基于USB2.0的红外数据传输系统的设计与实现

1引言

随着测试技术和无线通信技术的发展和应用，测试仪器向微型化、低功耗发展，红外数据传输成本低廉，简单易用，在很多小型设备中得到广泛应用。为避免接口插拔造成仪器损坏，实现测试仪器与PC机间的无线数据传输，减少不必要的线缆连接，这里设计一种基于USB2．0的红外数据传输系统，该系统具有低功耗、控制简单、实施方便，传输可靠性高等特点。

2系统硬件设计

2．1主要器件选型

Cypress公司的CY7C68013器件包含USB2．0的集成微控制器。它内部集成有1个增强型的8051、1个智能USB串行接口引擎、1个USB数据收发器、2个UART、3个8位I／O口、16位地址线、8．5KBRAM和4KBFIFO等。增强型的8051内核完全与标准8051兼容、而性能可达到标准8051的3倍以上。每条指令占4个时钟周期，在48MHz晶振下工作时，单指令周期为83．3ns，执行速度远快于标准的8051单片机。EZ-USBFX2支持3种接口模式，即GPIF控制器模式、从属FIFO模式和端口模式。GPIF控制器模式和从属FIFO模式与外围设备是8位或16位数据并行传输，根据本系统需要，选择串行通信的端口模式。

由于USB传输的数据是基带二进制信号，而红外收发器传输的数据是3／16归零码，因此选用编解码器HSDL-7001实现CY7C68013器件与红外收发器之间的数据转换。为了实现系统的小体积，选用TFBS4652型红外收发器，该收发器是最小的红外收发器之一(6．8mmX2．8mmX1．6mm)，质量仅为0．05g。最大传输速率达115．2Kbit／s(SIR)，发光二极管的工作电压范围为2．4～3．6V，温度为-25～85℃。此外，该收发器还具有发送接收的使能控制端，当系统不工作时，可将此端口置低，这样收发器就处于关闭状态，降低系统消耗。

2．2系统设计组成

本传输系统主要由USB2．0接口电路(包括接口器件CY7C68013、电源转换、串行E2PROM)、红外编码解电路和红外收发器3部分组成。当需将外围设备中存储的数据读取到PC机时，PC机向USB2．0接口器件CY7C68013发送读取数据的请求命令，CY7C68013接收到请求命令后，把与外围设备通信的校验码通过串行通信接口发送至红外编解码HSDL-7001，然后将接口器件发送出的串行二进制数据编码成3／16归零码的脉冲，3／16归零码数据通过串行数据线传送至红外收发器，此时接口器件开启红外收发电器的收发使能端，红外收发器以红外光信号的形式发射3／16归零码脉冲数据，完成命令的发送；当外围设备连接的红外收发器接收到发送的3／16归零码数据命令后，将其送至外围设备，外围设备收到命令后响应发送数据，即完成一次从PC机到外围设备的数据通信。其具体实现原理如图1所示。

2．3红外编解码电路

图2为红外编解码电路，主要用到红外编解码器HSDL-7001，该器件遵循IrDA1．0通信协议物理层规范，接口与SIR收发器相兼容，可与标准的16550UART连接，具有内部或外部2种时钟模式，工作电压范围为2．7～5．5V，可发送／接收1．63μs或3／16脉冲数据形式。其中16XCLK为16倍波特率的时钟输入端，只在外部晶振时使用。

OSCOUT、OSCIN为晶振接口，低电平时选择内部时钟。TXD引脚接收CY7C68013单片机串行端口发送的数据，经编码调制后，以脉冲的方式传输到IR_TXD端口。红外光脉冲数据转变来的电平脉冲信号，经IR_RX端口进入HSDL-7001，经内部解调后，通过RX引脚将数据发送到CY7C68013单片机的串行端口。引脚A0、A1、A2用于改变HSDL-7001的波特率选择，以匹配外同设备与PC机之间数据的传输。

本系统选用外部晶体振荡器，选用频率为1．8432MHz有源晶振，在数据编码过程，HSDL-7001接收TXD传送的串行数据，在TXD的每个下降沿开始，IRRXD延迟7CYCLES的时间(16CYCLES为一个晶振周期)，然后输出1个正脉冲，脉宽为3CYCLES，如果TXD0一直为低电平，则每个晶振周期内，IRRXD都会输出1个宽度为3CYCLES的正脉冲。如果TXDO为高电平，则IRTXD输出低电平，如图3所示。

解码过程相反，编码过程看作是把TXD脉冲变窄的过程，而解码过程则看作是把脉冲拉宽的过程。解码过程中，当IRRXD传送1个宽度为3CYCLES的负脉冲，RXD就输出1个宽度为16CYCLES的负脉冲，如图4所示。

3系统软件设计

系统软件包括固件程序、USB设备驱动程序和应用程序。整个软件包括系统初始化、采样控制、数据传输和波形显示等部分。USB设备端固件及外围电路的底层控制程序主要采用C51编写，计算机端客户应用程序采用VisualBasic和VisualC++混合编程。

3．1USB固件设计

USB数据传输有4种方式：块传输、中断传输、同步传输和控制传输。当需要快速精确大批量传输数据时，一般采用块传输方式。设计中主要考虑本系