基于PDIUSBD12的無線USB接口收發(fā)器的設(shè)計

基于PDIUSBD12的無線USB接口收發(fā)器的設(shè)計

通用串行總線（Universal Serial Bus，USB）為個人計算機外圍設(shè)備輸入輸出提供了新的?接口標(biāo)準(zhǔn)。他使設(shè)備具有快速、熱插拔、即插即用、自動配置的能力，并標(biāo)準(zhǔn)化了設(shè)備連接。同時，USB的級聯(lián)星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不僅使得連接外部設(shè)備多達(dá)127個，還解決了資源沖突、中斷請求、直接數(shù)據(jù)通道等問題。傳統(tǒng)的收發(fā)器一般以RS232接口與PC機通信，其硬件實現(xiàn)簡單。如果改為USB接口，將使無線/有線收發(fā)器具備USB通信的諸多優(yōu)點。
　　PDIUSBD12是一個完全符合USB11規(guī)范，性能優(yōu)化的USB器件，通常用于基于微控制器的系統(tǒng)，并與微控制器通過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?的方法實現(xiàn)一個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(tǒng)微控制器。允許使用現(xiàn)存的體系結(jié)構(gòu)并使固件投資減到最小。這種靈活性減少了開發(fā)時間、風(fēng)險和成本，是開發(fā)低成本且高效的USB外圍設(shè)備解決方案的一種最快途徑。
　　根據(jù)現(xiàn)場實際情況，選用TDX230RTMD電臺及配套天線，該產(chǎn)品可提供語音或數(shù)據(jù)信號的透明傳輸，能適應(yīng)各種點對點、點對多點的無線數(shù)據(jù)通信方式，具有收發(fā)一體、安裝方便、使用簡單、性價比高、穩(wěn)定可靠等特點，廣泛用于各種數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程采集、控制系統(tǒng)之中。
　　結(jié)合上述兩種技術(shù)的優(yōu)點，設(shè)計了一種無線USB接口收發(fā)器，可進(jìn)行遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)的無線傳輸。?

2硬件電路設(shè)計
　　本文設(shè)計的無線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(guī)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(nèi)部集成SIE、320 B的FIFO緩存、收發(fā)器以及電壓調(diào)整電路和終結(jié)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數(shù)據(jù)傳輸模式。芯片還提供了可編程時鐘、上電復(fù)位和低電壓復(fù)位電路。芯片提供了雙倍的輸入輸出緩沖，在批量模式達(dá)到1MB/s數(shù)據(jù)傳輸率，同步模式也可達(dá)到1 MB/s數(shù)據(jù)傳輸率。
　　微控制器MCU采用Atmel公司的89C52。MCU的串口與模塊式無線數(shù)傳收發(fā)模塊RXD、TXD直接相連，PDIUSBD12接在MCU的數(shù)據(jù)總線上，中斷引腳INTN接在MCU的中斷輸入上。PDIUSBD1. 2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INTN通知M CU。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)往模塊式無線數(shù)傳收發(fā)模塊，由其發(fā)射出去。同樣模塊式無線數(shù)傳收發(fā)模塊接收到數(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。由于總線供電方式不穩(wěn)定，整套系統(tǒng)使用自供電方式。

圖2所示是采用了1個89C52的微控制器與PDIUSBD12集成電路相互連接圖。由于89C52是應(yīng)用?廣泛的一種單片機微控制器，軟件開發(fā)工作者在其基礎(chǔ)上開發(fā)大量的軟件開發(fā)平臺，大多數(shù)電子工程師對其都比較熟悉。因此，用戶可以利用比較熟悉的微處理器(89C52)進(jìn)行核心程序的設(shè)計，即用89C52來實現(xiàn)其所需的功能，具體將數(shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)換為符合USB規(guī)則的信號，則完全由PDIUSBD12來完成。這樣一來，既可以利用89C52中豐富的軟件資源，又可以利用USB總線技術(shù)的即插即用、熱插拔等特性，使開發(fā)設(shè)備的成本降低、開發(fā)周期縮短。?

3軟件部分設(shè)計
　　軟件設(shè)計主要包括兩部分：一是USB設(shè)備端的單片機軟件，主要完成USB協(xié)議處理與數(shù)據(jù)交換，以及其他應(yīng)用功能程序。二是上位管理機端的程序，由USB通信程序和用戶服務(wù)程序通過USB通信程序與系統(tǒng)的設(shè)備接口通信，由系統(tǒng)完成USB協(xié)議的處理與數(shù)據(jù)傳輸。
3.1單片機方面軟件設(shè)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；讀寫中斷服務(wù)程序，其任務(wù)是對時間敏感的，必須馬上執(zhí)行。
　　單片機和PDIUSBD12通信主要是靠單片機給PDIUSBD12發(fā)命令和數(shù)據(jù)實現(xiàn)的。PDIUSBD12的命令字可以分為三種：初始化命令字、數(shù)據(jù)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(jù)不同命令的要求再發(fā)送和讀出不同的數(shù)據(jù)。因此，可以編寫不同功能的函數(shù)，用函數(shù)實現(xiàn)各個命令，之后直接調(diào)用函數(shù)即可。
　　后臺D12中斷服務(wù)程序和模塊式無線數(shù)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(shù)據(jù)交換，通過事件標(biāo)志和數(shù)據(jù)緩沖區(qū)來實現(xiàn)。后臺中斷服務(wù)程序由中斷觸發(fā)，通過標(biāo)志位與主模塊通信。主模塊循環(huán)掃描各標(biāo)志位，對相應(yīng)的標(biāo)志位做出處理。例如，模塊式無線數(shù)傳收發(fā)模塊接收到有效數(shù)據(jù)后，送入串口觸發(fā)串口中斷，進(jìn)入模塊式無線數(shù)傳收發(fā)模塊中斷服務(wù)程序，將數(shù)據(jù)接收后放入數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，然后設(shè)置UART_DATA標(biāo)志，退出子模塊。主模塊查詢到UART_DATA被置位，則調(diào)用?writendpoint（）程序?qū)?shù)據(jù)發(fā)往PC。
　　根據(jù)USB協(xié)議，任何傳輸都是由主機開始的，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令牌包的類型，然后執(zhí)行相應(yīng)的操作。因此，USB的89C52程序主要就是中斷服務(wù)程序的編寫。在USB的89C52程序中要完成對各種令牌包的響應(yīng)，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(shè)計
　　上位機的程序主要調(diào)用4個API函數(shù)。根據(jù)上位機對USB端口的使用情況，用Delphi調(diào)用這4個函數(shù)就可以實現(xiàn)上位機對USB端口的操作。
　　Philips為用戶提供了D12的驅(qū)動程序，但是用戶需要根據(jù)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(qū)動程序，以滿足實際應(yīng)用的需要。
　　在編寫主機應(yīng)用程序時要注意對主終端的操作，應(yīng)該在程序中將數(shù)據(jù)緩存加大，Philips提供的驅(qū)動程序支持64 B~64 kB的緩存，這樣可以有效減少設(shè)備和主機的握手時間，提高傳輸速度。程序編譯時，需要注意保持編譯的路徑。?

4結(jié)語
　　本文結(jié)合USB接口和無線通信兩種技術(shù)的優(yōu)點，應(yīng)用在多點測溫控制系統(tǒng)中，為PC和智能儀器之間提供了一種快速方便的數(shù)據(jù)交換方式。
　　采用對單片微處理器直接擴展USB接口技?術(shù)，連接簡單，控制方便。隨著USB技術(shù)的不斷發(fā)展，USB也會和串口一樣獲得廣泛的應(yīng)用。