基于USB接口的嵌入式無(wú)線傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、 S s w n e t . c o m . c n 基于 U S B接口的嵌入式無(wú)線傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì) *基金資助項(xiàng)目 :國(guó) 家 自 然 科 學(xué) 基 金 (61063001/F 020207 , 廣 西 區(qū) 自 然 科學(xué)基金項(xiàng)目 (桂科自 0832264。 陳偉 , 程小輝 , 沈凡凡(桂林理工大學(xué) 機(jī)械與控制工程學(xué)院 , 桂林 541004摘要 :為了解決有線數(shù)據(jù)傳輸?shù)木€路布放和數(shù)據(jù) 通 信 接 口 問(wèn) 題 , 方 便 儀 器 設(shè) 備 之 間 的 連 接 , 設(shè) 計(jì) 了 一 種 基 于 U S B 接 口 的嵌入式無(wú)線傳輸系統(tǒng) 。 系統(tǒng)把新一 代 U S B 接 口 芯 片 C P 2101與

2、低 功 耗 R F 收 發(fā) 芯 片 C C 1101相 結(jié) 合 , 采 用 單 片 機(jī) 控 制 , 通過(guò)自主靈活的通信協(xié)議和全球 I S M 頻段通信標(biāo) 準(zhǔn) , 以 及 高 效 前 向 糾 錯(cuò) 信 道 編 碼 技 術(shù) , 實(shí) 現(xiàn) 了 中 短 距 離 內(nèi) 準(zhǔn) 確 、 穩(wěn) 定 、 高速的數(shù)據(jù)傳輸 。關(guān)鍵詞 :無(wú)線傳輸 ; C P 2101; C C 1101; 嵌入式系統(tǒng) 中圖分類號(hào) :T N 92 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 :AE m b e d d e d W i r e l e s s T r a n s m i s s i o n S ys t e m s B a s e d o n U S B I n

3、 t e r f a c C h e n W e i , C h e n g X i a o h u i , S h e n F a n f a n (S c h o o l o f M e c h a n i c a l a n d C o n t r o l E n g i n e e r i n g , G u i l i n U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y S c h o o l , G u i l i n 541004, C h i n a A b s t r a c t :I n o r d e r t o s o l v e

4、 p r o b l e m s o f l a y i n g o u t f o r w i r e d d a t a t r a n s m i s s i o n a n d i n t e r f a c e d a t a c o m m u n i c a t i o n , a n d t o f a c i l i t a t e t h e c o n -n e c t i o n b e t w e e n t h e i n s t r u m e n t s a n d e q u i p m e n t , a n e m b e d d e d w i r e

5、l e s s t r a n s m i s s i o n m o d u l e s y s t e m b a s e d o n U S B i n t e r f a c e i s d e s i g n e d . I t c o m b i n e s t h e n e w g e n e r a t i o n U S B i n t e r f a c e c h i p C P 2101w i t h t h e l o w -p o w e r R F t r a n s c e i v e r c h i p C C 1101, a n d u s e s t h

6、 e M C U t o c o n -t r o l . T h r o u g h t h e a u t o n o m o u s a n d f l e x i b l e c o m m u n i c a t i o n p r o t o c o l a n d t h e g l o b a l I S M b a n d c o m m u n i c a t i o n s s t a n d a r d s , a n d t h e t e c h n o l -o g y o f e f f i c i e n t f o r w a r d e r r o r c

7、 o r r e c t i o n c h a n n e l c o d i n g , a c c u r a t e , s t a b l e , h i g h -s p e e d d a t a t r a n s m i s s i o n i n a s h o r t d i s t a n c e i s a c h i e v e d . K e y w o r d s :w i r e l e s s t r a n s m i s s i o n ; C P 2101; C C 1101; e m b e d d e d s y s t e m 基于 US B 接

8、口的嵌入式無(wú)線傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)在涉及通 信接口時(shí) , 為了解決 P C 機(jī)串口 和 并 口 嚴(yán) 重 不 足 的 問(wèn) 題 以 及方便 儀 器 設(shè) 備 之 間 的 連 接 , 提 出 了 無(wú) 線 傳 輸 技 術(shù) 和 U S B 接口相結(jié)合的方案 。 無(wú)線傳輸和 U S B 接口在各自的應(yīng)用領(lǐng)域都不再是新概念 , 但將兩者相結(jié)合確是一個(gè)較為 獨(dú)特的設(shè)計(jì)創(chuàng)新 。1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)整個(gè)設(shè)計(jì)主要實(shí)現(xiàn)基于 U S B 接 口 的 數(shù) 字 無(wú) 線 R F 發(fā) 送與接收 , 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖 1所示 , 可分為 3大部分 :無(wú) 線 R F 電路 、 微控制器電路 、 U S B 接口電路 。無(wú)線 R F 電路的 主

9、 要 功 能 是 將 從 微 控 制 器 送 來(lái) 的 數(shù) 據(jù)按照預(yù)設(shè)的調(diào)制格式送到天線激勵(lì)電磁波發(fā)射 , 并將從 天線接收到的調(diào)制信號(hào)解調(diào)得到基帶信號(hào) , 再送給微控制 器 。 微控制器 (A T 89C 51 電 路 是 整 個(gè) 設(shè) 計(jì) 系 統(tǒng) 的 控 制 核 心 , 是 R F 電 路 與 U S B 接 口 之 間 的 通 信 橋 梁 ,同 時(shí) 也 是 R F 電路的控 制 芯 片 ,這 部 分 需 完 成 兩 大 功 能 :其 一 是 對(duì) R F 芯片進(jìn)行寄存器 配 置 (通 信 參 數(shù) 配 置 和 數(shù) 字 通 信 , 其 用在 315/433/868/915MH z 頻 點(diǎn) 的 I

10、S M (工 業(yè) 、 科 p m c 。 R F 芯片 C C 1101采用的是基于 0. 18sC MO S 晶體 的 C h i pc o n 的 S m a r t R F 04技 術(shù) , 它 資 源 開 放 性非常好 , 外圍電 路 設(shè) 計(jì) 簡(jiǎn) 單 , 特 別 是 這 款 R F 芯 片 的 輸 出功率 、 載波頻率 、 通信 波 特 率 可 由 控 制 芯 片 對(duì) 相 關(guān) 寄 存 器編程更改 , 設(shè)計(jì)與應(yīng)用非常靈活2。16F R E Q+C H A N(256+C H A N S P C _M2C H A N S P C _E -2選定的 f I F (中間頻率 由 F S C T

11、R L 1. F R E Q _I F 寄存器 控制 :f I F =f X O S C210F R E Q _I F 2. 1. 3 通信波特率設(shè)置系統(tǒng)傳輸 時(shí) 的 數(shù) 據(jù) 率 由 M D M C F G 3. D R A T E _M 和M D M C F G 4. D R A T E _E 配置寄 存 器 控 制 。 數(shù) 據(jù) 率 由 下 式 算得 , 控制的數(shù)據(jù)率由晶體頻率決定 。R D A T A =(_ D R A T E228f X O S C 下面的 方 法 能 用 來(lái) 找 到 對(duì) 應(yīng) 于 給 定 數(shù) 據(jù) 率 的 合 適 的值 :D R A T E _E =l o g 2R D

12、A T A 220f X O S CD R A T E _M=R D A T A 228f X O S C 2D R A T E _E -256若 D R A T E _M 靠近其最近的寄存器而且接近 256, 則 增加 D R A T E _E , 使 D R A T E _M 為 0。2. 2微控制器接口電路微控制器接口電 路 設(shè) 計(jì) 如 圖 3所 示 。 整 個(gè) 控 制 電 路 的核心即 M C U 選用的是 A t m e l 公司生產(chǎn)的低電壓 , 高性 能 C MO S 8位 單 片 機(jī) A T 89C 51, 它 片 內(nèi) 含 4K B 的 F l a s h 和 128字節(jié)的數(shù)據(jù)

13、R AM , 提 供 5個(gè) 中 斷 源 并 支 持 兩 級(jí) 中 斷嵌套 , 擁有一個(gè)全雙工串行通信口 , 器件采用高精度 、 非 易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn) , 兼容標(biāo)準(zhǔn) M C S 51指令系統(tǒng) 。 S s w n e t . c o m . c n 機(jī) P 1. 0與單 片 機(jī) 時(shí) 鐘 同 步 , 端 口 S O (G D O 1 、 G D O 0、 還 有 G D O 2為 無(wú) 線 R F 電 路 的 數(shù) 字 輸 出 口 , 端 口 S I 和 C S n 為無(wú)線 R F 電路的數(shù)字輸入口 。 微控制器除了為 R F 電路 提供控制以外 , 還預(yù)留 了 鍵 盤 輸 入 與 液 晶 顯 示 端

14、口 , 為 以 后的需求作鋪墊 。2. 3U S B 接口電路U S B 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) 。m10 433 960040050 433 960080015043396001500測(cè)試結(jié)果表明 :基 于 U S B 接 口 的 嵌 入 式 無(wú) 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

15、 10-5 、 穩(wěn) 定 (可 長(zhǎng) 時(shí) 間 抗 干 擾 通 信 、 高速 (最高傳輸 率 可 達(dá) 500k b p s 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(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò) 。 p m c L o w p r o f i l e Q u a d F l a t P a c k -a g e 48封裝 , 外 形 尺 寸 較 小 , 寄 生 參 數(shù) 減 小 , 工 作 于 擴(kuò) 展 級(jí) (-40+85 溫度范圍 。 1 OS D 顯示

16、原理與 B E S 7456芯片 B E S 7456的 內(nèi) 部 工 作 原 理 是 當(dāng) 視 頻 信 號(hào) 經(jīng) 過(guò) 鉗 位 電路 (c l a m p時(shí)進(jìn) 行 “ 直 流 重 建 ” , 由 同 步 分 離 電 路 (S Y N C 參考文獻(xiàn)1梁藝 , 周衛(wèi)星 , 陳 炳 銳 . 基 于 D M X 512協(xié) 議 的 燈 光 控 制 信 號(hào)無(wú)線傳輸設(shè)計(jì) J . 單片 機(jī) 與 嵌 入 式 系 統(tǒng) 應(yīng) 用 , 2009(7 :4648.2韋建超 , 陳向 東 , 陳 冠 , 等 . 基 于 C C 1101的 無(wú) 中 心 數(shù) 字 對(duì) 講機(jī)設(shè)計(jì) J . 電子設(shè)計(jì)工程 , 2009, 17(6 :13.3鄭凱 , 趙宏偉 , 張 孝 臨 . 基 于 Z i gB e e 心 電 監(jiān) 護(hù) 網(wǎng) 絡(luò) 的 定