基于USB的通用無線傳輸接口設(shè)計
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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，并使用Nordic公司生產(chǎn)的單片射頻收發(fā)芯片nRF2401設(shè)計USB接口的無線通信模塊。闡述該系統(tǒng)的工作原理、硬件構(gòu)成及軟件設(shè)計方案。實現(xiàn)了基于USB接口的無線串行通信。
關(guān)鍵詞：無線傳輸 LPC2210 USB nRF2401 CY7C63231
引 言
USB通用串行總線主要用于USB設(shè)備與主機之間的數(shù)據(jù)通信，特別為USB設(shè)備與USB主機之間大量的數(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)點也應(yīng)用在越來越多的場合。本文所設(shè)計的USB無線串行接口電路由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)可用于進行無線串行數(shù)據(jù)雙向傳輸，在儀器儀表、計算機遙測遙控系統(tǒng)、家庭網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等中得到了應(yīng)用。
1 硬件設(shè)計
整個硬件設(shè)計分為兩個部分：使用帶并行總線的USB接口器件PDIUSBD12設(shè)計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)計射頻芯片nRF2401的USB接口，其電路圖如圖2所示。兩個部分通過USB口相接，整個硬件設(shè)計系統(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外部存儲控制的Bank2部分，數(shù)據(jù)地址為0x82000000，命令地址為Ox82000001。RST_USB、SUSP為LPC2200的輸出引腳，PDIUSBD)12中斷信號為中斷輸入信號，且為外部中斷O。C1、C2和X1為PDIUSBD)12提供工作所需的時鐘輸入。發(fā)光二極管GoodLink在正常通信時閃爍。PDIUSBD12的AD0連接到LPC2200的A0，當(dāng)LPC2200在A0引腳輸出l時，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，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
2.1 PDIUSBDl2驅(qū)動軟件構(gòu)架
為了使驅(qū)動軟件可移植性強、易維護，采用分層的方法編寫PDIUSBDl2的驅(qū)動程序，圖4為USB驅(qū)動程序軟件分層結(jié)構(gòu)圖。
USB驅(qū)動程序軟件包提供給用戶6個API函數(shù)，這6個函數(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，演示了一個任務(wù)從端點2發(fā)送1024個字節(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
if(err==USB_NO_ERR){ ／／應(yīng)答正確
err=ReadPort2(RW_NUMS，Buff，200)；／／接收數(shù)據(jù)
OSTimeDly(1)； ／／延時一個時鐘周期
if(err==USB_NO_ERR){ ／／接收正確
Buff[0]=OSPrioCur； ／／標(biāo)識該任務(wù)
err=WritePort2(RW_NUMS，Buff，200)；／／發(fā)送數(shù)據(jù)
}
}
}}
2.2 CY7063231軟件設(shè)計
USB外圍控制器CY7C63231控制nRF2401射頻芯片，同時與LPC2210微控制器的USB口相連，實現(xiàn)無線數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送。下面以接收無線數(shù)據(jù)為例。主程序UsbTaskLoop，它是一個無限循環(huán)，僅僅在中斷的時候跳出。程序檢測nRF2401的DRl和DR2引腳，當(dāng)DRl上的電平為高時，產(chǎn)生中斷跳到Receivechl子程序，當(dāng)DR2
上的電平為高時，產(chǎn)生中斷跳到Receivech2子程序。USBSend程序負(fù)責(zé)從端口1向上位機發(fā)送數(shù)據(jù)，WaitforAck程序等待上位機對端口1的應(yīng)答信號，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，然后調(diào)用WaitforAck。Prg2401程序段負(fù)責(zé)對nRF2401進行操作控制，能夠通過設(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
本系統(tǒng)采用32位嵌入式微處理器進行核心控制，具有強大的數(shù)據(jù)處理能力。該設(shè)計可以通過無線局域網(wǎng)進行無線傳輸，并且可在ARM中對無線接收的數(shù)據(jù)進行處理，以進一步應(yīng)用于圖像處理，智能監(jiān)控，以及遠(yuǎn)程電視電話會議等。因此，基于ARM的嵌入式USB口無線接收處理系統(tǒng)具有廣闊的應(yīng)用前景和市場。
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