基于PDIUSBD12的無(wú)線(xiàn)USB接口收發(fā)器的設計

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引言
　　通用串行總線(xiàn)（Universal Serial Bus，USB）為個(gè)人計算機外圍設備輸入輸出提供了新的 接口標準。他使設備具有快速、熱插拔、即插即用、自動(dòng)配置的能力，并標準化了設備連接。同時(shí)，USB的級聯(lián)星型拓撲結構不僅使得連接外部設備多達127個(gè)，還解決了資源沖突、中斷請求、直接數據通道等問(wèn)題。傳統的收發(fā)器一般以RS232接口與PC機通信，其硬件實(shí)現簡(jiǎn)單。如果改為USB接口，將使無(wú)線(xiàn)/有線(xiàn)收發(fā)器具備USB通信的諸多優(yōu)點(diǎn)。
　　PDIUSBD12是一個(gè)完全符合USB11規范，性能優(yōu)化的USB器件，通常用于基于微控制器的系統，并與微控制器通過(guò)高速通用并行接口進(jìn)行通信，也支持本地DMA傳輸。該器件采用模塊化的方法實(shí)現一個(gè)USB接口。允許在眾多可用的微控制器中選擇最合適的作為系統微控制器。允許使用現存的體系結構并使固件投資減到最小。這種靈活性減少了開(kāi)發(fā)時(shí)間、風(fēng)險和成本，是開(kāi)發(fā)低成本且高效的USB外圍設備解決方案的一種最快途徑。
　　根據現場(chǎng)實(shí)際情況，選用TDX230RTMD電臺及配套天線(xiàn)，該產(chǎn)品可提供語(yǔ)音或數據信號的透明傳輸，能適應各種點(diǎn)對點(diǎn)、點(diǎn)對多點(diǎn)的無(wú)線(xiàn)數據通信方式，具有收發(fā)一體、安裝方便、使用簡(jiǎn)單、性?xún)r(jià)比高、穩定可靠等特點(diǎn)，廣泛用于各種數據的遠程采集、控制系統之中。
　　結合上述兩種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，設計了一種無(wú)線(xiàn)USB接口收發(fā)器，可進(jìn)行遠距離數據的無(wú)線(xiàn)傳輸。


2硬件電路設計
　　本文設計的無(wú)線(xiàn)USB接口收發(fā)器的硬件電路總體框圖如圖1所示。








　　Philips公司的PDIUSBD12芯片符合USB1.1規范，采用28腳SO或TSSOP封裝，可以在3.3±0.3 Ｖ或3.6～5.5 Ｖ兩種電壓下工作，內部集成SIE、320 B的FIFO緩存、收發(fā)器以及電壓調整電路和終結電阻器，提供2 MB/s速率的并行接口，具有全自治本地DM A功能，芯片提供的多重中斷模式有利于批量和等時(shí)數據傳輸模式。芯片還提供了可編程時(shí)鐘、上電復位和低電壓復位電路。芯片提供了雙倍的輸入輸出緩沖，在批量模式達到1MB/s數據傳輸率，同步模式也可達到1 MB/s數據傳輸率。
　　微控制器MCU采用Atmel公司的89C52。MCU的串口與模塊式無(wú)線(xiàn)數傳收發(fā)模塊RXD、TXD直接相連，PDIUSBD12接在MCU的數據總線(xiàn)上，中斷引腳INTN接在MCU的中斷輸入上。PDIUSBD1. 2會(huì )對USB總線(xiàn)上的數據自動(dòng)進(jìn)行處理，將事件寫(xiě)入自身的中斷寄存器，并拉低INTN通知M CU。MCU響應中斷，并讀取中斷寄存器的內容進(jìn)行判斷處理。如果是要求數據發(fā)送，則將數據通過(guò)串口發(fā)往模塊式無(wú)線(xiàn)數傳收發(fā)模塊，由其發(fā)射出去。同樣模塊式無(wú)線(xiàn)數傳收發(fā)模塊接收到數據后觸發(fā)串口中斷，MCU響應中斷將數據送入USB總線(xiàn)。由于總線(xiàn)供電方式不穩定，整套系統使用自供電方式。








圖2所示是采用了1個(gè)89C52的微控制器與PDIUSBD12集成電路相互連接圖。由于89C52是應用 廣泛的一種單片機微控制器，軟件開(kāi)發(fā)工作者在其基礎上開(kāi)發(fā)大量的軟件開(kāi)發(fā)平臺，大多數電子工程師對其都比較熟悉。因此，用戶(hù)可以利用比較熟悉的微處理器(89C52)進(jìn)行核心程序的設計，即用89C52來(lái)實(shí)現其所需的功能，具體將數據信號轉換為符合USB規則的信號，則完全由PDIUSBD12來(lái)完成。這樣一來(lái)，既可以利用89C52中豐富的軟件資源，又可以利用USB總線(xiàn)技術(shù)的即插即用、熱插拔等特性，使開(kāi)發(fā)設備的成本降低、開(kāi)發(fā)周期縮短。  


3軟件部分設計
　　軟件設計主要包括兩部分：一是USB設備端的單片機軟件，主要完成USB協(xié)議處理與數據交換，以及其他應用功能程序。二是上位管理機端的程序，由USB通信程序和用戶(hù)服務(wù)程序通過(guò)USB通信程序與系統的設備接口通信，由系統完成USB協(xié)議的處理與數據傳輸。
3.1單片機方面軟件設計
　　單片機控制程序由三部分組成：初始化單片機和所有的外圍電路（包括PDIUSBD12）；主循 環(huán)部分，其任務(wù)是可中斷的；讀寫(xiě)中斷服務(wù)程序，其任務(wù)是對時(shí)間敏感的，必須馬上執行。
　　單片機和PDIUSBD12通信主要是靠單片機給PDIUSBD12發(fā)命令和數據實(shí)現的。PDIUSBD12的命令字可以分為三種：初始化命令字、數據流命令字和通用命令字。PDIUSBD12給出了各種命令的代碼和地址，單片機先給PDIUSBD12的命令地址發(fā)命令，根據不同命令的要求再發(fā)送和讀出不同的數據。因此，可以編寫(xiě)不同功能的函數，用函數實(shí)現各個(gè)命令，之后直接調用函數即可。
　　后臺D12中斷服務(wù)程序和模塊式無(wú)線(xiàn)數傳收發(fā)模塊中斷服務(wù)程序與前臺主循環(huán)程序之間的數據交換，通過(guò)事件標志和數據緩沖區來(lái)實(shí)現。后臺中斷服務(wù)程序由中斷觸發(fā)，通過(guò)標志位與主模塊通信。主模塊循環(huán)掃描各標志位，對相應的標志位做出處理。例如，模塊式無(wú)線(xiàn)數傳收發(fā)模塊接收到有效數據后，送入串口觸發(fā)串口中斷，進(jìn)入模塊式無(wú)線(xiàn)數傳收發(fā)模塊中斷服務(wù)程序，將數據接收后放入數據緩沖區，然后設置UART_DATA標志，退出子模塊。主模塊查詢(xún)到UART_DATA被置位，則調用 writendpoint（）程序將數據發(fā)往PC。
　　根據USB協(xié)議，任何傳輸都是由主機開(kāi)始的，這樣89C52做他的前臺工作，等待中斷。主機首先要發(fā)令牌包（TOKEN PACKET）給PDIUSBD12，D12收到令牌包后就給89C52發(fā)中斷，89C52進(jìn)入中斷服務(wù)程序，首先讀D12的中斷寄存器，判斷USB令牌包的類(lèi)型，然后執行相應的操作。因此，USB的89C52程序主要就是中斷服務(wù)程序的編寫(xiě)。在USB的89C52程序中要完成對各種令牌包的響應，其中比較難處理的是Setup包，主要是終端0的編程。單片機軟件流程圖如圖3所示









3.2主機方面軟件設計
　　上位機的程序主要調用4個(gè)API函數。根據上位機對USB端口的使用情況，用Delphi調用這4個(gè)函數就可以實(shí)現上位機對USB端口的操作。
　　Philips為用戶(hù)提供了D12的驅動(dòng)程序，但是用戶(hù)需要根據自己的要求更改inf文件，然后在Windows DDK中重新編譯連接生成新的驅動(dòng)程序，以滿(mǎn)足實(shí)際應用的需要。
　　在編寫(xiě)主機應用程序時(shí)要注意對主終端的操作，應該在程序中將數據緩存加大，Philips提供的驅動(dòng)程序支持64 B~64 kB的緩存，這樣可以有效減少設備和主機的握手時(shí)間，提高傳輸速度。程序編譯時(shí)，需要注意保持編譯的路徑。


4結語(yǔ)
　　本文結合USB接口和無(wú)線(xiàn)通信兩種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，應用在多點(diǎn)測溫控制系統中，為PC和智能儀器之間提供了一種快速方便的數據交換方式。
　　采用對單片微處理器直接擴展USB接口技 術(shù)，連接簡(jiǎn)單，控制方便。隨著(zhù)USB技術(shù)的不斷發(fā)展，USB也會(huì )和串口一樣獲得廣泛的應用。

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