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1 引言 USB（Universal Serial Bus通用串行總線）是一種快速、靈活的總線接口。與其它通信接口比較，USB接口的最大特點是易于使用，支持熱插拔，并且所有的配置過程都由系統自動完成，無需用戶干預。USB接口已成為現代微型計算機的標準配置。 短距離無線通信，具有抗干擾能力強、可靠性高、安全性好、受地理條件限制較少、安裝施工簡便靈活等特點，應用非常廣泛，如汽車遙控門鑰、無線抄表、飯店的無線點菜、遙控遙測、小區自動化等等。 結合上述兩種技術的優點，本文提出了一種無線USB的實現方案，可進行短距離數據的高速傳輸。以此為基礎，可快速開發出相關的短距離無線通信產品。 2 應用芯片 PDIUSBD12 是一款Philips公司生產的高性價比USB 器件，其內部集成有320 bit的FIFO存儲器、時鐘發生器、串行接口引擎（SIE）、收發器和3.3 V電壓轉換器，完全符合USB1.1版的規范，可進行12M bit/s的數據傳輸。它還提供與微控制器進行通信的高速通用并行接口，并支持本地的DMA傳輸。 PDIUSBD12有三個端點：控制端點、通用端點和主端點，可配置成四種模式以滿足不同的需要。片上集成一個6～48 MHz的倍頻鎖相環（PLL），允許使用6 MHz的低頻晶振，從而使電磁干擾大大減小，給PCB布線帶來了極大方便。它所提供的GoodLink接口可接LED，根據通信的狀況間歇閃爍，指示USB的連接狀況。 PDIUSBD12所具有的低掛起功耗連同LazyClock輸出，可以滿足ACPI、OnNOW和USB 電源管理的要求。低的操作功耗可以應用于使用總線供電的外設。此外，它還集成了 SoftConnetTM、可編程時鐘輸出和終止寄存器集合等多種特性，不僅為系統節約了成本，而且使USB 功能在外設上的應用變得更加容易。 nRF401是挪威Nordic公司最新推出的數傳頻段 433MHz單片無線收發一體芯片。采用FSK調制解調技術，最高數據傳輸率達20k bit/s，最大發射功率為+10dBm，接收靈敏度高達-105dBm，開闊地的使用距離最遠可達1000m。天線接口設計為差分天線，可以采用低成本的PCB天線。該芯片為低功耗設計且支持待機模式，接受狀態下的功耗為250mA，發射狀態下的功耗為8mA，等待狀態功耗僅為8mA。它的工作電壓范圍很寬，可以從2. 7～5V。它的外圍元件很少，只包括一個基準晶振和幾個無源器件，沒有調試部件，可以直接與單片機串口連接，給設計和生產帶來了極大的方便。 3 硬件設計 本文設計的無線USB方案的硬件結構如圖1所示。 微控制器MCU采用PHILIPS的P89C58UBP，具有32k EEPROM、256 Byte RAM和三個定時/計數器，最高時鐘可達33MHz。MCU的串口與 nRF401的RX、TX直接相連，TXEN（發送接收控制）、PWR_UP(芯片掛起)、CS（發射頻率選擇）分別由MCU的I/O腳控制。 PDIUSBD12接在MCU的數據總線上，中斷引腳/INT接在MCU的中斷輸入上。PDIUSBD12會對USB總線上的數據自動進行處理，將事件寫入自身的中斷寄存器，并拉低/INT通知MCU。MCU響應中斷，并讀取中斷寄存器的內容進行判斷處理。如果是要求數據發送，則將數據通過串口發往nRF401，由其發射出去。同樣nRF401接收到數據后觸發串口中斷， MCU響應中斷將數據送入USB總線。整套系統使用USB總線供電。 4 軟件設計 該系統的軟件設計包括P89C58UBP中的固件設計和微機端的通信軟件設計。其中，固件部分的流程圖如圖2所示。 后臺D12中斷服務程序和nRF401中斷服務程序與前臺主循環程序之間的數據交換，通過事件標志和數據緩沖區來實現。后臺中斷服務程序由中斷觸發，通過標志位與主模塊通信。主模塊循環掃描各標志位，對相應的標志位做出處理。例如，nRF401 接受到有效數據后，送入串口觸發串口中斷，進入nRF401中斷服務程序，將數據接收后放入數據緩沖區，然后設置UART_DATA標志，退出子模塊。主模塊查詢到UART_DATA被置位，則調用 writendpoint（）程序將數據發往PC。 值得注意的是，nRF401在接受狀態下即使沒有數據接受，也會有隨機碼輸出。因此需要在所需傳輸的數據前加入標識頭，如55AAH。當檢測到從串口進入的數據為55AAH時，再開始有效數據的接受。 對PC而言，無線USB傳輸模塊是它的一個USB外設，因此必須提供USB設備的驅動程序。驅動程序的設計采用WDM模型，使用DriverStudio 進行開發。DriverStudio是一款優秀的驅動程序開發軟件。啟動DriverStudio中DriverWizard，填寫USB設備的端點配置，便會自動生成驅動程序原代碼和相應的測試程序原代碼，只需稍做改動便可用VC6.0編譯運行[5]。驅動程序向用戶程序提供標準的IO接口：WriteFile ()、 ReadFile() 、DeviceIoControl ()。用戶程序調用相應的函數，即可實現對USB設備的訪問。下面的例子是實現向USB總線寫數據的功能。 hFile = open_file(threadParam->pipe_name); //打開需要使用的端點 …… bResult = WriteFile(hFile, threadParam->pcIoBuffer, //等待傳送的數據緩沖區地址 threadParam->uiLength, //數據長度 &nBytes, NULL); //向該端點寫入數據 if (bResult != TRUE) { //出錯處理 DeviceIoControl(hFile, //復位該端點 IOCTL_D12_RESET_PIPE, 0, 0, 0, 0, &nBytes, NULL);} 編程過程中要注意串口波特率要一致，否則會造成接受數據錯誤。nRF401周圍的布線和天線的設計很有講究，一定要按照手冊的要求進行設計。 |
