基于PDIUSBD12的無線USB接口收發器的設計

estgdan

引言
　　通用串行總線（Universal Serial Bus，USB）為個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、自動配置的能力，并標準化了設備連接。同時，USB的級聯星型拓撲結構不僅使得連接外部設備多達127個，還解決了資源沖突、中斷請求、直接數據通道等問題。傳統的收發器一般以RS232接口與PC機通信，其硬件實現簡單。如果改為USB接口，將使無線/有線收發器具備USB通信的諸多優點。
　　PDIUSBD12是一個完全符合USB11規范，性能優化的USB器件，通常用于基于微控制器的系統，并與微控制器通過高速通用并行接口進行通信，也支持本地DMA傳輸。該器件采用模塊化的方法實現一個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發時間、風險和成本，是開發低成本且高效的USB外圍設備解決方案的一種最快途徑。
　　根據現場實際情況，選用TDX230RTMD電臺及配套天線，該產品可提供語音或數據信號的透明傳輸，能適應各種點對點、點對多點的無線數據通信方式，具有收發一體、安裝方便、使用簡單、性價比高、穩定可靠等特點，廣泛用于各種數據的遠程采集、控制系統之中。
　　結合上述兩種技術的優點，設計了一種無線USB接口收發器，可進行遠距離數據的無線傳輸。


2硬件電路設計
　　本文設計的無線USB接口收發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數據傳輸模式。芯片還提供了可編程時鐘、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的串口與模塊式無線數傳收發模塊RXD、TXD直接相連，PDIUSBD12接在MCU的數據總線上，中斷引腳INTN接在MCU的中斷輸入上。PDIUSBD1. 2會對USB總線上的數據自動進行處理，將事件寫入自身的中斷寄存器，并拉低INTN通知M CU。MCU響應中斷，并讀取中斷寄存器的內容進行判斷處理。如果是要求數據發送，則將數據通過串口發往模塊式無線數傳收發模塊，由其發射出去。同樣模塊式無線數傳收發模塊接收到數據后觸發串口中斷，MCU響應中斷將數據送入USB總線。由于總線供電方式不穩定，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，軟件開發工作者在其基礎上開發大量的軟件開發平臺，大多數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)進行核心程序的設計，即用89C52來實現其所需的功能，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總線技術的即插即用、熱插拔等特性，使開發設備的成本降低、開發周期縮短。  


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通信程序和用戶服務程序通過USB通信程序與系統的設備接口通信，由系統完成USB協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 環部分，其任務是可中斷的；讀寫中斷服務程序，其任務是對時間敏感的，必須馬上執行。
　　單片機和PDIUSBD12通信主要是靠單片機給PDIUSBD12發命令和數據實現的。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的命令地址發命令，根據不同命令的要求再發送和讀出不同的數據。因此，可以編寫不同功能的函數，用函數實現各個命令，之后直接調用函數即可。
　　后臺D12中斷服務程序和模塊式無線數傳收發模塊中斷服務程序與前臺主循環程序之間的數據交換，通過事件標志和數據緩沖區來實現。后臺中斷服務程序由中斷觸發，通過標志位與主模塊通信。主模塊循環掃描各標志位，對相應的標志位做出處理。例如，模塊式無線數傳收發模塊接收到有效數據后，送入串口觸發串口中斷，進入模塊式無線數傳收發模塊中斷服務程序，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。主模塊查詢到UART_DATA被置位，則調用 writendpoint（）程序將數據發往PC。
　　根據USB協議，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。主機首先要發令牌包（TOKEN PACKET）給PDIUSBD12，D12收到令牌包后就給89C52發中斷，89C52進入中斷服務程序，首先讀D12的中斷寄存器，判斷USB令牌包的類型，然后執行相應的操作。因此，USB的89C52程序主要就是中斷服務程序的編寫。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API函數。根據上位機對USB端口的使用情況，用Delphi調用這4個函數就可以實現上位機對USB端口的操作。
　　Philips為用戶提供了D12的驅動程序，但是用戶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程序，以滿足實際應用的需要。
　　在編寫主機應用程序時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結語
　　本文結合USB接口和無線通信兩種技術的優點，應用在多點測溫控制系統中，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，連接簡單，控制方便。隨著USB技術的不斷發展，USB也會和串口一樣獲得廣泛的應用。

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