如何設(shè)計基于USB接口的嵌入式無線傳輸系統(tǒng)？

圖中的USB芯片采用的是美國Silicon公司生產(chǎn)的高集成度USB轉(zhuǎn)UART專用芯片CP2101，它集成度高，內(nèi) 置USB2.0全速功能控制器、USB收發(fā)器、晶體振蕩器、EEPROM(EEPROM可以通過USB在應(yīng)用板上進行編程這使 得在產(chǎn)品制造和調(diào)試過程中就可以實現(xiàn)對它進行編程)及異步串行數(shù)據(jù)總線(UART)，內(nèi)帶電壓調(diào)節(jié)器(3.3V 輸出)，支持調(diào)制解調(diào)器全功能信號，無需任何外部的USB器件，功能強大且占用空間非常小。

利用CP2101設(shè)計的工作電路有很大的優(yōu)越性，它只需使用USB接口就可以完成提供TTL電源、串行口通 信、IAP編程及復(fù)位信號控制，減少了計算機與外設(shè)之間的接口。使用CYGNAL免費提供的器件驅(qū)動程序 CP2101可以很容易地將PC的USB口虛擬成COM口。虛擬COM口的器件驅(qū)動程序允許一個基于CP2101的器件以PC 應(yīng)用軟件的形式，作為一個增加的COM口獨立于任何現(xiàn)有的硬件。COM口使用運行在PC上的應(yīng)用軟件，以訪 問一個標(biāo)準(zhǔn)硬件COM口的方式訪問基于CP2101的器件。因此，無需修改現(xiàn)有的軟件和硬件就可以通過USB向 基于CP-2101的器件傳輸數(shù)據(jù)，大量省去了CP2101系列器件二次開發(fā)的投入。

3 軟件設(shè)計

由于RF芯片CC1101優(yōu)秀的接收器選擇性和模塊化性能，整個系統(tǒng)的通信協(xié)議可以人為編程設(shè)定。在無 線傳輸系統(tǒng)之間的通信中大多采用主從式結(jié)構(gòu)，主機和從機之間的通信都是采用查詢中斷方式進行，它的 通信信道是半雙工的，最適合點對點、點對多點的通信方式。

點對多點多機通信的多機通信方式首先需要設(shè)一個主機，其余為從機，所有主從機都編一個唯一的地 址。通信的協(xié)調(diào)完全由主機控制，主機采用帶地址碼的數(shù)據(jù)幀發(fā)送數(shù)據(jù)或命令，從站全部都接收，并將接 收到的地址碼與本地地址碼比較，不同則將數(shù)據(jù)全部丟掉，不作任何響應(yīng)。地址碼相同，則證明數(shù)據(jù)是給 本地的，從站根據(jù)傳過來的數(shù)據(jù)或命令進行不同的響應(yīng)，將響應(yīng)的數(shù)據(jù)發(fā)送回去。這些工作都需要采用上

層通信協(xié)議來完成，并可保證在任何一個瞬間，通信網(wǎng)中只有一對電臺處于通信狀態(tài)，以免相互干擾。

4 系統(tǒng)測試及結(jié)論

基于USB接口的嵌入式無線傳輸系統(tǒng)的整個電路設(shè)計集于一塊PCB板上，由于采用了極低功率和具有同 類芯片中性能極佳的UHF無線收發(fā)器CC1101，結(jié)合高度集成的USB收發(fā)器CP2101，使整個系統(tǒng)模塊幾乎不需 要外部器件，體積小，傳輸距離遠。為了避免高頻收發(fā)信號會對MCU產(chǎn)生干擾，所以無線RF電路必須外加金 屬罩屏蔽。系統(tǒng)設(shè)計在利用LNA(低噪聲放大器)和可編程PA(功率放大器)模塊在不同環(huán)境和通信參數(shù)下做了 大量測試。表1是在下列條件下的測試結(jié)果：天線輸入阻抗50?，增益2.5 dB;GFSK調(diào)制方式;在開闊地環(huán)境 下通信。

測試結(jié)果表明：基于USB接口的嵌入式無線傳輸系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)在中短距離內(nèi)準(zhǔn)確(在信道誤碼率為10-3 時，可得到實際誤碼率低于10-5)、穩(wěn)定(可長時間抗干擾通信)、高速(最高傳輸率可達500 kbps)的數(shù)據(jù)傳 輸。它的電路設(shè)計簡單實用，成本低，功耗低，能提供256個通信信道，且各項通信指標(biāo)良好，具有非常好 的實用性。此設(shè)計模塊已成功應(yīng)用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。