基于USB接口的嵌入式無線傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)
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整個(gè)系統(tǒng)采用的是上電復(fù)位，與基于USB接口即插即用的特性非常吻合。圖中D1和D2兩個(gè)LED為整個(gè)模塊的通信指示燈，分別接單片機(jī)的P1．6和P1．7，工作狀態(tài)由編程控制；J1為微控制器與無線RF電路的接口，其中SCLK為RF芯片CC1101的時(shí)鐘輸入信號(hào)，接單片機(jī)P1．0與單片機(jī)時(shí)鐘同步，端口SO(GDO1)、GDO0、還有GDO2為無線RF電路的數(shù)字輸出口，端口SI和CSn為無線RF電路的數(shù)字輸入口。微控制器除了為RF電路提供控制以外，還預(yù)留了鍵盤輸入與液晶顯示端口，為以后的需求作鋪墊。
2．3 USB接口電路
USB接口電路(如圖4所示)完成了系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)或設(shè)備端的物理連接，提供總線的硬件收發(fā)接口，實(shí)現(xiàn)電氣和底層的邏輯功能，完成上層協(xié)議處理、數(shù)據(jù)收發(fā)控制以及電壓調(diào)節(jié)。本文引用地址：http://2s4d.com/article/202444.htm
圖中的USB芯片采用的是美國Silicon公司生產(chǎn)的高集成度USB轉(zhuǎn)UART專用芯片CP2101，它集成度高，內(nèi)置USB2．0全速功能控制器、USB收發(fā)器、晶體振蕩器、EEPROM(EEPROM可以通過USB在應(yīng)用板上進(jìn)行編程這使得在產(chǎn)品制造和調(diào)試過程中就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)它進(jìn)行編程)及異步串行數(shù)據(jù)總線(UART)，內(nèi)帶電壓調(diào)節(jié)器(3．3V輸出)，支持調(diào)制解調(diào)器全功能信號(hào)，無需任何外部的USB器件，功能強(qiáng)大且占用空間非常小。
利用CP2101設(shè)計(jì)的工作電路有很大的優(yōu)越性，它只需使用USB接口就可以完成提供TTL電源、串行口通信、IAP編程及復(fù)位信號(hào)控制，減少了計(jì)算機(jī)與外設(shè)之間的接口。使用CYGNAL免費(fèi)提供的器件驅(qū)動(dòng)程序CP2101可以很容易地將PC的USB口虛擬成COM口。虛擬COM口的器件驅(qū)動(dòng)程序允許一個(gè)基于CP2101的器件以PC應(yīng)用軟件的形式，作為一個(gè)增加的COM口獨(dú)立于任何現(xiàn)有的硬件。COM口使用運(yùn)行在PC上的應(yīng)用軟件，以訪問一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)硬件COM口的方式訪問基于CP2101的器件。因此，無需修改現(xiàn)有的軟件和硬件就可以通過USB向基于CP-2101的器件傳輸數(shù)據(jù)，大量省去了CP2101系列器件二次開發(fā)的投入。
3 軟件設(shè)計(jì)
由于RF芯片CC1101優(yōu)秀的接收器選擇性和模塊化性能，整個(gè)系統(tǒng)的通信協(xié)議可以人為編程設(shè)定。在無線傳輸系統(tǒng)之間的通信中大多采用主從式結(jié)構(gòu)，主機(jī)和從機(jī)之間的通信都是采用查詢中斷方式進(jìn)行，它的通信信道是半雙工的，最適合點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的通信方式。
點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)多機(jī)通信的多機(jī)通信方式首先需要設(shè)一個(gè)主機(jī)，其余為從機(jī)，所有主從機(jī)都編一個(gè)唯一的地址。通信的協(xié)調(diào)完全由主機(jī)控制，主機(jī)采用帶地址碼的數(shù)據(jù)幀發(fā)送數(shù)據(jù)或命令，從站全部都接收，并將接收到的地址碼與本地地址碼比較，不同則將數(shù)據(jù)全部丟掉，不作任何響應(yīng)。地址碼相同，則證明數(shù)據(jù)是給本地的，從站根據(jù)傳過來的數(shù)據(jù)或命令進(jìn)行不同的響應(yīng)，將響應(yīng)的數(shù)據(jù)發(fā)送回去。這些工作都需要采用上層通信協(xié)議來完成，并可保證在任何一個(gè)瞬間，通信網(wǎng)中只有一對(duì)電臺(tái)處于通信狀態(tài)，以免相互干擾。
4 系統(tǒng)測(cè)試及結(jié)論
基于USB接口的嵌入式無線傳輸系統(tǒng)的整個(gè)電路設(shè)計(jì)集于一塊PCB板上，由于采用了極低功率和具有同類芯片中性能極佳的UHF無線收發(fā)器CC1101，結(jié)合高度集成的USB收發(fā)器CP2101，使整個(gè)系統(tǒng)模塊幾乎不需要外部器件，體積小，傳輸距離遠(yuǎn)。為了避免高頻收發(fā)信號(hào)會(huì)對(duì)MCU產(chǎn)生干擾，所以無線RF電路必須外加金屬罩屏蔽。系統(tǒng)設(shè)計(jì)在利用LNA(低噪聲放大器)和可編程PA(功率放大器)模塊在不同環(huán)境和通信參數(shù)下做了大量測(cè)試。表1是在下列條件下的測(cè)試結(jié)果：天線輸入阻抗50Ω，增益2．5 dB；GFSK調(diào)制方式；在開闊地環(huán)境下通信。
測(cè)試結(jié)果表明：基于USB接口的嵌入式無線傳輸系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)在中短距離內(nèi)準(zhǔn)確(在信道誤碼率為10-3時(shí)，可得到實(shí)際誤碼率低于10-5)、穩(wěn)定(可長時(shí)間抗干擾通信)、高速(最高傳輸率可達(dá)500 kbps)的數(shù)據(jù)傳輸。它的電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單實(shí)用，成本低，功耗低，能提供256個(gè)通信信道，且各項(xiàng)通信指標(biāo)良好，具有非常好的實(shí)用性。此設(shè)計(jì)模塊已成功應(yīng)用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。
評(píng)論