無線USB接口鍵盤控制器的設(shè)計方案

摘 要：通用串行總線USB是一種嶄新的微機總線接口規(guī)范。本文介紹了一種基于USB接口的無線通訊鍵盤控制器的設(shè)計方案，包括硬件設(shè)計、設(shè)備驅(qū)動程序設(shè)計及應(yīng)用軟件設(shè)計。

引言

在目前的多媒體演示環(huán)境中，缺少遠(yuǎn)距離可操控計算機的設(shè)備。講授者只能站在講臺上來操作計算機，這樣限制了演講者與觀眾面對面的交流。

為有效地解決這個問題，本文設(shè)計了一種可遠(yuǎn)距離操控計算機的無線通訊鍵盤控制器設(shè)備，通過把USB接口與無線發(fā)送、接收模塊整合，設(shè)計出一種智能化、簡便化的無線通訊鍵盤控制器。系統(tǒng)主要包括USB模塊、無線發(fā)送模塊和無線接收模塊。

1 總體方案

本設(shè)計方案以無線發(fā)送/接收器為基礎(chǔ)，用戶通過所設(shè)計的鍵盤控制器上的按鍵，觸動無線發(fā)射模塊，SC2262發(fā)送指令數(shù)據(jù)，位于主機端連接卡上的無線接收器SC2272接收到數(shù)據(jù)后。將數(shù)據(jù)傳給微控制器MC68HC05JB4,經(jīng)過MC68HC05JB4芯片處理，數(shù)據(jù)最后通過USB總線傳人主機，由驅(qū)動程序發(fā)給相應(yīng)的應(yīng)用軟件。從而操控待操作的文檔。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

2 硬件設(shè)計

(1)連接卡設(shè)計

此方案中，通過USB口與主機直接連接的是自行設(shè)計的連接卡。該卡上集成了兩個主要的芯片，形成了兩大功能模塊。核心是MOTOROLA的微控制器MC68HC05JB4,它分別與無線電接收器SC2272和主機通訊。

(2)MC68HC05SJB4芯片

MC68HC05JB4芯片是MOTOROLA 公司的MC68HC系列的8位微控制器。通過微控制器內(nèi)含的USB模塊。可以很方便地實現(xiàn)USB總線上的數(shù)據(jù)通訊。MC68HCO5JB4提供了兩個端口分別與電纜的D+、D-相連;同時提供了一個3.3V的參考電壓，與D一相連。典型連接如圖2所示。D+和D一是一對差模的信號線。其中1.5K的電阻要求較高，阻值范圍必須是是1.5KΩ±5%.USB通過一個四線電纜來傳輸信號與電源：為了與電纜阻抗匹配，在電纜的每一端都使用了非平衡終端匹配電阻。該電阻保證了能夠檢測外設(shè)與端口的連接或分離。并且可以區(qū)分高速與低速設(shè)備。SCI接口電路使用MAX232芯片，它可將微控制器使用的+5V電壓轉(zhuǎn)換為+12V,連接無線電接收器SC2272.將收到的數(shù)據(jù)傳給微控制器。同時為了產(chǎn)生1.5M的USB總線速率。系統(tǒng)使用6MHz的晶振。

圖2 USB接口電路

(3)無線收發(fā)與編碼、解碼器設(shè)計

在信號的編碼/解碼方面，本設(shè)計方案采用SC2262/SC2272芯片作為編/解碼芯片。其連接原理如圖3、圖4所示。SC2262和SC2272芯片的第1至第8根引腳有三種狀態(tài)。即接電源正極、接地、浮空，利用這三種狀態(tài)可以有38種地址編碼方式。通過對這8根引腳采用相同的編碼方式來實現(xiàn)無線電遙控，而不發(fā)生干擾。

圖3無線電發(fā)送器SC2262.

圖4無線電接收器SC2272

在發(fā)射電路中。當(dāng)按下SWO-SW3中的任一開關(guān)閉合時。SC2262的第17根引腳就發(fā)出對應(yīng)于地址碼的編碼脈沖信號，該信號通過無線電發(fā)射電路發(fā)送出去，與SC2272相連的無線電接收器接收到該信號后，將其送入SC2272的第14根引腳。如果該信號的地址編碼與接收到信號的SC2272芯片的地址編碼相符。

則SC2272的第10-13根數(shù)據(jù)線就輸出與SW0一SW3相對應(yīng)的控制信號。通過對Sw0一Sw3的交叉編碼可以組合出更多的按鍵開關(guān)。根據(jù)不同的需要，開關(guān)設(shè)計有較大的擴展性。

3 軟件設(shè)計

軟件設(shè)計主要包括MC68HC05JB4的主控程序、HID設(shè)備驅(qū)動程序及應(yīng)用軟件設(shè)計等三個部分。

(1)MC68HC05JB4的主控模塊。

MC68HC05JB4的主控模塊設(shè)計主要完成兩個功、能：一是監(jiān)視無線接收器SC2272的狀態(tài)。自動產(chǎn)生狀態(tài)信息和用戶命令信息;二是完成主機與連接卡之間的USB總線通訊，自動處理主機的控制和查詢命令。

對于功能二的實現(xiàn)，MC68HCO5JB4中的USB模塊提供了3個端點。其中端點0通過控制傳輸與主機通訊，端點1和端點2則使用中斷傳輸。把端點0看作是設(shè)備的控制和狀態(tài)寄存器，而端點1和端點2則是設(shè)備的兩個數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。對應(yīng)于3個端點。

68HCO5JB4提供了3個控制寄存器。2個中斷寄存器(端點1和端點2共用1個)，同時為端點0提供了8個數(shù)據(jù)發(fā)送/接收寄存器。為端點1和端點2提供了8個共用的數(shù)據(jù)發(fā)送寄存器。

其功能大致分為四個模塊：USB中斷服務(wù)例程：

命令處理器;獲取命令模塊;報告處理器。

USB中斷服務(wù)例程處理USB不同的通訊信息，發(fā)送端點0的SETUP、IN、0uT等控制信息給命令處理器及協(xié)助報告處理器發(fā)送待決的報告給中斷斷點1.當(dāng)USB設(shè)備第一次連接到總線上，它被指定為一個特定的地址，然后主機發(fā)送命令要求來檢測設(shè)備特性并且選擇不同的設(shè)備參數(shù)。命令處理器模塊分析這些命令要求，按所要求的描述符和參數(shù)響應(yīng)。USB鍵盤控制器被定位為人機接口設(shè)備(HID)。它不僅需要響應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的USB協(xié)議要求，還要響應(yīng)HID子協(xié)議的要求。同時為了完成信息的傳輸。設(shè)備還必須至少支持一種中斷端點。另外為了使數(shù)據(jù)能被BIOS正確解釋，USB鍵盤控制器必須按照報告定義的格式輸入。

報告處理器負(fù)責(zé)按規(guī)定格式轉(zhuǎn)換無線接收模塊接收的數(shù)據(jù)，并請求中斷服務(wù)例程通過中斷管道發(fā)送報告。無線接收模塊隨時準(zhǔn)備接收無線發(fā)送模塊發(fā)來的數(shù)據(jù)，修改報告數(shù)據(jù)字節(jié)。待一個完整的數(shù)據(jù)包接收完成后，即通知報告處理器。