基于ZigBee的无线语音传输系统的设计

基于ZigBee无线语音传播系统设计摘要：ZigBee技术是一种短距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本无线网络技术。其重要特性涉及：具备多跳传送（multi-hoprelay）机制、网络扩展性能好、布设容易以及具备自组织与自修复能力。在无线传感网络应用中，声音也是一种传感量，传播采样声音数据正是声音传感应用基本规定，因此本论文针对IEEE802.15.4/ZigBee应用环境，提出实现语音通信研究课题。本课题设计了基于CC2430芯片Zigbee硬件模块，通过理解，在空旷环境下视距传播距离大概30米；在此基本上设计了基于IEEE802.15.4语音通信系统方案，开发了硬件实验平台，用以研究短距离无线语音通信技术。语音通信方案充分运用CC2430SoC性能特点，使用芯片内部ADC和APR9600完毕语音采样及回放，无需外部语音编解码器件且使用外围器件很少。系统可以较好地实现实时语音无线传播，发射功率不大于0dBm，语音延时不大于25ms，传播距离达到15米，音质MOS测试分达到3分以上。该方案硬件简朴，成本低廉，功耗很低，可应用于矿井井下生产、无线传感器网络、消防、安全监控领域，拓展了IEEE802.15.4应用范畴。核心词：IEEE802.15.4；ZigBee；CC2430；APR9600；无线语音通信BasedonZigBeewirelessvoicetransmissionsystemdesignAbstract：ZigBeetechnologyisakindofshort，lowcomplexity，lowpowerconsumption，lowrate，lowcostwirelessnetworktechnology.Itsmainfeaturesinclude：withmultiplehopstransmission(multi-hoprelay)mechanism，extendthenetworkperformanceisgood，layouteasilyandhassinceorganizationandtheself-repairingability.Inwirelesssensornetworkapplications，theaudioisalsoakindofsensorvolume，transmissionsamplingvoicedataisthebasicrequirementofvoicesensing，sothispapertheapplicationofIEEE802.15.4/ZigBeeproposedrealizevoicecommunicationenvironment，theresearchsubject.ThistopicwasdesignedbasedontheCC2430chipZigbeehardwaremodules，afterunderstandinginopenenvironment，thetransmissiondistancestadiaabout30meters；OnthebasisofIEEE802.15.4designedonthebasisofvoicecommunicationsystemsolutions，developedhardwaretestplatformtostudythesprintwirelessvoicecommunicationstechnology.VoicecommunicationsplanmakefulluseofCC2430SoCperformancecharacteristics，usechipAPR9600completedinternalADCandspeechsamplingandplayback，withoutexternalvoicecodecpiecesanduseofperipheraldevicesseldom.Systemcanwellrealizereal-timespeechwirelesstransmission，transmissionpower，lessthan0dBm25msspeechdelay，thetransmissiondistancetolessthan15meters，timbreMOStestpointstothreepoints.Theschemehardwaresimpleandlowcost，lowpowerconsumption，andcanbeusedtomineproduction，wirelesssensornetwork，firecontrol，safetymonitoringfield，expandthescopeofIEEE802.15.4application.Keywords：IEEE802.15.4，ZigBee，CC2430，APR9600，wirelessvoicecommunication目录TOC\o"1-3"\h\u16853第一章绪论 1299111.1选题背景 1101781.2国内外研究现状 2154491.2.1无线传感网络国内外应用现状 27651.2.2Zigbee技术国内外发呈现状 3154991.3生产需求状况 3223671.4研究目和意义 483461.5本论文研究内容 526425第二章Zigbee合同栈构造和原理 677052.1Zigbee合同栈概述 6174552.2ZigBee网络体系 7289242.2.1两种功能类型设备 7204412.2.2三种节点类型 8317762.2.3三种网络拓扑构造 8293502.2.4两种工作模式 9233502.3IEEE802.15.4通信层 9170372.3.1载波信道和频率描述 10228162.3.2物理层(PHY)数据包格式 10247212.4介质接入控制子层MAC 1156172.4.1MPDU数据单元解决 11192402.4.2MAC层数据传播 12169452.5Zigbee网络层 1553712.5.2组网管理 17166702.5.3Zigbee路由算法 1810915第三章CC2430模块硬件设计 24209813.1Zigbee芯片描述 24264453.2CC2430无线单片机简介 2583323.2.1CC2430芯片重要特点 25305653.2.2CC2430芯片引脚功能 28245233.2.3CC2430芯片典型电路应用 29168263.3CC2430模块硬件设计与实现 30257863.3.1CC2430模块电路图 3048013.3.2硬件方面设计 30121013.4软件设计 34253063.4.1IAR开发环境简介 34301863.4.2ADC参数配备 3560813.4.3使用TI-MAC合同栈进行语音传播 3613277总结 3925237道谢 4030070重要参照文献 41第一章绪论1.1选题背景Zigbee是一种短距离、低速率无线网络通信技术，其开发是为了建立一种低成本、低功耗社区域无线通信方式，在此基本上通过软件合同栈发展出易布建大容量、不依赖既有通信网络和既有电力网络无线网络。Zigbee在工业控制、家庭智能化、无线传感器网络等领域有广泛应用前景。数据传播速率低。只有10kb／s～250kb/s，专注于低传播应用。在休眠状态下耗电量仅仅只有1μW，通信距离短状况下工作状态耗电为30mW，在低耗电待机模式下，两节普通5号干电池可使用6个月以上。WSN节点对功耗需求极其苛刻，传感器节点需要在危险（例如战场、核辐射）区域持续工作数年而不更换供电单元。由于ZigBee数据传播速率低，合同简朴，因此大大减少了成本，这也正是蓝牙系统所不具备。无线传感器网络中可以具备成千上万节点，如果不能严格地控制节点成本，那么网络规模必将受到严重制约，从而将严重地制约WSN强大功能。每个ZigBee网络最多可支持65000个节点。由于WSN能力很大限度上取决于节点多少，也就是说可容纳传感器节点越多，WSN功能越强大。因此ZigBee网络容量大特点非常符合WSN需要。有效覆盖范畴在10～75m之间，但是可以扩展到数百米，详细根据实际发射功率大小和各种不同应用模式而定，基本上可以覆盖普通家庭或办公室环境。减少WSN节点能量消耗和平衡所有节点能量，有必要缩小节点RF模块覆盖范畴。使用频段分别为2.4GHz、868MHz（欧洲）及915MHz（美国），均为免执照频段，具备16个扩频通信信道。相应，WSN采用2.4GHZ工作频段特性将会更有助于WSN发展。ZigBee提供了数据完整性检查和鉴权功能，硬件自身支持CRC和AES－128。这一安全特性能较好地适应军事需要无线传感器网络。总结Zigbee有如下长处：低功耗：由于ZigBee传播速率低,发射功率仅为1mW,并且采用了休眠模式,功耗低,因而ZigBee设备非常省电。据估算,ZigBee设备仅靠两节5号电池就可以维持长达6个月到2年左右使用时间,这是其他无线设备望尘莫及。成本低：ZigBee模块初始成本在6美元左右,预计不久就能降到1.5—2.5美元，并且ZigBee合同是免专利费。低成本对于ZigBee也是一种核心因素。时延短：通信时延和从休眠状态激活时延都非常短,典型搜索设备时延30ms,休眠激活时延是15ms，活动设备信道接入时延为15ms。因而ZigBee技术合用于对时延规定苛刻无线控制(如工业控制场合等)应用。网络容量大：一种星型构造Zigbee网络最多可以容纳254个从设备和一种主设备，一种区域内可以同步存在最多100个ZigBee网络，并且网络构成灵活。可靠：采用了碰撞避免方略,同步为需要固定带宽通信业务预留了专用时隙,避开了发送数据竞争和冲突。MAC层采用了完全确认数据传播模式，每个发送数据包都必要等待接受方确认信息。如果传播过程中浮现问题可以进行重发。安全：ZigBee提供了基于循环冗余校验(CRC)数据包完整性检查功能,支持鉴权和认证，采用了AES-128加密算法,各个应用可以灵活拟定其安全属性。ZigBee重要应用在距离短、功耗低且传播速率规定不高各种电子设备之间，典型传播数据类型有周期性数据、间歇性数据和低反映时间数据。因而它应用目的重要是：工业控制（如自动控制设备、无线传感器网络）、医护（如监视和传感）、家庭智能控制（如照明、水电气计量及报警）、消费类电子设备遥控装置、PC外设无线连接等领域。1.2国内外研究现状1.2.1无线传感网络国内外应用现状军用领域：国际上比较有代表性和影响力无线传感网络项目有遥控战场传感器系统（RemoteBattlefieldSensorSystem）、网络中心战（NCW）及机灵传感器网络（SSW）、智能尘（smartdust）、Intelmote、Smart-Its项目、SensorIT、行为习性监控（HabitatMonitoring）项目。SensorIT项目摸索了如何将WSN技术应用于军事领域，实现所谓“超视距”战场监测。民用领域：美日等国家运用该技术对各种领域进行了应用[2]：英特尔与加利福尼亚州大学伯克利分校合伙针对微尘技术进行研究，并于将传感器网络技术应用到大鸭岛海燕生活习性监测项目。日立制作所与YRP泛在网络化研究所于11月24日宣布开发出了全球体积最小传感器网络终端，作为安装电池有源无线终端，可以搭载温度、亮度、红外线、加速度等各种传感器。设想应用于大楼与家庭无线传感器以及安全管理方面。三菱电机9月29日宣布成功试制出了支持近距离无线通讯技术ZigBee无线传感器。在旧金山，科学家将200各种Mica2节点布置在金门大桥构成WSN，用以监测大桥从一端到另一端摆动幅度，从而及时发现大桥隐患。国内现状：国内无线传感网络及其应用研究几乎与发达国家同步启动。中华人民共和国科学院上海微系统联合声学所、微电子所、半导体所等十余个校所，初步建立传感网络系统研究平台，在无线智能传感网络通讯技术、微型传感器、传感器节点、簇点和应用系统等方面获得很大进展。1.2.2Zigbee技术国内外发呈现状底由ZigBee联盟发布了1.0版本规范ZigBee合同，11月发布了1.1版本规范。世界上有八家支持ZigBee联盟创始者公司，即Chipcon、Ember、Freeseale、Honeywell、Mitsubishi、Motorola、PhiliPs、Samsung。ZigBee联盟公司涉及有IC供应商、无线IP提供商、OEM厂商、测试设备制造商、最后产品制造商等，提供ZigBee合用产品和方案。到4月，已有Chipcon、Freescale、CompXs、Ember四家公司通过了ZigBee联盟对其产品所作测试和兼容性验证。飞思卡尔推出全球首个符合ZigBee原则平台，制造商当前可以将ZigBee技术用于传感和监控应用。中华人民共和国市场，华为、海尔等中华人民共和国OEM公司也加入了ZigBee联盟，许多院所展开了对ZigBee研究。ZigBee在中华人民共和国应用也更加广泛。例如以海尔U-HomeWirelessNetwork为代表，涉及通过Internet、电话、手机或进行家庭监控、无线网关控制等。同步许多公司也在进行ZigBee有关产品开发工作，有代表性公司有上海顺舟网络科技有限公司[3]、成都无线龙通讯科技有限公司等[4]。1.3生产需求状况为了推动ZigBee技术发展，Chipcon与Ember、Freescale、Honeywell、Mistubishi、Motorola、Philips和Samsung等公司共同成立了ZigBeeAlliance，当前该联盟已经包括130多家会员。该联盟主席RobertF.Haile曾于11月亲自拜访中华人民共和国，以免专利费方式吸引中华人民共和国本地公司加入。这一预言正在从ZigBee联盟及其成员近期一系列活动和进展中得到验证。在原则林立短距离无线通信领域，ZigBee迅速发展可以说是有些令人始料不及，从底原则确立，究竟有关芯片及终端设备总共卖出1500亿美元，应当说比被业界“炒”了近年蓝牙、Wi-Fi进展都要快。ZigBee技术在ZigBee联盟和IEEE802.15.4推动下，结合其她无线技术，可以实现无所不在网络。它不但在工业、农业、军事、环境、医疗等老式领域有具备巨大运用价值，在将来其应用可以涉及到人类寻常生活和社会生产活动所有领域。随着21世纪社会经济和当代科技迅速发展,人们对可以随时随处提供信息服务无线通信需求越来越迫切。短距离无线通信技术作为成为无线通信技术领域一种重要分支,在诸多无线数据传播中应用已经越来越广泛。Zigbee浮现,弥补了短距离数据通讯低成本解决方案空白,促成了它应用辽阔前景.据调查，时，zigbee芯片销量只达到约1000万元美元，而就已经达到约6000万美元，预测可达到3万美元，复合增长63%。通过这些数据，咱们可以看出zigbee需求量是比较庞大。1.4研究目和意义ZigBee技术作为一种短距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本无线网络技术，它根据IEEE802.15.4原则，在数千个微小传感器之间通过互相协调来实现通信，其重要特性涉及：具备多跳传送（multi-hoprelay）机制、网络扩展性能好、布设容易以及具备自组织与自修复能力。由于ZigBee技术具备功耗低、成本低、网络容量大、时延短、安全可靠、工作频段灵活等许多长处，诸多研究机构将其作为无线传感器网络通讯原则。老式上ZigBee重要应用于家庭自动化、工业自动化、库存管理、产品质量控制、灾害地区监测、生物监测和监督、定位及消防安全等领域，其传播数据为非实时数据。无线语音通信则属于即时数据传播，虽然实现无线语音通信不是ZigBee原则最初目的，但在许多领域中如果没有语音通信功能，将使其应用受到很大局限；另一方面，在有紧急需求和布置不易环境下（如矿井井下救援、消防急救），ZigBee具备其她通信技术难以代替优势，如能运用ZigBee网络进行双向语音传播则具备非常大实用价值；同步，在无线传感网络应用中，声音也是一种传感量，传播采样声音数据正是声音传感应用基本规定。因此本论文针对IEEE802.15.4/ZigBee应用环境，提出实现语音通信研究课题。1.5本论文研究内容重要研究内容涉及如下几点：①依照IEEE802.15.4原则及ZigBee，开发低成本ZigBee无线模块②为了实现语音正常传播，咱们通过芯片APR9600进行接受和解决③研究基于ZigBee无线语音传播系统设计

第二章Zigbee合同栈构造和原理2.1Zigbee合同栈概述Zigbee合同栈由一组子层构成。每层为其上层提供一组特定服务：一种数据实体提供数据传播服务，一种管理实体提供所有其她服务。每个服务实体通过一种服务接入点（SAP）为其上层提供服务接口，并且每个SAP提供了一系列基本服务指令来完毕相应功能。Zigbee合同栈体系构造如图2.1所示，它虽然是基于原则7层开放系统互联（OSI）模型，但仅对那些涉及Zigbee层予以定义。IEEE802.15.4—原则定义了最下面两层：物理层（PHY）和介质接入控制层（MAC）。Zigbee联盟提供了网络层和应用层（APL）框架设计。其中，应用层框架涉及了应用支持层（APS）、Zigbee设备对象（ZDO）及由制造商制定应用对象。图2-1 Zigbee合同栈体系构造相比于常用无线通信原则，Zigbee合同套件经凑而简朴，详细实现规定很低。Zigbee联盟但愿建立一种可以连接每个电子设备无线网，它预言Zigbee将不久成为全球高品位无线技术，Zigbee节点达到30亿个。具备十几亿节点网络将不久耗尽已不够用IPv4地址空间，因而IPv6与IEEE802.15.4结合是传感器网络发展趋势。IPv6采用128位地址长度，几乎可以不受限制地提供地址。在IEEE502.15.4中总共分派了27个具备3种速率信道；2.4GHz频段有16个速率为250Kb/s信道；915MHz频道有10个40Kb/s信道；868MHz频段有1个20Kb/s信道。这些信道中心频段按如下定义[6]（k为信道数）：FC=868.3MHz（k=0）FC=906MHz+2（k-1）MHz（k=1，2······，10）FC=2405MHz+5（k-11）MHz（k=11,12·····，26）IEEE802.15.4有下列特性：1.只支持星形和点对点拓扑构造；2.在网络中存在两种地址：16位网络地址，由协调器在网络建立是分派，64位IEEE地址；3.实现四中不同传播速率（20、40、100、2500Kbps）；4.支持应答机制；5.信道能量检测和链路质量批示；6.工作于ISM频段，在868MHz频段上有1个信道，915MHz上有10个信道，在2450MHz上有16个信道；7.低功耗节能。一种IEEE802.15.4可以依照ISM频段、可用性、拥挤状况和数据速率在27个信道中选取1个工作信道。从能量和成本效率来看，不同数据速率能为不同应用提供较好选取。来自IEEE502.15.4物理层合同数据单元二进制数据被依次构成4位二进制数据符号。每种数据符号被映射成32位伪噪声码片，以便传播。然后，这个持续伪噪声CHIP序列被调制到载波上，即采用半正弦脉冲波形偏移正交相移键控调制方式。IEEE802.15.4MAC层提供两种服务：MAC层数据服务和MAC层管理服务。管理服务通过MAC层管理实体服务接入点访问高层，MAC层数据服务使MAC层合同数据单元收发可以通过物理层数据服务。IEEE802.15.4MAC层特性有信标管理、信标接入机制、保证时隙管理、帧确认、确认帧传播以及节点接入与分离。ZigBee网络层重要用于ZigBee网络组网接入、数据管理以及网络安全等。而应用层重要为ZigBee技术实际应用提供某些应用框架模型等，以便于对ZigBee技术开发应用。2.2ZigBee网络体系Zigbee网络中存在两种功能类型设备，三种节点类型，三种拓扑构造及两种工作模式。2.2.1两种功能类型设备ZigBee网络含全功能设备FFD（Fullfunctiondevice）和精简功能设备RFD（Reducedfunctiondevice）两种功能类型设备。全功能设备（FFD）支持原则定义所有功能和特性；而精简功能设备（RFD）功能简洁，存储器容量规定至少。2.2.2三种节点类型ZigBee网络含三种类型节点，即协调器ZC（ZigBeeCoordinator）、路由器ZR（ZigBeeRouter）和终端设备ZE（ZigBeeEndDevice），其中协调器和路由器均为全功能设备（FFD），而终端设备选用精简功能设备（RFD）。协调器：一种ZigBee网络PAN（PersonalAreaNetwork）有且仅有一种协调器，该设备负责启动网络，配备网络成员地址，维护网络，维护节点绑定关等，需要最多存储空间和计算能力。路由器：重要实现扩展网络及路由消息功能，扩展网络，即作为网络中父节点，容许更多设备接入网络，路由节点只有在树状网络和网状网络中存在。终端设备：只能选取加入她人已经形成网络，可以收发信息，但不能转发信息，不具备路由功能。2.2.3三种网络拓扑构造ZigBee网络支持星状、树状和网状三种网络拓扑构造，如图5所示，从左到右依次是星状网络，树状网络和网状网络。星状网络由一种PAN协调器和各种终端设备构成，只存在PAN协调器与终端通讯，终端设备间通讯都需通过PAN协调器转发。树状网络由一种协调器和一种或各种星状构造连接而成，设备除了能与自己父节点或子节点进行点对点直接通讯外，其她只能通过树状路由完毕消息传播。网状网络是树状网络基本上实现，与树状网络不同是，它容许网络中所有具备路由功能节点直接互连，由路由器中路由表实现消息网状路由。该拓扑长处是减少了消息延时，增强了可靠性，缺陷是需要更多存储空间开销。图2-2 ZigBee网络中三种网络拓扑构造2.2.4两种工作模式网络工作模式可以分为信标（Beaeon）和非信标（Non-beaeon）两种模式,信标模式实现了网络中所有设备同步工作和同步休眠，以达到最大限度功耗节约，而非信标模式则只容许ZE进行周期性休眠，ZC和所有ZR设备必要长期处在工作状态。信标模式下，ZC负责以一定间隔时间（普通在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个相似时槽，这些时槽分为网络休眠区和网络活动区两个某些，消息只能在网络活动区各时槽内发送。非信标模式下，ZigBee原则采用父节点为ZE子节点缓存数据，ZE积极向其父节点提取数据机制，实现ZE周期性（周期可设立）休眠。网络中所有父节点需为自己ZE子节点缓存数据帧，所有ZE子节点大多数时间都处在休眠模式，周期性醒来与父节点握手以确认自己仍处在网络中，其从休眠模式转入数据传播模式普通只需要15ms。2.3IEEE802.15.4通信层IEEE802.15.4原则定义了最下面两层：物理层（PHY）和介质接入控制子层（MAC）：物理层（PHY）重要功能：信道选取信道能量检测无线信道收发数据空闲信道评估接受包链路质量检测其中，信道能量检测重要测量目的信道中接受信号功率强度，事实上所测得是有效信号功率和噪声信号功率之和。链路质量要对信号进行解码，生成是信噪比批示，提供接受数据帧是无线信号强度和治疗信息。空闲信道评估判断是当前与否处在空闲状态，以此来决定与否发送当前数据帧。2.3.1载波信道和频率描述IEEE802.15.4原则定义ZigbeePHY层：表2-1原则定义PHY层[7]信道编号中心频率/MHZ信道间隔/MZ频率上限/MZ频率下限/MZ传播速率Kb/S调制方式k=0868.3有且仅有1个信道868.6868.020BPSKk=1……10903+2(k-1)2928.0902.040BPSKk=11……262401+5(k-11)52483.52400.0250Q-QPSK注：868MHz是欧洲附加ISM频段，915MHz是美国附加ISM频段，而2.4GHz为全球通用ISM频段。2.3.2物理层(PHY)数据包格式物理层帧（PPDU）格式如下表所示，Zigbee物理层数据包由同步包头、物理层包头和物理层净荷三某些构成。同步包头由前向同步码（前导码）和数据包（帧）定界符构成，用于获取符号同步、扩频码同步和帧同步，也有助于错略频率调节。物理层包头批示净荷某些长度，净荷某些具有MAC层数据包，最大长度是127字节。如果数据包长度类型为5字节或不不大于8字节，那么物理层服务数据单元（PSDU）携带MAC层帧信息（即MAC层合同数据单元）。表2-2 物理层数据包格式[1]4字节1字节1字节变量前同步码帧定界符帧长度（7位）预留位（1位）PSDU同步包头物理层包头物理层净荷2.4介质接入控制子层MACIEEE802系列原则把数据链路层提成逻辑链路控制子层LLC和介质接入控制子层MAC两个子层。LLC自层在IEEE802.6原则中定义，为802原则系列所共用；而MAC子层合同则依赖于各自物理层。LLC子层重要功能是进行数据包分段和重组，以及保证数据包安顺序传播。而MAC层功能更加强大：解决MPDU；网络协调器信标产生及与协调器信标同步；ED、ACTIVE和ORPHAN机制参加频道存取，数据应答重传机制；运用CSMA—CA机制参加频道存取，数据应答重传机制；解决与维护保证时槽机制；关联和退出关联功能；2.4.1MPDU数据单元解决MAC层负责分解接受到MPDU包，并对来自NWK层数据包进行MPDU封装。MAC层含数据帧、命令帧、信标帧、应答帧，帧格式及不同类型帧格式特点如下：表2-3MAC帧格式[1]字节：210/20/2/80/20/2/8长度可变2帧控制域（FCF）帧序列码接受端设备网络号接受端设备地址发送端设备网络号发送端设备地址帧载荷FCS地址域侦头MAC负荷帧尾通用MAC帧（MPDU）格式如表2-3所示，涉及帧头（MHR）、MAC帧载荷域及帧尾三某些构成。帧头由帧控制域、序列号、地址域构成。MAC帧载荷域即为MAC层有效数据单元。帧尾为帧头和MAC帧负荷域16位CRC校验序列FCS）。表2-4帧控制域（FCF）格式[1]Bits：0~234567~910~1112~1314~15帧类型安全使能帧待决祈求确认PAN保存目地址保存源地址注：1、帧类型：信标帧、数据帧、ACK帧、命令帧；2、帧待决：定义发送端与否尚有数据给接受端；3、祈求确认：定义与否规定接受端应答（反馈ACK）；4、PAN：定义与否省略发送端设备网络号（PANID）；5、目地址和源地址有三种模式：不含地址、16位网络地址、64位IEEE地址；6、帧序号为该帧在源设备中帧标记符，每个设备均有自己帧序列号发生器，序列号采用循环计数方式，范畴值为0-0xFF；7、地址域涉及接受端设备网络和设备地址，发送端设备网络号和设备地址。MAC层帧头接受端设备和发送端设备属于单跳关系。8、四种MAC帧格式阐明：MAC帧含数据帧、信标帧、ACK帧、命令帧四种帧类型。数据帧帧数据单元相应于NWK层帧NPDU（NWKProtocaldataunit），信标帧、ACK帧、命令帧均由MAC层解决或构造。信号帧：具备父节点功能节点通过发送信标帧，告知自己有关信息，如与否容许新节点加入。ACK帧：只含帧头中帧控制域和序列号域，及帧尾FCS校验码域，由接受方反馈给发送方，告知某条帧对的接受。命令帧：MAC层命令帧，其负荷域由命令ID和详细命令参数构成。IEEE802.15.4定义了MAC层以及物理层通信数据格式，如表2-5，其中，物理层数据格式是在MAC层数据格式前加上物理头以及同步头两某些。表2-5IEEE802.15.4定义通信数据格式[1]物理层（PHY）MAC层同步头（SHR）物理头MAC合同数据单元（MPDU）前同步码：4bSFD：1b帧长：1b物理层服务数据单元（PSDU）物理层合同数据单元（PPDU）2.4.2MAC层数据传播重传机制分别实现了信道共享及数据帧可靠传播。1）、CSMA-CA传播机制基于IEEE802.15.4原则，MAC子层发送数据帧和命令帧须使用CSMA-CA机制访问信道，以减少由于帧发送冲突而带来不必要能量损耗。CSMA-CA以涉及载波检测机制和随机退避规则，即等待一段随机时间，随后通过检测物理信道能量来判断当前信道与否空闲，若当前信道空闲，则占用信道并及时发送帧，否则，再次重复上述过程。CSMA/CA通信方式将时间域划分与帧格式紧密联系起来，保证某一时刻只有一种站点发送，实现了网络系统集中控制。CSMA/CA采用了三种检测信道空闲方式：能量检测（ED）、载波检测（CS）和能量载波混台检测。能量检测（ED）：接受端对接受到信号进行能量大小判断，当功率大 于某一拟定值时，表达有顾客在占用信道，否则信道为空。载波检测（CS）：接受端将接受到信号与本机伪随机码（PN码）进行 运算比较，如果其值超过某一极限时，表达有顾客在占用信道，否则以为信道 为空。MAC层使用CSMA-CA（CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionavoidance）机制和应答能量载波检测：它是能量检测和载波检测两种工作方式结合。2）、应答重传机制为了保证传播可靠性，IEEE802.15.4原则在MAC层使用了帧应答重传机制。发送端发送数据帧或命令帧时，可以通过置位帧控制域Ackrequest子域，实现MAC层帧应答重传。当Ackrequest子域为0时，不需要接受端反馈ACK帧，发送端默认接受端对的收到数据帧，通讯流程如下图所示。图2-3无应答成功数据传播[1]当Ackrequest子域为1时，发送端将帧发送出去后，启动定期器，等待接受来自接受端应答帧（ACK帧）。接受端接受到该帧后，及时向发送端反馈应答帧，并将该接受帧传给上层。若发送端在定期器超时之前接受到该应答帧，确认其序列号与原帧相似后，停止该定期器计数，并向上层反馈一成功确认，否则，若发送端没有在有效时间内接受到对的ACK帧，可尝试最多aMaxFrameRetries次重传，若都以失败告终，则以为本次通讯失败，并向上层发送失败确认。成功有应答数据传播如下图所示。图2-4有应答成功数据传播[1]2、MAC层各种扫描MAC层向上层提供了三种扫描：a、ED（EnergyDetect）扫描：用于PAN建立前选取适当信道信道；b、Active扫描：用于获取物理通讯范畴内所有父节点信标帧信道；c、orphan扫描：用于与父节点失去联系节点重新建立关联；1）、ED扫描ED信道扫描，即对目的信道中接受信号功率强度测量，以得出指定信道现存网络活跃限度。NWK层使用MLME-SCAN.request原语向MAC层发起扫描祈求，MAC层接受到该原语，并确认其扫描类型为ED扫描后，依照原语所提供phyChannelssupported这一通道列表属性值，对所有指定通道进行逐个扫描。每个信道扫描过程是先设立信道号，然后对该信道进行多次ED测试，直到耗尽最长时间aBasesuperframeDuration*（Zn+l）（n是MLM-SCAN.request原语中Scanduration），然后将本次所有测试最大ED值记录下来，作为该信道ED测量值。如此，一种信道测量完毕，随后切换到下一信道进行新一轮ED测试。待phyChannelssupported中所有信道所有测试完毕，MAC层向上层反馈一MLME-SCAN.eonfirm原语，告知本次ED扫描状态成果。、Active扫描Active信道扫描使得设备获取在其物理通讯范畴内所有潜在父节点 信标帧。重要用于起动网络时避免PANID冲突，及设备加入网络选取一最 佳父节点加入。Active信道扫描过程，即节点向外发送一信标祈求（beaeonrequest）命令帧，周边所有具备父节点功能节点听到该命令帧后，各自组建一信标帧反馈给该节点，该节点等待最多aBasesuperframeDuration*（Zn+1）时间，（n为ScanDuration）在这段等待时间内，设备只解决信标帧，且将 信标帧上有关信息记录到网络描述符列表中（PANDescriptorList）中，同步还写入邻接表中。、orphan扫描当节点与自己父节点失去联系，它就需要使用orphan扫描尝试重新建立与原关联父节点联系。在orphan扫描期间，该节点MAC层只解决 接受到Coordinatorrealignment命令帧。orphan信道扫描过程，节点一方面发送orphannotification命令帧，只有原父节点听到该帧后才会反馈coordinatorrealignment命令帧，这一过程只容许在aResponsewaitTime时间内完毕。普通状况下，若orphan扫描没有成功，则该设备可重新尝试orphan扫描或是寻找新父节点加入。2.5Zigbee网络层 网络层（NWK）位于媒体访问控制层（MAC）和应用层（APL）之间，主 要功能如下： a、网络层合同数据单元（NPDU）解决； b、信息路由； c、组网管理；2.5.1 NPDU数据单元解决 NWK帧分为数据帧和命令帧。通用帧类型格式 NWK帧由帧头和帧负荷两某些构成。帧头涉及帧控制域和路由信息域，其 中路由信息域含目的端设备地址，源端设备地址，路由半径及序列号四某些。 NWK帧帧负荷域长度可变，内容和长度取决于帧类型。格式如下图：表2-6通用NWK帧格式[5]字节：22211长度可变帧控制域目的端设备地址源端设备地址路由半径序列号帧数据单元路由信息域NWK头NWK负荷阐明：a、帧头帧控制域含：帧类型，合同版本，途径搜索及安全位四个子域。帧类型子域：定义了数据帧和NWK命令帧；合同版本子域：标记该合同版本号；途径搜索子域：用于决定与否使用路由搜索这一功能；表2-7NWK帧控制域格式[5]位：0-12-56-78910-15帧类型合同版本途径搜索保存加密保存b、帧头中路由信息域：含目的地址、源地址、路由半径和序列号；c、目的端设备地址：指该帧最后目的接受端设备网络地址；d、源端设备地址：指该帧最初发起方发送端设备网络地址。e、路由半径域：指出该帧最大传播半径覆盖范畴，每被设备转发一次，该值就减1，当值为0时，该帧不再被转发。f、序列号域：设备NWK层所定义帧序列号，类似于MAC层帧序列号，和目的端设备地址及源端设备地址一起，用于辨认该帧。2、独立帧类型格式NWK帧涉及数据帧和命令帧。数据帧：其NWK负荷域相应于APS层APDU。命令帧：其NWK负荷域第一种字节为NWK命令标记符，其后为长度可变NWK命令负荷。表2-8不同类型NWK帧格式特点[5]NWK帧头NWK帧负荷帧类型2字节6字节长度可变数据帧帧控制域路由信息域数据载荷（APDU）NWK命令帧NWK命令标记符NWK命令负荷NWK命令帧当前涉及途径祈求、途径应答、途径错误和离开网络四种命令类型。表2-9NWK命令帧[5]命令帧标记符命令帧0x01途径祈求0x02途径应答0x03途径错误0x04离开网络0x00,0x05--0xFF保存2.5.2组网管理组网管理所涉及到NWK层功能如下：a、PAN协调器（PANCoordinator）负责建立网络；b、PAN协调器和路由器需容许设备加入和离开网络；c、PAN协调器和路由器负责逻辑网络地址分派及邻接表维护；d、网络中所有设备，都需具备申请加入网络和离开网络功能。ZigBee网络，每个设备拥有两个地址：一种是64位IEEE物理地址，另一种是所在PAN里独有16位网络地址，也称短地址（Shortaddress）。网络地址是在节点加入网络时，由其父节点分派给它。网络地址依照地址分派算法得出，当前主流地址分派算法为分布式地址分派机制（Distributedaddressassignmentmeehanism），地址间关系映射出树状网络节点间从属关系。分布式地址分派机制，重要基于nwkMaxDepth、nwkMaxehildren及nwkMaxRouters三个参数，如下表所示：表2-10地址分派算法参数表[5]参数名称简称描述nwkMaxDepthLm网络最大深度nwkMaxehildrenCm表达一种父节点最大子节点数，涉及路由或终端子节点nwkMaxRoutersRm父节点容许路由子节点最大个数由这三个参数，结合式2.1，得出每层潜在父节点（ZR）地址偏移值Cskip（d），d表达深度，Cskip(d)表达d+l层潜在父节点间地址偏移量，也就是潜在父节点所能拥有地址块尺寸大小。Cskip（d）=1+Cm*（Lm-d-1） 若Rm=1Cskip（d）=(1+Cm-Rm-Cm*Rm^(Lm-d-1))/(1-Rm) 若Rm！=1……(2.1)式一种深度为d父节点给它子节点分派地址，其第一种子节点地址为父节点地址加1，地址块前面某些分派给路由ZR（ZigbeeRouter）子节点，背面某些分派给终端ZE（ZigbeeEndDevice）子节点，其子节点地址详细计算公式如式2.2所示：An= Aparent+Cskip（d）*(n-1)+1，1=<n=<Rm,RouterAn= Aparent+Cskip(d)*Rm+n，1=<n=<(Cm-Rm),EndDevlce…2.2An表达子节点地址，Aparent表达父节点地址，表达父节点深度，范畴值为0=<d=<Lm.2.5.3Zigbee路由算法Zigbee原则提供了星状网络、树状网络、网状网络三种拓扑构造。星状网络路由机制：只存在终端设备ZE与协调器ZC之间通讯。终端设备间消息传送需要通过PAN协调器进行转发。树状网络路由机制：节点在转发消息时，通过计算与目的端设备之间地址关系，从而决定向自己父节点转发，还是向自己某一子节点转发。网状网络路由机制：需要通过路由发现，拟定最佳途径，由路由表记录途径信息，最后实现消息在网路中端到端传播。该路由算法重要思想是按需路由和最短途径开销路由选取。第三章CC2430模块硬件设计3.1Zigbee芯片描述当前市场上有代表性Zigbee芯片有如下几种：1、飞思卡尔：MC13191、MC13192和MC13193平台其中MC13191相应低成本应用，通过飞思卡尔提供软件，顾客可以组建简朴星状网络；MC13192可以满足顾客组织自己非原则网络需求，飞思卡尔提供符合IEEE802.15.4MAC软件，顾客基于此在上面建立自己复杂网络；而MC13193是ZigBee产品，提供IEEE802.15.4MAC软件，再加上ZigBeeMAC软件Zstack，顾客可以基于此建立起ZigBee网络。Ember：EM250ZigBee系统晶片及EM260网络解决器两款晶片均嵌入了EmberEmberZNet─现时第二代ZigBee通讯协定，专为使用涉及网状、星状及群树形等各种网络形态而设自动组网及自动重构无线网络，并提供所有与ZigBee设定与原则有关优势可靠、安全、广泛互用性，低成本，长电池寿命及整合网络管理。就开发工具而言，Ember提供EmberInSightDevelopmentEnvironment。这是Eclipse-based综合开发环境，让开发人员就整个网络为应用作开发及除错。JennicJN5121、JN5139JennicJN5121、JN5139是单芯片ZigBee解决方案。单个芯片即可以构成原则ZigBee终端产品，因而可以在很大限度上减少产品成本，并缩短新产品上市时间。Chipcon：SoC解决方案CC2430ChipconCC2430是一颗真正SoC单芯片解决方案，它可以提高性能并满足以ZigBee为基本2.4GHzISM波段应用对低成本和低功耗规定。它包括一种高性能2.4GHzDSSS（直接序列扩频）射频收发器核心和一颗工业级小巧高效8051控制器。其中MCU涉及存储器及外围，其她模块提供电源管理、时钟分派和测试等重要功能。CC2430设计结合了8KBRAM及强大外围模块，并且有3种不同版本，依照不同闪存空间32KB、64KB和128KB来划分，以得到复杂度与成本最优化组合。CC2430尺寸只有7mm×7mm48-pin封装，采用品有内嵌闪存0.18μmCMOS原则技术。针对合同栈、网络和应用软件执行时对MCU解决能力规定，CC2430包括一种增强型工业原则8位8051微控制器内核，运营时钟为32MHz。CC2430还包括一种DMA控制器，它可以被用于减轻8051微控制器内核对数据搬移操作，因而提高了芯片整体性能。在CC2430内有8K字节静态RAM，其中4K字节是超低功耗SRAM。32K字节、64K字节或128K字节片内Flash块提供在电路可编程易失性存储器。CC2430集成了4个振荡器用于系统时钟和定期操作。CC2430也集成了用于顾客自定义应用外设。CC2430涉及四个定期器，此外，CC2430内集成了实时时钟、上电复位、8通道8位-12位ADC等其她外设。CC2430射频和模仿某些实现了有关物理层操作。CC2430接受器是基于低-中频构造之上，从天线接受RF信号经低噪声放大器放大并经下变频变为2MHz中频信号。中频信号经 滤波、放大，在通过AD转换器变为数字信号。自动增益控制，信道过滤，解调 在数字域完毕以获得高精准度及空间运用率。集成模仿通道滤波器可以使工作 2.4GHzISM波段不同系统良好共存。CC2430还具备强大完整开发环境（IDE）。这涉及全面开发工具，其中涉及CC2430硬件和大量C代码库，并且通过简朴双线串行口提供在线交互式调试。此外，像网络配备、应用Profile建立和系统调试这样工具是使CC2430和Z-Stack结合额外要素。比较而言，TiCC2430片上系统集成了MCS51单片机SOC，容易上手，其价格也是非常有优势，特别是TI公司免费提供了ZigBee合同栈“Z-STACK”，给顾客进行ZigBee应用开发带来了极大便利，因而，本方案选用CC2430进行课题研究。3.2CC2430无线单片机简介CC2430是TI-Chipcon公司推出用来实现嵌入式ZigBee应用片上系统。它支持2.4GHzIEEE802.15.4/ZigBee合同。依照芯片内置闪存不同容量，提供应顾客3个版本，即CC2430-F32/64/128，分别相应内置闪存32/64/128KB。3.2.1CC2430芯片重要特点CC2430是一颗真正系统芯片（SoC）解决方案。这种解决方案可以提高性能并满足以ZigBee为基本2.4GHzISM波段应用对低成本，低功耗规定。它结合一种高性能2.4GHzDSSS（直接序列扩频）射频收发器核心和一颗工业级小巧高效8051控制器。CC2430芯片延用了以往CC2420芯片架构，在单个芯片上整合了ZigBee射频（RF）前端、内存和微控制器。它使用1个8位MCU（8051），具备128KB可编程闪存和8KBRAM，还包括模仿数字转换器（ADC）、几种定期器（Timer）、AES128协同解决器、看门狗定期器（WatchDogTimer）、32kHz晶振休眠模式定期器、上电复位电路（PowerOnReset）、掉电检测电路（BrownOutDetection），以及21个可编程I/O引脚。CC2430芯片采用0.18μmCMOS工艺生产，工作时电流损耗为27mA；在接受和发射模式下，电流损耗分别低于27mA或25mA。CC2430休眠模式和转换到积极模式超短时间特性，特别适合那些规定电池寿命非常长应用。CC2430芯片重要特点如下：高性能和低功耗805微控制器核；集成符合IEEE802.15.4原则2.4GHzRF无线电收发机；优良无线接受敏捷度和强大抗干扰性；在休眠模式下仅0.9uA电流损耗，外部中断或RTC能唤醒系统；在待机模式下低于0.6uA电流损耗，外部中断能唤醒系统；硬件支持CSMA/CA功能；较宽电压范畴（2.0~3.6V）；数字化RSSI/LQI支持和强大DMA功能；具备电池检测和温度感测功能；集成了14位摸/数转换ADC；集成AES安全协解决器；带有2个强大支持几组合同USART，以及七个符合IEEE802.15.4规范MAC计时器、1个常规16位计时器和2个8位计时器；Zigbee/802.15.4全兼容硬件层、物理层；集成1个高精度定位跟踪引擎；较少外围电路；强大和灵活开发工具。图3-1CC2430片上系统功能模块构造构造图注：1个符合802.15.4规范MAC定期器，1个常规16位计时器和2个8位定期器。支持硬件调试功能外设CSMA/CA硬件支持数字化RSSI/LQI支持电池电压检测和温度感测8路12位ADC辨别率可配备集成AES安全协解决器2个增强USARTS可支持几组串行合同21I/O，其中2个具备20ma吸入电流/供电电流能力开发工具强大和灵活开发工具应用领域2.4GHzIEEE802.15.4系统/Zigbee系统家具智能化工业控制和监视低功率无线传感器网络PC外设/机顶盒及遥控，消费电子3.2.2CC2430芯片引脚功能如下CC2430芯片顶视图。其中，外露芯片安装焊盘必要接到PCB接地层，芯片通过该处接地。图3-2CC2430引脚顶视图[8]注：CC2430芯片采用7mm×7mmQLP封装，共有48个引脚。所有引脚可分为I/O端口线引脚、电源线引脚和控制线引脚三类。CC2430有21个可编程I/O口引脚，P0、P1口是完全8位口，P2口只有5个可使用位。通过软件设定一组SFR寄存器位和字节，可使这些引脚作为普通I/O口或作为连接ADC、计时器或USART部件外围设备I/O口使用。I/O口有下面核心特性：1）可设立为普通I/O口，也可设立为外围I/O口使用。2）在输入时有上拉和下拉能力。3）所有21个数字I/O口引脚都具备响应外部中断能力。如果需要外部设备，可对I/O口引脚产生中断，同步外部中断事件也能被用来唤醒休眠模式。电源线引脚重要作用是为I/O、模仿电路、RF电路、数字电路提供电压。控制线引脚提供复位、外部晶振、RF收发、外接偏置电阻等引脚，低电平有效。3.2.3CC2430芯片典型电路应用图3-3CC2430芯片典型硬件应用电路[6]CC2430芯片需要很少外围部件配合就能实现信号收发功能。如下图为CC2430芯片一种典型硬件应用电路。电路使用一种非平衡天线，连接非平衡变压器可使天线性能更好。电路中非平衡变压器由电容C341和电感L341、L321、L331以及一种PCB微波传播线构成，整个构造满足RF输入/输出匹配电阻（50?）规定。内部T/R互换电路完毕LNA和PA之间互换。R221和R261为偏置电阻，电阻R221重要用来为32MHz晶振提供一、适当工作电流。用1个32MHz石英谐振器（XTAL1）和2个电容（C191和C211）构成一种32MHz晶振电路。用1个32.768kHz石英谐振器（XTAL2）和2个电容（C441和C431）构成一种32.768kHz晶振电路。电压调节器为所有规定1.8V电压引脚和内部电源供电，C241和C421电容是去耦合电容，用来电源滤波，以提高芯片工作稳定性。3.3CC2430模块硬件设计与实现为了进行有关研究，CC2430模块是必须，为了减少应用成本，决定自行设计无线模块。TI提供了模块参照设计，故可以作为参照。TI参照设计中模块体积较大，对于实际应用不太适当，因此一方面目的是缩小模块体积。此外其使用某些器件如32MHz3mm*2.5mm小体积贴片晶振在国内很难买到，价格也较高，故换成5mm*6mm，体积略大但不会有太大影响，价格便宜也容易购买。表3-1CC2430模块参照设计设备号阐明CC2430BALUN_REFDESCC2430Anaren不平衡变压器参照设计CC2430DB_REFDESCC2430DB参照设计CC2430EM_REFDESCC2430EM参照设计CC2430EM_DISCRETE_REFDESCC2430EM离散参照设计3.3.1CC2430模块电路图图3-4CC2430模块电路原理图3.3.2硬件方面设计硬件方案重要设计规定是低成本，为此充分运用CC243012位A/D转换器和可编程PWM通道，实现语音信号A/D和D/A转换，从而无需外部语音Codec（编解码器）器件，减少了成本，系统更加精简。1、硬件总体构架语音通信系统总体架构为：以CC2430ZigBee单芯片为核心，运用其8051单片机内核ADC外设完毕对语音信号A/D转换，运用PWM功能构成DAC完毕语音播放，数据收发则通过片内RF前端完毕，外围附加放大与滤波电路。为了实现语音通信，设计了语音通信测试平台。3-5图语音通信平台各个某些重要功能：APR9600：通过话筒接受到语音，通过芯片解决得到模仿信号就发送给2430解决；从2430模块接受到语音通过一系列解决就可以直接驱动喇叭实现语音输出。CC2430：发送语音时，完毕对模仿语音信号采集，将其转变为数字信号，并打包成MAC数据帧，通过片内射频收发器发送出去。接受语音时，读取射频 收发器FIFO缓存语音数据，并由PWM通道输出，以完毕语音播放。电源：由外部电源适配器提供+5V输入，经3.3VLDO降压供应CC2430，语音电路则由+3.3V降压到3V供电。2、硬件电路设计①语音采集电路，一方面要选取语音采集芯片—APR9600，下图为芯片APR9600管脚排列： 图3-6芯片APR9600管脚排列注：表3-2管脚功能阐明管脚功能管脚功能1、M1第一段控制或持续录放控制（低电平有效）15、SP-外接喇叭负端2、M2第一段控制或持续快进控制（低电平有效）16、VCCA模仿电源正端3、M3第三段控制（低电平有效）17、MICIN话筒输入端4、M4第四段控制（低电平有效）18、MICREF话筒输入基精确5、M5第五段控制（低电平有效）19、AGC自动增益控制端6、M6第六段控制（低电平有效）20、ANA-IN线路输入端7、OSCR震荡电阻21、ANA-OUT线路输入端（话筒放大器输出端）8、M7第七段控制及片溢出批示（低电平有效）22、STROBE工作期间闪烁批示灯输出端（低电平有效）9、M8第八段控制（低电平有效）及操作模式选项23、CE复位、停止或启动键、停止键（高电平有效）10、BUSY忙信号输出（工作时为0，平时为1）24、MSEL1模式设立端11、BE键声选取（按1为有键声，0则无）25、MSEL2模式设立端12、VSSD数字电路电源地26、EXTCLK外接振荡频率端（用内部时钟接地）13、VSSA模仿电路电源地27、RE录放选取端（0为录音、1为放音）14、SP+外接喇叭正端28、VCCD数字电路正电源②APR9600芯片全功能使用图3-7APR9600芯片全功能框图图3-8APR9600芯片全功能电路图注：在APR9600芯片内部，录音时外部音频信号可以通过话筒输入和线路输入方式进入，话筒可采用普通驻极体话筒，在芯片内话筒放大器（Pre-Amp）中自带自动增益调节（AGC），可由外接阻容件设定响应速度和增益范畴。如果信号幅度在100mV左右即可直接进入线路输入端，音频信号由内部滤波器、采样电路解决后以模仿量方式存入专用快闪存储器FLASHRAM中。由于FLASHRAM是非易失器件，断电等因素不会使存储语音丢失。放音时芯片内读逻辑电路从FLASHRAM中取出信号，通过一种低通滤波器送到功率放大器中，然后直接推动外部喇叭放音。3.4软件设计3.4.1IAR开发环境简介CC2430软件开发环境是IAREmbeddedWorkbenchforMCS51评估版，版本为7.20H。IAREmbeddedWorkbench?是一套高度精密且使用以便嵌入式应用编程开发工具。该集成开发环境中包括了IARC/C++编译器，汇编工具，链接器，库管理器，文本编辑器，工程管理器和C-SPY?调试器。通过其内置针对不同芯片代码优化器，IAREmbeddedWorkbench?可觉得8051系列芯片生成非常高效和可靠FLASH/PROMable代码。其重要特点有：1、模块化、可扩展集成开发环境a、创立和调试嵌入式应用程序无缝集成开发环境b、强大工程管理器容许在同一工作区管理各种工程c、层次化工程表达办法d、自适应窗口和浮动窗口管理e、现成头文献、芯片描述文献以及链接器命令文献，可以支持绝大多数芯片f、带有针对不同8051评估板代码和工程范例最先进C-SPY调试器复杂代码和数据断点b、非常精细运营控制尺度（函数调用级步进）c、堆栈窗口监测存储器使用和堆栈完整性d、甚至在高度优化前提下也完全支持堆栈展开e、代码覆盖率和Profiling性能分析工具f、带表达式跟踪功能，以查看代码运营历史g、对寄存器、构造、调用链、本地变量、全局变量和外围接口寄存器进行全面监控高度优化C/C++编译器支持C和C++b、自带MISRAC检查器c、完全支持大多数典型型和扩展型8051架构d、针对特定目的嵌入式应用程序语言扩展e、通过专用运营时库模块来支持硬件乘法器外设模块IAR开发环境工作界面如下：3-9IAR软件开发环境界面3.4.2ADC参数配备CC24308通道ADC支持7、9、10、12位辨别率，ADC时钟由32位MHz系统时钟8分频得到。执行一次ADC转换所需时间取决于所选取抽取速率，转换时间由下列公式给出：Tconv = （抽取速率 + 16）*0.25us抽取速率与辨别率关于系，关系如下表：表3-3ADC辨别率与转换时间关系[8]ADC辨别率（位）抽取速率转换时间（us）最大采样率（KHz）764205091283627.8122566814.7145121327.6注：表中所列辨别率是针对差分输入信号而言，由于电路设计里ADC是单端输入，辨别率会损失1位。语音信号频带为300—3400Hz，与电话线路类似。当数字化电话音质音频时，至少需要以6.8KHz采样频率8位辨别率进行采样，采样频率普通设为8KHz。故本系统使用12位/8KHz采样，每次采样时间是125μs。ADC初始化代码如下：voidinitAdc（void）{ADC_ENABLE_CHANNEL（0）;//容许ADCAIN0作为输入//设定ADC启动条件为‘11’ADCCON1.ST=1ADC_SAMPLE_SINGLE（）;//设立参照电压为AVDD，抽样率（12bit辨别率），设立ADC从channel0采样ADC_SEQUENCE_SETUP（ADC_REF_AVDD|ADC_12_BIT|ADC_AIN0）;ADC_SINGLE_CONVERSION（0x00）;//单通道转换，禁止其她通道转换}3.4.3使用TI-MAC合同栈进行语音传播TI-MAC-1.2.1是支持IEEE802.15.4-原则MAC合同栈软件，支持多平台，便于顾客应用开发，容易移植。源码由TI公司免费发布，使用TI-MAC无需缴版税，可在TI官方网站下载。TI-MAC应用特点涉及：适合无线点对点或点对多点应用；需要一种原则化无线合同；有电池供电和/或电源供电节点；支持应答和重发机制；低数据速率规定（约100Kbps有效数据速率）。使用TI-MAC可以无需考虑无线通讯合同等复杂解决，而在MAC层上进行应用程序开发，提高了开发效率。使用TI-MAC提供API函数，可以以便地完毕网络建立、外设管理、数据收发等任务。普通网络设备有两种寻址方式，分别通过64位IEEE地址（扩展地址）和16位网络地址（短地址）来寻找网络设备。IEEE地址是设备唯一物理地址，而网络地址则是在组网时随机分派。因而要对特定设备通信，必要使用IEEE地址，但是为了减少传播数据，也可采用16位网络地址寻址。详细过程是：RFD在加入网络时，向网络协调器申请短地址，以获取设备网络地址，同步要将网络地址与IEEE地址有关联，后来就采用网络地址通信。这某些工作也通过TI-MAC合同栈实现。为了实现语音实时通信，还要对TI-MAC某些参数进行修改，例如减少帧