基于USB的通用无线传输接口设计

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    作者：武汉理工大学  任晖

    摘要：介绍一种基于Philips公司的32位ARM7T[)MI—s微处理器LPC2210的USB接口设计，并使用Nordic公司生产的单片射频收发芯片nRF2401设计USB接口的无线通信模块。

    阐述该系统的工作原理、硬件构成及软件设计方案。实现了基于USB接口的无线串行通信。

    关键词：无线传输LPC2210USBnRF2401 CY7C63231

    引言

    USB通用串行总线主要用于USB设备与主机之间的数据通信，特别为USB设备与USB主机之间大量的数据传输提供了高速、可靠的传输协议。射频通信以其优点也应用在越来越多的场合。本文所设计的USB无线串行接口电路由nRF2401单片射频收发器、LPC2210微控制器和USB接口芯片组成。本系统充分利用USB口数据传输功能，设备连接方便,系统可用于进行无线串行数据双向传输，在仪器仪表、计算机遥测遥控系统、家庭网络系统等中得到了应用。

    1  硬件设计

    整个硬件设计分为两个部分：使用带并行总线的USB接口器件PDIUSBD12设计LPC2200的USB接口，其电路图如图1所示；使用Cypress公司的USB外围控制芯片CY7C63231设计射频芯片nRF2401的USB接口，其电路图如图2所示。两个部分通过USB口相接，整个硬件设计系统框图如图3所示。

    图1中，USB接口芯片采用的是Philips公司的并行USB接口芯片PDlUSBD12，符合通用串行总线(USB)1．1版本规范。这里以LPC2200微控制器与PDIUSBI)12构成USB设备，PDIUSBD)12连接到LPC2200的硬件原理图如图1所示。

    PDIUSBD12使用LPC2200外部存储控制的Bank2部分，数据地址为0x82000000，命令地址为Ox82000001。RST_USB、SUSP为LPC2200的输出引脚，PDIUSBD)12中断信号为中断输入信号，且为外部中断O。C1、C2和X1为PDIUSBD)12提供工作所需的时钟输入。发光二极管GoodLink在正常通信时闪烁。PDIUSBD12的AD0连接到LPC2200的A0，当LPC2200在A0引脚输出l时，表示输出到PDIUSBD12数据总线DO～D7上的数据为命令字；当A0引脚输出0时，表示输出到PDIUSBD)12数据总线DO～D7的数据为数据字。

    图2中，CY7C63231是8位RISC微处理器，特别适用在USB嵌入式方面，工作电压为5V。nRF2401是单片射频收发芯片，有四种工作模式：收发模式、配置模式、空闲模式和关机模式。所有配置工作，工作模式选择和收发数据都是通过CY7C63231的PO引脚控制完成的。用电压调整芯片LP2980IM5—3．3产生nRF2401的工作电压(3．3V)，同时SN74LVC4245产生控制口3．3V和5 V的电平转换，使工作在不同电压的这两种芯片能正常的相连。

    2  软件设计

    2.1PDIUSBDl2驱动软件构架

    为了使驱动软件可移植性强、易维护，采用分层的方法编写PDIUSBDl2的驱动程序，图4为USB驱动程序软件分层结构图。

    USB驱动程序软件包提供给用户6个API函数，这6个函数都在USB应用层中定义，功能描述如表1所列。

    下面以接收和发送数据任务为例，演示了一个任务从端点2发送1024个字节。部分源代码如下：

    #defineRW_NUMS1024／／任务收发数据字节数

    voidTaskRecl(void*pdata)

    {#ifOS_CRlTICAL_METHOD==3

    ／／为CPU状态寄存器分配存储空间

    OS_CPU_SRcpu_sr;

    #endif

    INT8UBuff[RW_NUMS]；／／接收及发送缓冲区

    INT8Uack=0x01；／／应答主机数值

    INT8Uerr；／／函数返回值

    pdata=pdata；／／避免编译器警告

    for(；；){

    OSSemPend(TaskReel_Sere，0，&-err)；／／等待TaskStart的命令

    err=WritePortl(1，＆ack，200)；／／应答USB主机

    if(err==USB_NO_ERR){／／应答正确

    err=ReadPort2(RW_NUMS，Buff，200)；／／接收数据

    OSTimeDly(1)；／／延时一个时钟周期

    if(err==USB_NO_ERR){／／接收正确

    Buff[0]=OSPrioCur；／／标识该任务

    err=WritePort2(RW_NUMS，Buff，200)；／／发送数据

    }

    }

    }}

    2.2CY7063231软件设计

    USB外围控制器CY7C63231控制nRF2401射频芯片，同时与LPC2210微控制器的USB口相连，实现无线数据的接收和发送。下面以接收无线数据为例。主程序UsbTaskLoop，它是一个无限循环，仅仅在中断的时候跳出。程序检测nRF2401的DRl和DR2引脚，当DRl上的电平为高时，产生中断跳到Receivechl子程序，当DR2上的电平为高时，产生中断跳到Receivech2子程序。USBSend程序负责从端口1向上位机发送数据，WaitforAck程序等待上位机对端口1的应答信号，Receivechl和Receivech2程序分别从nRF2401的通道1和通道2接收数据。最后调用DATAOUT把数据传给上位机，然后调用WaitforAck。Prg2401程序段负责对nRF2401进行操作控制，能够通过设置不同的参数使nRF2401工作在三种不同的工作模式。

    结语

    本系统采用32位嵌入式微处理器进行核心控制，具有强大的数据处理能力。该设计可以通过无线局域网进行无线传输，并且可在ARM中对无线接收的数据进行处理，以进一步应用于图像处理，智能监控，以及远程电视电话会议等。因此，基于ARM的嵌入式USB口无线接收处理系统具有广阔的应用前景和市场。

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