调试和外部闪存的编程。
设备含有闪存存储器以存储程序代码。闪存存储器可通过用户软件和调试接
口编程。
闪存控制器处理写入和擦除嵌入式闪存存储器。闪存控制器允许页面擦除和
4
字节编程。
I
／
O
控制器负责所有通用
I
／
O
引脚。
CPU
可以配置外设模块是否控制某个引脚或它
们是否受软件控制，
如果是的话，
每个引脚配置为一个输入还是输出，
< p>是否连接衬垫里的
一个上拉或下拉电阻。
CPU
中断 可以分别在每个引脚上使能。每个连接
I
／
O
引脚 的外设
可以在两个不同的
I
／
O
引脚位置之间选择，以确保在不同应用程序中的灵活性。
定时器
1
是一个
16
位定时器，具有定时器
/PWM
功能。它有一个可编程的分频器，一
个
16< /p>
位周期值，
和五个各自可编程的计数器／捕获通道，
每个都有一个< /p>
16
位比较值。
每
个计数器／捕获通道可以
用作一个
PWM
输出或捕获输入信号边沿的时序。
它还可以配置在
IR
产生模式，
计算定时器
3
< p>周期，输出是
AND
，
定时器
3
的输出是用最小的
CPU
互动产生
调制
的消费型
IR
信号。
MAC
(
定时器
2)
是专门为支持
< p>IEEE802.15．
4MAC
或软件中其他时槽的协议设 计。
定时器有一个可配置的定时器周期和一个
8
位溢出计 数器，
可以用于保持跟踪已经经过的
18
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