基于USB的通用無(wú)線傳輸接口設(shè)計(jì)

摘  要：介紹一種基于Philips公司的32位ARM7T[)MI—s微處理器LPC2210的USB接口設(shè)計(jì)，并使用Nordic公司生產(chǎn)的單片射頻收發(fā)芯片 nRF2401設(shè)計(jì)USB接口的無(wú)線通信模塊。闡述該系統(tǒng)的工作原理、硬件構(gòu)成及軟件設(shè)計(jì)方案。實(shí)現(xiàn)了基于USB接口的無(wú)線串行通信。
關(guān)鍵詞：無(wú)線傳輸 LPC2210 USB nRF2401 CY7C63231

引 言
    USB通用串行總線主要用于USB設(shè)備與主機(jī)之間的數(shù)據(jù)通信，特別為USB設(shè)備與USB主機(jī)之間大量的數(shù)據(jù)傳輸提供了高速、可靠的傳輸協(xié)議。射頻通信以其優(yōu)點(diǎn)也應(yīng)用在越來(lái)越多的場(chǎng)合。本文所設(shè)計(jì)的USB無(wú)線串行接口電路由nRF2401單片射頻收發(fā)器、LPC2210微控制器和USB接口芯片組成。本系統(tǒng)充分利用USB口數(shù)據(jù)傳輸功能，設(shè)備連接方便,系統(tǒng)可用于進(jìn)行無(wú)線串行數(shù)據(jù)雙向傳輸，在儀器儀表、計(jì)算機(jī)遙測(cè)遙控系統(tǒng)、家庭網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等中得到了應(yīng)用。

1 硬件設(shè)計(jì)
    整個(gè)硬件設(shè)計(jì)分為兩個(gè)部分：使用帶并行總線的USB接口器件PDIUSBD12設(shè)計(jì)LPC2200的USB接口，其電路圖如圖1所示；使用Cypress 公司的USB外圍控制芯片CY7C63231設(shè)計(jì)射頻芯片nRF2401的USB接口，其電路圖如圖2所示。兩個(gè)部分通過(guò)USB口相接，整個(gè)硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)框圖如圖3所示。

    圖1中，USB接口芯片采用的是Philips公司的并行USB接口芯片PDlUSBD12，符合通用串行總線(USB)1．1版本規(guī)范。這里以 LPC2200微控制器與PDIUSBI)12構(gòu)成USB設(shè)備，PDIUSBD)12連接到LPC2200的硬件原理圖如圖1所示。

    PDIUSBD12使用LPC2200外部存儲(chǔ)控制的Bank2部分，數(shù)據(jù)地址為0x82000000，命令地址為Ox82000001。 RST_USB、SUSP為L(zhǎng)PC2200的輸出引腳，PDIUSBD)12中斷信號(hào)為中斷輸入信號(hào)，且為外部中斷O。C1、C2和X1為 PDIUSBD)12提供工作所需的時(shí)鐘輸入。發(fā)光二極管GoodLink在正常通信時(shí)閃爍。PDIUSBD12的AD0連接到LPC2200的A0，當(dāng) LPC2200在A0引腳輸出l時(shí)，表示輸出到PDIUSBD12數(shù)據(jù)總線DO～D7上的數(shù)據(jù)為命令字；當(dāng)A0引腳輸出0時(shí)，表示輸出到PDIUSBD) 12數(shù)據(jù)總線DO～D7的數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)字。

    圖2中，CY7C63231是8位RISC微處理器，特別適用在USB嵌入式方面，工作電壓為5 V。nRF2401是單片射頻收發(fā)芯片，有四種工作模式：收發(fā)模式、配置模式、空閑模式和關(guān)機(jī)模式。所有配置工作，工作模式選擇和收發(fā)數(shù)據(jù)都是通過(guò) CY7C63231的PO引腳控制完成的。用電壓調(diào)整芯片LP2980IM5—3．3產(chǎn)生nRF2401的工作電壓(3．3 V)，同時(shí)SN74LVC4245產(chǎn)生控制口3．3 V和5 V的電平轉(zhuǎn)換，使工作在不同電壓的這兩種芯片能正常的相連。

2  軟件設(shè)計(jì)
2.1  PDIUSBDl2驅(qū)動(dòng)軟件構(gòu)架
    為了使驅(qū)動(dòng)軟件可移植性強(qiáng)、易維護(hù)，采用分層的方法編寫(xiě)PDIUSBDl2的驅(qū)動(dòng)程序，圖4為USB驅(qū)動(dòng)程序軟件分層結(jié)構(gòu)圖。

    USB驅(qū)動(dòng)程序軟件包提供給用戶6個(gè)API函數(shù)，這6個(gè)函數(shù)都在USB應(yīng)用層中定義，功能描述如表1所列。

    下面以接收和發(fā)送數(shù)據(jù)任務(wù)為例，演示了一個(gè)任務(wù)從端點(diǎn)2發(fā)送1024個(gè)字節(jié)。部分源代碼如下：
#define RW_NUMS 1024 ／／任務(wù)收發(fā)數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)
void TaskRecl(void*pdata)
{#if OS_CRlTICAL_METHOD==3
／／為CPU狀態(tài)寄存器分配存儲(chǔ)空間
OS_CPU_SR cpu_sr;
#endif
INT8U Buff[RW_NUMS]； ／／接收及發(fā)送緩沖區(qū)
INT8U ack=0x01； ／／應(yīng)答主機(jī)數(shù)值
INT8U err； ／／函數(shù)返回值
pdata=pdata； ／／避免編譯器警告
for(；；){
OSSemPend(TaskReel_Sere，0，&-err)；／／等待TaskStart的命令
err=WritePortl(1，＆ack，200)； ／／應(yīng)答USB主機(jī)
if(err==USB_NO_ERR){ ／／應(yīng)答正確
err=ReadPort2(RW_NUMS，Buff，200)；／／接收數(shù)據(jù)
OSTimeDly(1)； ／／延時(shí)一個(gè)時(shí)鐘周期
if(err==USB_NO_ERR){ ／／接收正確
Buff[0]=OSPrioCur； ／／標(biāo)識(shí)該任務(wù)
err=WritePort2(RW_NUMS，Buff，200)；／／發(fā)送數(shù)據(jù)
}
}
}}

2.2 CY7063231軟件設(shè)計(jì)
    USB 外圍控制器CY7C63231控制nRF2401射頻芯片，同時(shí)與LPC2210微控制器的USB口相連，實(shí)現(xiàn)無(wú)線數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送。下面以接收無(wú)線數(shù)據(jù)為例。主程序UsbTaskLoop，它是一個(gè)無(wú)限循環(huán)，僅僅在中斷的時(shí)候跳出。程序檢測(cè)nRF2401的DRl和DR2引腳，當(dāng)DRl上的電平為高時(shí)，產(chǎn)生中斷跳到Receivechl子程序，當(dāng)DR2
上的電平為高時(shí)，產(chǎn)生中斷跳到Receivech2子程序。USBSend程序負(fù)責(zé)從端口1向上位機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，WaitforAck程序等待上位機(jī)對(duì)端口1的應(yīng)答信號(hào)，Receivechl和Receivech2程序分別從nRF2401的通道1 和通道2接收數(shù)據(jù)。最后調(diào)用DATAOUT把數(shù)據(jù)傳給上位機(jī)，然后調(diào)用WaitforAck。Prg2401程序段負(fù)責(zé)對(duì)nRF2401進(jìn)行操作控制，能夠通過(guò)設(shè)置不同的參數(shù)使nRF2401工作在三種不同的工作模式。

結(jié)  語(yǔ)
    本系統(tǒng)采用32位嵌入式微處理器進(jìn)行核心控制，具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力。該設(shè)計(jì)可以通過(guò)無(wú)線局域網(wǎng)進(jìn)行無(wú)線傳輸，并且可在ARM中對(duì)無(wú)線接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以進(jìn)一步應(yīng)用于圖像處理，智能監(jiān)控，以及遠(yuǎn)程電視電話會(huì)議等。因此，基于ARM的嵌入式USB口無(wú)線接收處理系統(tǒng)具有廣闊的應(yīng)用前景和市場(chǎng)。