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摘 要

无线组网由于其便利性，正受到越来越多的重视。由于各种高性能的无线通信协议相继诞生，无线设备的性能也跟着逐渐增强。事实上，随着小型无线射频芯片的诞生，不具备无线射频电路方面知识的人也可以开发自己的无线通信模块，这使得本次的通信设计成为可能。

本次设计将实现基于CC2500无线射频芯片的多机通信，所使用的网络模型为国际标准化组织的OSI参考模型的物理层、数据链路层和网络层这三层。在硬件上，本次设计将使用STM32控制CC2500的通信流程；在软件上将采取分层设计，明确整体的通信流程以及物理层、数据链路层、网络层的功能及流程；在调试部分中，计算机将被用来设置通信设备的网络参数，协议的实现效果也将在计算机上显示。最后总结本次设计的不足。

关键词：无线通信协议OSISTM32CC2500

A Wireless Communication Protocol Based on CC2500

Abstract

Wireless networking has been paid much attention due to its convenience. Also,the performance of wireless devices is gradually increased, attributing the success to the excellent wireless protocols. The knowledge of radio-frequency communication circuits is no longer a barrier to anyone who wants to develop a wireless communication module, which makes this project possible.

This project will realize the communication among multiple stations based on the CC2500 RF chip, by using the physical layer, data link layer and network layer of OSI module. In circuit design part, the STM32 MCU is used to control the whole communication procedure of CC2500; the software design will use the layered design method. Total communication process will be introduced first. Then the function and process of the physical layer, data link layer and network layer will be on the table. The computer will be used to set up the network parameters of the communication station and display the procedure of the communication process. At last, the disadvantages of this project will be discussed.

Key words: wireless communication protocol, OSI module, STM32, RF chip CC2500

目录

摘要 I

Abstract II

目录 3

第一章引言 5

1.1 相关背景 5

1.1.1 无线通信的射频电路 5

1.1.2 无线通信协议 5

1.2应用方向 6

1.3 设计内容及方式简介 6

1.4 本次设计的目的及意义 7

1.5 本文结构 7

第二章硬件电路设计 1

2.1 硬件功能分析 1

2.2 电路模块分析 1

2.2.1 MCU模块电路 1

2.2.2 射频电路模块 4

第三章协议软件实现 6

3.1 OSI设计参考模型简介 6

3.2 开发环境介绍 6

3.2.1 STM32固件库 6

3.2.2 keil MDK开发环境 6

3.3 协议分层设计及实现 7

3.3.1 物理层 7

3.3.2 数据链路层 8

3.3.3 网络层 10

3.3.4 主函数流程 15

第四章调试结果分析 18

4.1 调试方案介绍 18

4.2 PCB电路设计 18

4.3 总结 20

结语 21

参考文献 22

附录整体电路图 23

第一章 引言

1.1 相关背景

1.1.1 无线通信的射频电路

射频电路实现了设备的无线通信。现代的射频收发电路框图[1]如图1-1所示。

在发射机中，原始信号（待发送信号）一般为数字信号，其频谱未知，不适合直接传输。调制器的主要功能为将数字信号转换为模拟信号，以便于传输。第一个带通滤波器用来滤除噪声。除去噪声后的信号通过乘法器后于载波信号相乘，其频率信号分布在载波频率的两侧。第二个滤波器用于多路系统中，作用为将不同频点的载波多路发送、接收。功放用于将发送信号的功率调整到合适的范围。

接收机为了将发送信号还原出来，首先需要将接收到的含有多个载波的信号送入第一个带通滤波器中，以便进行多路处理。之后将滤波后的信号送入低噪声放大器中，以调整接收信号的功率。以后的带通滤波器用于滤除噪声，都是可选的。接收信号经过带通滤波器后与载波信号相乘，将调制的发送信号还原出来。通过解调器，接收信号才能完全还原出来。

图1-1 无线通信系统的简化框图：（a）发射机；（b）接收机

由于工艺的不断改进，现代的射频电路可以集中于单个芯片中，并且性能有较好的保障。将发射机和接收机集成在一个芯片中，采用时分多址，或者加入多路处理功能并采用频分多址，这样的芯片就可使数个小型终端组成一个无线局域网络[2]。

1.1.2无线通信协议

1. 802.11 WLAN

无线局域网（WLAN）是计算机网络与无线通信技术相结合的产物。它利用射频技术，取代旧式的双绞线构成的局域网络，提供传统有线局域网的所有功能[3]。目前，作为新的WLAN协议，802.11ac协议已开始普及。

2. 蓝牙以及Zigbee

蓝牙系统具有很强的适应性，能满足不同应用场景的需求。蓝牙协议体系是高度开放和可扩充的，可尽可能地利用现有的各种高层协议，如PPP、TCP/ IP、OBEX、WAP 等，将它们与蓝牙技术融合，实现各种应用之间的互通，这也是蓝牙协议的重要特点，即尽量采用现有协议，尽量降低协议的复杂性，减少开发者的开发成本[4]。

ZigBee是一种低成本、低功耗和低速率的无线通信标准，也是目前无线传感器网络领域里的唯一一种标准化技术。无线传感器网络(Wireless Sensor Networks，WSN) 是集数据采集、信息处理和无线通信等功能于一体的新型分布式自组织网络[5]。

3. MiWi

MiWi协议基于IEEE 802.15.4规范的MAC和PHY层，是为2.4 GHz频段的简单网络开发而定制的，类似于一个简单的Zigbee协议。该协议具有查找网络、组成网络和加入网络，以及发现网络上的节点并路由到它们的功能。它没有涉及任何特定于应用的问题，比如选择要加入的网络、决定何时断开链接或设备通信的频率如何等[6]。

1.2 应用方向

无线网络通信协议体系正不断壮大，不管是小规模的民用级网络还是企业级的大规模网络，不管是低速率要求的工业控制网络还是高速率的数据传输网络，都有合适的协议供选择。在数据速率和可靠性方面，无线通信协议也有了长足的发展。不过，高速的无线通信协议的实现成本一般都较高，还很难普及开来。

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