基于USB的無線傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　?引言

　　距離產(chǎn)生了通信的需求，距離的增加對通信提出了更高的要求。和有線通信相比，無線通信技術(shù)由于其更為方便實(shí)用而越來越得到更多的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)無線傳輸?shù)姆桨敢彩嵌喾N多樣。本文中設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種應(yīng)用無線傳輸技術(shù)的單片機(jī)系統(tǒng)，該系統(tǒng)中使用USB2.0 接口與上位機(jī)相連，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)较挛粰C(jī)，數(shù)據(jù)經(jīng)無線傳輸后控制手持式便攜設(shè)備。應(yīng)用該系統(tǒng)的教學(xué)仿真器已經(jīng)在實(shí)際中進(jìn)行了應(yīng)用，且得到了很好的效果。

　　1 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

　　為了實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)對某些系統(tǒng)的控制，常常使用單片機(jī)對下位機(jī)進(jìn)行控制，而上位機(jī)和下位機(jī)之間可以通過串行接口、并行接口等接口實(shí)現(xiàn)通信。本文中通過USB2.0 接口實(shí)現(xiàn)了一個(gè)無線通信系統(tǒng)，系統(tǒng)的連接如圖1 所示。

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圖1 無線傳輸系統(tǒng)連接

　　由圖1 中可以看出，上位機(jī)接收用戶操作，通過USB2.0接口發(fā)出，傳輸?shù)较挛粰C(jī)，數(shù)據(jù)經(jīng)下位機(jī)處理后經(jīng)無線發(fā)送設(shè)備發(fā)出。無線接收設(shè)備接收到發(fā)射出的信號后，將相應(yīng)的信息顯示在手持設(shè)備上，從而實(shí)現(xiàn)了上位機(jī)與手持設(shè)備之間的無線通信。這里，在手持設(shè)備上使用LED 顯示上位機(jī)同步信息，因此，設(shè)計(jì)出無線傳輸系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下頁圖2所示。

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圖2 無線傳輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　2 系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)

　　2.1 USB2.0 接口轉(zhuǎn)串行接口的功能實(shí)現(xiàn)

　　由于下位機(jī)與上位機(jī)的連接采用目前較為流行的USB2.0 接口，以便于廣泛的應(yīng)用，但是由于下位機(jī)所使用的51 單片機(jī)不支持USB 接口，只支持標(biāo)準(zhǔn)的雙工串行接口，因此需要在USB 接口與串行接口之間進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。這里采用FT232BM 芯片[3]完成此項(xiàng)功能。

　　FT232BM 的主要功能是進(jìn)行USB 和串口之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換。芯片一方面可從主機(jī)接收USB 數(shù)據(jù)，并將其轉(zhuǎn)換為串口的數(shù)據(jù)流格式發(fā)送給外設(shè)，另一方面外設(shè)可通過串口將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為USB 的數(shù)據(jù)格式傳回主機(jī)。中間的轉(zhuǎn)換工作全部由芯片自動(dòng)完成，開發(fā)者無須考慮固件的設(shè)計(jì)。FT232BM 內(nèi)部主要由USB 收發(fā)器、串行接口引擎USB 協(xié)議引擎和先進(jìn)先出（FIFO）控制器等構(gòu)成。USB 收發(fā)器提供USB1.1/2.0 的全速物理接口到USB 總線，支持UHCI/OHCI 主控制器；串行接口引擎主要用于完成USB 數(shù)據(jù)的串/并雙向轉(zhuǎn)換，并按照USB1.1規(guī)范來完成USB 數(shù)據(jù)流的位填充/位反填充，以及循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（CRC5/CRC16）的產(chǎn)生和檢錯(cuò)，USB 協(xié)議引擎管理來自USB 設(shè)備控制端口的數(shù)據(jù)流；FIFO 控制器處理外部接口和收發(fā)緩沖區(qū)間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。FIFO 控制器實(shí)現(xiàn)與單片機(jī)（如AT89C51 等）的接口，主要通過2 根數(shù)據(jù)線P30 和P31 及讀寫控制線來完成和單片機(jī)的數(shù)據(jù)交互。FT232BM 內(nèi)含兩個(gè)FIFO 數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，一個(gè)是128 字節(jié)的接收緩沖區(qū)，另一個(gè)是384 字節(jié)的發(fā)送緩沖區(qū)。

　　2.2 無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)

　　根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，無線數(shù)據(jù)傳輸部分由無線發(fā)射模塊和無線接收模塊兩部分組成，無線發(fā)射模塊選用GDTX6，它具有功率大發(fā)射頻率穩(wěn)定不受周邊溫度變化而改變等特點(diǎn)；無線接收模塊選用GD-R5B，它是VHF/UHF 超高頻無線數(shù)據(jù)傳送高品質(zhì)超外差接收模塊，采用超高頻，低噪聲大規(guī)模集成電路，是具有極高性價(jià)比，有完善的抗靜電保護(hù)，可靠性高及遠(yuǎn)距離傳輸?shù)慕邮漳K。

　　（1）數(shù)據(jù)發(fā)送平臺的實(shí)現(xiàn)。

　　數(shù)據(jù)發(fā)送平臺工作原理如圖3 所示，是將PC 機(jī)產(chǎn)生的動(dòng)作數(shù)據(jù)通過USB 接口芯片接收到接收處理器內(nèi)，然后由接收處理器進(jìn)行地址和數(shù)據(jù)的混編處理后，再送入無線數(shù)據(jù)發(fā)送處理器，最后把數(shù)據(jù)和地址一同通過處理器的串行通信口送入無線發(fā)送模塊將混合數(shù)據(jù)發(fā)送出去。

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圖3 數(shù)據(jù)發(fā)送平臺電路