基于USB的通用無線傳輸接口設計

　　 

    作者：武漢理工大學  任暉

    摘要：介紹一種基于Philips公司的32位ARM7T[)MI—s微處理器LPC2210的USB接口設計，并使用Nordic公司生產的單片射頻收發芯片nRF2401設計USB接口的無線通信模塊。

    闡述該系統的工作原理、硬件構成及軟件設計方案。實現了基于USB接口的無線串行通信。

    關鍵詞：無線傳輸LPC2210USBnRF2401 CY7C63231

    引言

    USB通用串行總線主要用于USB設備與主機之間的數據通信，特別為USB設備與USB主機之間大量的數據傳輸提供了高速、可靠的傳輸協議。射頻通信以其優點也應用在越來越多的場合。本文所設計的USB無線串行接口電路由nRF2401單片射頻收發器、LPC2210微控制器和USB接口芯片組成。本系統充分利用USB口數據傳輸功能，設備連接方便,系統可用于進行無線串行數據雙向傳輸，在儀器儀表、計算機遙測遙控系統、家庭網絡系統等中得到了應用。

    1  硬件設計

    整個硬件設計分為兩個部分：使用帶并行總線的USB接口器件PDIUSBD12設計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，整個硬件設計系統框圖如圖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版本規范。這里以LPC2200微控制器與PDIUSBI)12構成USB設備，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，數據地址為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。發光二極管GoodLink在正常通信時閃爍。PDIUSBD12的AD0連接到LPC2200的A0，當LPC2200在A0引腳輸出l時，表示輸出到PDIUSBD12數據總線DO～D7上的數據為命令字；當A0引腳輸出0時，表示輸出到PDIUSBD)12數據總線DO～D7的數據為數據字。

    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5V。nRF2401是單片射頻收發芯片，有四種工作模式：收發模式、配置模式、空閑模式和關機模式。所有配置工作，工作模式選擇和收發數據都是通過CY7C63231的PO引腳控制完成的。用電壓調整芯片LP2980IM5—3．3產生nRF2401的工作電壓(3．3V)，同時SN74LVC4245產生控制口3．3V和5 V的電平轉換，使工作在不同電壓的這兩種芯片能正常的相連。

    2  軟件設計

    2.1PDIUSBDl2驅動軟件構架

    為了使驅動軟件可移植性強、易維護，采用分層的方法編寫PDIUSBDl2的驅動程序，圖4為USB驅動程序軟件分層結構圖。

    USB驅動程序軟件包提供給用戶6個API函數，這6個函數都在USB應用層中定義，功能描述如表1所列。

    下面以接收和發送數據任務為例，演示了一個任務從端點2發送1024個字節。部分源代碼如下：

    #defineRW_NUMS1024／／任務收發數據字節數

    voidTaskRecl(void*pdata)

    {#ifOS_CRlTICAL_METHOD==3

    ／／為CPU狀態寄存器分配存儲空間

    OS_CPU_SRcpu_sr;

    #endif

    INT8UBuff[RW_NUMS]；／／接收及發送緩沖區

    INT8Uack=0x01；／／應答主機數值

    INT8Uerr；／／函數返回值

    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)；／／應答USB主機

    if(err==USB_NO_ERR){／／應答正確

    err=ReadPort2(RW_NUMS，Buff，200)；／／接收數據

    OSTimeDly(1)；／／延時一個時鐘周期

    if(err==USB_NO_ERR){／／接收正確

    Buff[0]=OSPrioCur；／／標識該任務

    err=WritePort2(RW_NUMS，Buff，200)；／／發送數據

    }

    }

    }}

    2.2CY7063231軟件設計

    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，實現無線數據的接收和發送。下面以接收無線數據為例。主程序UsbTaskLoop，它是一個無限循環，僅僅在中斷的時候跳出。程序檢測nRF2401的DRl和DR2引腳，當DRl上的電平為高時，產生中斷跳到Receivechl子程序，當DR2上的電平為高時，產生中斷跳到Receivech2子程序。USBSend程序負責從端口1向上位機發送數據，WaitforAck程序等待上位機對端口1的應答信號，Receivechl和Receivech2程序分別從nRF2401的通道1和通道2接收數據。最后調用DATAOUT把數據傳給上位機，然后調用WaitforAck。Prg2401程序段負責對nRF2401進行操作控制，能夠通過設置不同的參數使nRF2401工作在三種不同的工作模式。

    結語

    本系統采用32位嵌入式微處理器進行核心控制，具有強大的數據處理能力。該設計可以通過無線局域網進行無線傳輸，并且可在ARM中對無線接收的數據進行處理，以進一步應用于圖像處理，智能監控，以及遠程電視電話會議等。因此，基于ARM的嵌入式USB口無線接收處理系統具有廣闊的應用前景和市場。

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