無線USB的設(shè)計與實現(xiàn)

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(tǒng)自動完成，無需用戶干預(yù)。USB接口已成為現(xiàn)代微型計算機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)配置。

短距離無線通信，具有抗干擾能力強(qiáng)、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(yīng)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(qū)自動化等等。

結(jié)合上述兩種技術(shù)的優(yōu)點，本文提出了一種無線USB的實現(xiàn)方案，可進(jìn)行短距離數(shù)據(jù)的高速傳輸。以此為基礎(chǔ)，可快速開發(fā)出相關(guān)的短距離無線通信產(chǎn)品。

2 應(yīng)用芯片

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(huán)（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(jù)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(yīng)用于使用總線供電的外設(shè)。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(tǒng)節(jié)約了成本，而且使USB 功能在外設(shè)上的應(yīng)用變得更加容易[2]。

nRF401是挪威Nordic公司最新推出的數(shù)傳頻段 433MHz單片無線收發(fā)一體芯片。采用FSK調(diào)制解調(diào)技術(shù)，最高數(shù)據(jù)傳輸率達(dá)20k bit/s，最大發(fā)射功率為+10dBm，接收靈敏度高達(dá)-105dBm，開闊地的使用距離最遠(yuǎn)可達(dá)1000m。天線接口設(shè)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(shè)計且支持待機(jī)模式，接受狀態(tài)下的功耗為250mA，發(fā)射狀態(tài)下的功耗為8mA，等待狀態(tài)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(zhǔn)晶振和幾個無源器件，沒有調(diào)試部件，可以直接與單片機(jī)串口連接，給設(shè)計和生產(chǎn)帶來了極大的方便[3] 。

3 硬件設(shè)計

本文設(shè)計的無線USB方案的硬件結(jié)構(gòu)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(shù)器，最高時鐘可達(dá)33MHz。MCU的串口與 nRF401的RX、TX直接相連，TXEN（發(fā)送接收控制）、PWR_UP(芯片掛起)、CS（發(fā)射頻率選擇）分別由MCU的I/O腳控制。 PDIUSBD12接在MCU的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)自動進(jìn)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(yīng)中斷，并讀取中斷寄存器的內(nèi)容進(jìn)行判斷處理。如果是要求數(shù)據(jù)發(fā)送，則將數(shù)據(jù)通過串口發(fā)往nRF401，由其發(fā)射出去。同樣nRF401接收到數(shù)據(jù)后觸發(fā)串口中斷， MCU響應(yīng)中斷將數(shù)據(jù)送入USB總線。整套系統(tǒng)使用USB總線供電。

4 軟件設(shè)計

該系統(tǒng)的軟件設(shè)計包括P89C58UBP中的固件設(shè)計和微機(jī)端的通信軟件設(shè)計。其中，固件部分的流程圖如圖2所示。