基于USB的通用无线传输接口设计

作者：武汉理工大学 任晖

摘 要：介绍一种基于Philips公司的32位ARM7TDMI-s微处理器LPC2210的USB接口设计，并使用Nordic公司生产的单片射频收发芯片nRF2401设计USB接口的无线通信模块。阐述该系统的工作原理、硬件构成及软件设计方案。实现了基于USB接口的无线串行通信。

关键词：无线传输 LPC2210 USB nRF2401 CY7C63231

引 言

USB通用串行总线主要用于USB设备与主机之间的数据通信，特别为USB设备与USB主机之间大量的数据传输提供了高速、可靠的传输协议。射频通信以其优点也应用在越来越多的场合。本文所设计的USB无线串行接口电路由nRF2401单片射频收发器、LPC2210微控制器和USB接口芯片组成。本系统充分利用USB口数据传输功能，设备连接方便,系统可用于进行无线串行数据双向传输，在仪器仪表、计算机遥测遥控系统、家庭网络系统等中得到了应用。

1 硬件设计

整个硬件设计分为两个部分：使用带并行总线的USB接口器件PDIUSBD12设计LPC2200的USB接口，其电路图如图1所示；使用Cypress公司的USB外围控制芯片CY7C63231设计射频芯片nRF2401的USB接口，其电路图如图2所示。两个部分通过USB口相接，整个硬件设计系统框图如图3所示。





图1中，USB接口芯片采用的是Philips公司的并行USB接口芯片PDlUSBD12，符合通用串行总线(USB)1．1版本规范。这里以LPC2200微控制器与PDIUSBI)12构成USB设备，PDIUSBD)12连接到LPC2200的硬件原理图如图1所示。

PDIUSBD12使用LPC2200外部存储控制的Bank2部分，数据地址为0x82000000，命令地址为Ox82000001。RST_USB、SUSP为LPC2200的输出引脚，PDIUSBD)12中断信号为中断输入信号，且为外部中断O。C1、C2和X1为PDIUSBD)12提供工作所需的时钟输入。发光二极管GoodLink在正常通信时闪烁。PDIUSBD12的AD0连接到LPC2200的A0，当LPC2200在A0引脚输出l时，表示输出到PDIUSBD12数据总线DO～D7上的数据为命令字；当A0引脚输出0时，表示输出到PDIUSBD)12数据总线DO～D7的数据为数据字。

图2中，CY7C63231是8位RISC微处理器，特别适用在USB嵌入式方面，工作电压为5 V。nRF2401是单片射频收发芯片，有四种工作模式：收发模式、配置模式、空闲模式和关机模式。所有配置工作，工作模式选择和收发数据都是通过CY7C63231的PO引脚控制完成的。用电压调整芯片LP2980IM5-3．3产生nRF2401的工作电压(3．3 V)，同时SN74LVC4245产生控制口3．3 V和5 V的电平转换，使工作在不同电压的这两种芯片能正常的相连。

2 软件设计

2.1 PDIUSBDl2驱动软件构架

为了使驱动软件可移植性强、易维护，采用分层的方法编写PDIUSBDl2的驱动程序，图4为USB驱动程序软件分层结构图。

USB驱动程序软件包提供给用户6个API函数，这6个函数都在USB应用层中定义，功能描述如表1所列。


下面以接收和发送数据任务为例，演示了一个任务从端点2发送1024个字节。部分源代码如下：
#define RW_NUMS 1024 ／／任务收发数据字节数
void TaskRecl(void*pdata)
{#if OS_CRlTICAL_METHOD==3
／／为CPU状态寄存器分配存储空间
OS_CPU_SR cpu_sr;
#endif
INT8U Buff[RW_NUMS]； ／／接收及发送缓冲区
INT8U ack=0x01； ／／应答主机数值
INT8U err； ／／函数返回值
pdata=pdata； ／／避免编译器警告
for(；；){
OSSemPend(TaskReel_Sere，0，&-err)；／／等待TaskStart的命令
err=WritePortl(1，＆ack，200)； ／／应答USB主机
if(err==USB_NO_ERR){ ／／应答正确
err=ReadPort2(RW_NUMS，Buff，200)；／／接收数据
OSTimeDly(1)； ／／延时一个时钟周期
if(err==USB_NO_ERR){ ／／接收正确
Buff[0]=OSPrioCur； ／／标识该任务
err=WritePort2(RW_NUMS，Buff，200)；／／发送数据
}
}
}}

2.2 CY7063231软件设计

USB外围控制器CY7C63231控制nRF2401射频芯片，同时与LPC2210微控制器的USB口相连，实现无线数据的接收和发送。下面以接收无线数据为例。主程序UsbTaskLoop，它是一个无限循环，仅仅在中断的时候跳出。程序检测nRF2401的DRl和DR2引脚，当DRl上的电平为高时，产生中断跳到Receivechl子程序，当DR2上的电平为高时，产生中断跳到Receivech2子程序。USBSend程序负责从端口1向上位机发送数据，WaitforAck程序等待上位机对端口1的应答信号，Receivechl和Receivech2程序分别从nRF2401的通道1和通道2接收数据。最后调用DATAOUT把数据传给上位机，然后调用WaitforAck。Prg2401程序段负责对nRF2401进行操作控制，能够通过设置不同的参数使nRF2401工作在三种不同的工作模式。