STM32W無線射頻ZigBee單片機(jī)原理與應(yīng)用

前言

無線通信技術(shù)由于其靈活、易用性一直是嵌入式開發(fā)應(yīng)用的熱點(diǎn)，從簡單的無線遙控到RFID、WSN、WiFi以及GPRS／3G等，每種技術(shù)都有其技術(shù)特點(diǎn)和適用范圍。從實(shí)際情況來看，簡單的無線應(yīng)用還是廣泛存在的，如遙控門窗、車庫等，這類應(yīng)用從RF到通信協(xié)議幾乎沒有國際標(biāo)準(zhǔn)，有各個(gè)廠家自定的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。但隨著應(yīng)用的日趨復(fù)雜，對應(yīng)用系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性、兼容性要求越來越高，符合相關(guān)國際標(biāo)準(zhǔn)、協(xié)議的無線技術(shù)得到快速發(fā)展。目前得以廣泛應(yīng)用的無線技術(shù)，如RFID、2iFi、GPRS／3G等，都對應(yīng)有較完善的國際標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，從物理層到應(yīng)用層，通信協(xié)議的完整性有保證，使得各個(gè)廠商的產(chǎn)品可以互聯(lián)互通，既有利于技術(shù)的推廣應(yīng)用，也有利于因?yàn)橐?guī)模效應(yīng)而降低產(chǎn)品成本。

內(nèi)容概要

STM32W是基于IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)和ARM Cortex?M3內(nèi)核的高性能、低功耗、內(nèi)嵌網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧的無線射頻單片機(jī)。全書共7章：第1章介紹幾種短距離無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及標(biāo)準(zhǔn)、協(xié)議；第2章介紹STM32W108芯片及其電氣特性；第3章和第4章詳細(xì)描述STM32W108的系統(tǒng)模塊、射頻模塊和片內(nèi)外設(shè)的功能、原理和編程結(jié)構(gòu)；第5章介紹STM32W108的開發(fā)環(huán)境和工具；第6章詳細(xì)說明STM32W108的MAC、ZigBee（包括安全）和RF4CE等網(wǎng)絡(luò)協(xié)議庫的結(jié)構(gòu)和使用方法；第7章介紹基于STM32W108的硬件設(shè)計(jì)、應(yīng)用模塊和開發(fā)套件，并列舉了2個(gè)應(yīng)用設(shè)計(jì)實(shí)例。    本書適合于從事無線傳感網(wǎng)、ZigBee/RF4CE、物聯(lián)網(wǎng)、無線儀器儀表、無線遙控等應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)的工程技術(shù)人員學(xué)習(xí)參考，也適合作為無線傳感網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等實(shí)踐課程的教材，以及STM32W的培訓(xùn)、自學(xué)用書。

書籍目錄

第1章  概述1  1.1  標(biāo)準(zhǔn)無線射頻技術(shù)1  1.2  無線傳感網(wǎng)（WSN）技術(shù)2    1.2.1  特性3    1.2.2  標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范3    1.2.3  軟件結(jié)構(gòu)3    1.2.4  操作系統(tǒng)4    1.2.5  算法5    1.2.6  信息處理5    1.2.7  關(guān)鍵問題5  1.3  IEEE 802.15.46    1.3.1  協(xié)議架構(gòu)7    1.3.2  網(wǎng)絡(luò)模型9    1.3.3  數(shù)據(jù)傳輸架構(gòu)10    1.3.4  可靠性和安全性11  1.4  ZigBee12    1.4.1  ZigBee協(xié)議棧12    1.4.2  ZigBee尋址機(jī)制13    1.4.3  硬件和軟件14    1.4.4  協(xié)議14    1.4.5  設(shè)備類型15    1.4.6  網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?6    1.4.7  路由機(jī)制17    1.4.8  應(yīng)用18  1.5  RF4CE19  1.6  6LoWPAN21  1.7  STM32W108簡介22第2章  STM32W108引腳與電氣特性25  2.1  STM32W108的引腳25  2.2  操作條件35    2.2.1  絕對最大額定值35    2.2.2  正常操作條件36    2.2.3  上電操作條件37  2.3  時(shí)鐘頻率38    2.3.1  高頻內(nèi)部時(shí)鐘特性（表2.10）38    2.3.2  高頻外部時(shí)鐘特性（表2.11）38    2.3.3  低頻內(nèi)部時(shí)鐘特性（表2.12）39    2.3.4  低頻外部時(shí)鐘特性（表2.13）39    2.3.5  ADC特性39  2.4  直流電氣特性41  2.5  數(shù)字I/O特性44  2.6  非RF系統(tǒng)電氣特性45  2.7  RF電氣特性46    2.7.1  Rx接收46    2.7.2  Tx發(fā)射46  2.8  型號命名與封裝47    2.8.1  STM32W108型號命名 47    2.8.2  STM32W108封裝尺寸48第3章  STM32W108系統(tǒng)模塊51  3.1  內(nèi)部供電域52    3.1.1  內(nèi)部穩(wěn)壓電源52    3.1.2  外接穩(wěn)壓電源53  3.2  復(fù)位與時(shí)鐘53    3.2.1  復(fù)位53    3.2.2  時(shí)鐘56  3.3  系統(tǒng)定時(shí)器58    3.3.1  樹型狗定時(shí)器58    3.3.2  睡眠定時(shí)器59    3.3.3  事件定時(shí)器59  3.4  電源管理59    3.4.1  喚醒源60    3.4.2  基本睡眠模式60    3.4.3  可選的深睡眠62    3.4.4  睡眠模式下使用調(diào)試器62  3.5  內(nèi)部存儲(chǔ)器62    3.5.1  Flash存儲(chǔ)器63    3.5.2  隨機(jī)訪問存儲(chǔ)器SRAM64    3.5.3  存儲(chǔ)保護(hù)單元65  3.6  硬件AES加速器65  3.7  無線射頻模塊65    3.7.1  接收（Rx）通道66    3.7.2  發(fā)送（Tx）通道66    3.7.3  校準(zhǔn)67    3.7.4  集成MAC模塊67    3.7.5  包跟蹤接口（PTI）67    3.7.6  隨機(jī)數(shù)發(fā)生器68  3.8  調(diào)試支持68第4章  STM32W108片內(nèi)外設(shè)69  4.1  GPIO69    4.1.1  功能描述70    4.1.2  外部中斷74    4.1.3  調(diào)試控制和狀態(tài)75    4.1.4  I/O復(fù)用功能75    4.1.5  通用輸入輸出（GPIO）寄存器77  4.2  通用定時(shí)器83    4.2.1  功能描述84    4.2.2  定時(shí)器中斷111    4.2.3  通用定時(shí)器（1和2）寄存器111  4.3  串行接口126    4.3.1  功能描述126    4.3.2  配置127    4.3.3  SPI主模式128    4.3.4  SPI從模式131    4.3.5  雙線串行接口（TWI）134    4.3.6  通用異步收發(fā)器（UART）137    4.3.7  直接內(nèi)存訪問（DMA）通道141    4.3.8  串行控制器寄存器142    4.3.9  SPI主模式寄存器144    4.3.10  SPI從模式寄存器146    4.3.11  雙線串行接口（TWI）寄存器146    4.3.12  通用異步收發(fā)器（UART）寄存器147    4.3.13  DMA通道寄存器149  4.4  模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC155    4.4.1  功能描述156    4.4.2  ADC中斷161    4.4.3  模數(shù)轉(zhuǎn)換（ADC）寄存器162  4.5  中斷166    4.5.1  嵌套向量中斷控制器（NVIC）167    4.5.2  事件管理器169    4.5.3  嵌套向量中斷控制器（NVIC）中斷172第5章  STM32W108開發(fā)工具177  5.1  IAR EWARM177    5.1.1  安裝IAR178    5.1.2  創(chuàng)建一個(gè)IAR工作區(qū)180    5.1.3  創(chuàng)建一個(gè)新工程181    5.1.4  添加文件或新建文件182    5.1.5  設(shè)置工程選項(xiàng)卡183    5.1.6  編譯和鏈接186  5.2  仿真器186    5.2.1  安裝仿真器驅(qū)動(dòng)187    5.2.2  調(diào)試187    5.2.3  調(diào)試窗口188  5.3  抓包分析工具189    5.3.1  EmSniffer簡介190    5.3.2  軟件功能190第6章  STM32W108協(xié)議棧與應(yīng)用199  6.1  STM32W108固件類型199  6.2  IEEE 802.15.4 MAC協(xié)議棧與應(yīng)用200    6.2.1  使用MAC庫API設(shè)計(jì)一個(gè)應(yīng)用程序201    6.2.2  STM32W108 MAC應(yīng)用示例210  6.3  EmberZNet協(xié)議棧與應(yīng)用225    6.3.1  基礎(chǔ)應(yīng)用設(shè)計(jì)225    6.3.2  安全概述與設(shè)計(jì)235    6.3.3  高級設(shè)計(jì)考慮262    6.3.4  sink_sensor實(shí)驗(yàn)例程277  6.4  RF4CE協(xié)議棧與應(yīng)用294    6.4.1  RF4CE協(xié)議棧基礎(chǔ)294    6.4.2  使用STRF4CE API296    6.4.3  使用RF4CE庫設(shè)計(jì)一個(gè)應(yīng)用程序302    6.4.4  RF4CE應(yīng)用示例304    6.4.5  RF4CE 示例代碼309第7章  STM32W108系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用320  7.1  STM32W108硬件設(shè)計(jì)320    7.1.1  RF設(shè)計(jì)320    7.1.2  非RF設(shè)計(jì)323  7.2  2.4G天線選擇與設(shè)計(jì)325    7.2.1  2.4G天線分類與選擇325    7.2.2  2.4G倒F型PCB天線330    7.2.3  2.4G小尺寸PCB天線331  7.3  STM32W108應(yīng)用模塊與開發(fā)套件332    7.3.1  STM32W108應(yīng)用模塊（EMZ3018/3118）332    7.3.2  開發(fā)套件337  7.4  基于STM32W108的環(huán)境監(jiān)測儀355    7.4.1  硬件設(shè)計(jì)355    7.4.2  軟件設(shè)計(jì)358  7.5  ZigBee—WiFi無線數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關(guān)362    7.5.1  硬件設(shè)計(jì)363    7.5.2  軟件設(shè)計(jì)365    7.5.3  網(wǎng)關(guān)接口擴(kuò)展369參考文獻(xiàn)370

章節(jié)摘錄

插圖：WSN是由大量的傳感器節(jié)點(diǎn)組成的，因此，它使用的算法是分布式算法。在WSN中最稀缺的資源就是電能，而最耗能的功能是數(shù)據(jù)傳輸和閑置監(jiān)聽。因此，WSN算法研究主要集中于節(jié)約能量的研究和設(shè)計(jì)，比如，使用數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)來減少傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，應(yīng)用拓?fù)淇刂扑惴ǜ淖儌鞲衅鞴?jié)點(diǎn)的傳輸功率，或關(guān)閉節(jié)點(diǎn)但仍保持連接和覆蓋。另一個(gè)特征是，由于無線電傳輸范圍的限制以及傳輸距離的增長導(dǎo)致成本增倍，所以每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以直接與基站通信是極不可能的，故而數(shù)據(jù)傳輸通常是多跳的（節(jié)點(diǎn)到節(jié)點(diǎn)，最終傳輸?shù)交荆?。建模、仿真、分析WSN得到的算法與事實(shí)上使用的協(xié)議不同，它更抽象、更一般化、更易于分析。不過，這樣的算法與協(xié)議設(shè)計(jì)使用的模型相比不太現(xiàn)實(shí)，因?yàn)樗雎粤藭r(shí)間問題、協(xié)議開銷、路由起始階段，而且有時(shí)還會(huì)忽略分布式算法的執(zhí)行情況。

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《STM32W無線射頻ZigBee單片機(jī)原理與應(yīng)用》由北京航空航天大學(xué)出版社出版。

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