基于MSP430和CC2500的USB无线数据采集系统

张彭朋，何 娜

（南华大学 电气工程学院，湖南 衡阳 421001）

基于MSP430单片机和CC2500的无线数据采集系统是一个功能齐全的无线开发工具，该系统主要由MSP430F系列微控制器[1]和CC2500（2.4 GHz）无线收发器组成。系统可在PC机上利用IAR嵌入式工作平台集成开发环境 （IDE）或CCE开发环境编写、下载和调试应用程序。用户可以通过设置硬件断点全速运行应用程序，也可单步运行，无需额外消耗硬件资源。系统核心控制器采用MSP430F24X系列单片机，该单片机为16位单片机，集成度高，处理速度快，超低功耗，能极大的节省资源。通过Simplici TI协议，MSP430控制器通过USB接口实现与PC机的通信，调试稳定、简易方便。该数据采集系统消耗硬件资源较少，功耗超低，是一种无线数据采集的节能微型设计方案。

1 系统结构

基于MSP430单片机和CC2500无线收发器的USB无线数据采集系统，主要由主控单元、CC2500无线收发器和USB接口电路构成，图1为系统方框图。该系统可以通过CC2500无线收发器接收外部无线射频信号[2]，MSP430F2274控制数据的接收、处理、传输，将数据打包后通过USB接口传送至PC机，利用PC机上的开发平台处理和分析数据，并显示于系统界面。同时，也可以通过PC机将控制命令通过USB接口传送给MSP430控制器，实现对外围设备的控制。

图1 无线数据采集系统结构

2 系统电路设计

2.1 MSP430微控制器电路设计

系统硬件设计采用MSP430F2274微控制器作为主控制器。MSP430单片机是TI公司生产的一种超低功耗的混合信号控制器。该微控制器可用电池供电，而且使用时间长，该器件在少于6 μs的时间内可从低功耗模式迅速唤醒。MSP430单片机内还集成有A/D转换器、硬件乘法器、定时器、比较器等模块。它具有16 MI/s的指令传输速率，200 kS/s的10位SAR型模数转换器，2个内置的运算放大器，具有看门狗定时器，2个 16位定时器 A3和 B3，USCI模块支持 UART/LIN、SPI总线、I2C总线以IrDA等5个低功耗模式，低于700 nA待机模式，工作电源电压为1.8～3.6 V，工作温度范围为-40～85°C。MSP430F2274应用电路如图2所示。

图2 MSP430F2274应用电路

2.2 CC2500无线收发电路设计

CC2500无线收发电路如图3所示。采用低成本单芯片的2.4 GHz无线收发器CC2500。电路设定为2 400～2 483.5 MHz的ISM和SRD频率波段。该收发器内部集成了一个数据传输率达500 kb/s的高度可配置的调制解调器。可编程控制的输出功率可达+1 dBm，支持2-FSK和MSK。CC2500用作一个低IF接收器。接收的RF信号通过低噪声放大器（LNA）放大，再对中间频率（IF）求积分向下转换。在IF下，I/Q信号通过A/D转换器被数字化[4]。自动增益控制（AGC），细微频率滤波和解调位/数据包同步均数字化工作。CC2500的发送器部分基于RF频率的直接合成。频率合成器包含一个完整的芯片LC VCO和一个对接收模式下的向下转换混频器产生I和Q本振信号的90°相移装置。

图3 CC2500无线收发电路

2.3 USB传输调试接口电路设计

该系统开发工具通过MSP430的USB调试端口与PC机相连，通过开发平台在PC机上对其进行开发。USB调试接口为该系统设计提供3.6 V的标准电压，其通过SBW接口相连接，可作为一个标准的Flash仿真工具，射频USB调试接口采用返回通道的MSP430 UART[5]端口，这样在调试阶段可以独立应用，允许用户在无流量控制的条件下，以9 600 b/s固定速率将串行数据传输到终端窗口。USB调试接口电路如图4所示。

图4 USB调试接口电路

3 传输协议

无线数据采集系统包括两种不同的MSP430开发软件工具：TI的IAR嵌入式工作平台KickStart和CCE开发环境[6]。“KickStart”是限制版本的嵌入式工作平台，允许4 KB的C代码汇编。CCE也是受限制的，但它允许高达16 KB的代码汇编。完整版本的CCE提供无限代码汇编。其通过MSP430的USB调试端口与PC机相连，通过开发平台在PC机上对其进行开发。

系统在应用程序开发上使用Simplici TI协议。Simplici TI网络协议是一个专有的，低功耗射频（RF）协议。其对象是配置简单的小射频网络（小于100个节点）。Simplici TI网络协议是以易于实现、占用最小的微控制器资源为目的而设计的。该协议在TI的MSP430超低功耗微控制器和各种射频收发器的盒外运行。Simplici TI网络协议支持各种低功耗设备，包括安全警报（烟雾探测器、玻璃破碎探测器、一氧化碳传感器、光传感器）、自动读表器（煤气表和水表）、家庭自动化（家电，车库门开启器和环境设备）以及有源RFID。Simplici TI协议应用如图5所示。

图5 Simplici TI协议应用

4 结束语

基于USB接口的无线数据采集系统以MSP430为控制核心，集成了CC2500无线收发器，通过USB调试端口与PC机相连进行开发，调试稳定、简易方便，消耗硬件资源少，该系统可作为一个独立的开发工具，也可以添加到其他设计中，适用性强。TI公司提供的IAR嵌入式工作平台KickStart和CCE软件开发环境，资源丰富，易于开发。该数据采集系统可广泛应用于微型无线收发、无线传感网络及便携式传感监控领域。

[1]IT 公司.MSP430x22x2，MSP430x22x4 mixed signal microcontroller[DB/OL].2009.http：//www.ti.com.

[2]IT公司.CC2500low-costlow-power2.4GHzRFtransceiver[DB/OL].2007.http：//www.ti.com.

[3]黄智伟.无线发射与接收电路设计[M].2版.北京：北京航空航天大学出版社，2007.

[4]黄智伟.射频电路设计[M].北京：电子工业出版社，2005.

[5]黄智伟.无线通信集成电路[M].北京：北京航空航天大学出版社，2005.

[6]IT 公司.eZ430-RF2500 development tool user’s guide[DB/OL].2007.http：//www.ti.com.