基于USB接口的嵌入式无线传输系统设计
整个系统采用的是上电复位，与基于USB接口即插即用的特性非常吻合。图中D1和D2两个LED为整个模块的通信指示灯，分别接单片机的P1．6和P1．7，工作状态由编程控制；J1为微控制器与无线RF电路的接口，其中SCLK为RF芯片CC1101的时钟输入信号，接单片机P1．0与单片机时钟同步，端口SO(GDO1)、GDO0、还有GDO2为无线RF电路的数字输出口，端口SI和CSn为无线RF电路的数字输入口。微控制器除了为RF电路提供控制以外，还预留了键盘输入与液晶显示端口，为以后的需求作铺垫。
2．3 USB接口电路
USB接口电路(如图4所示)完成了系统和计算机或设备端的物理连接，提供总线的硬件收发接口，实现电气和底层的逻辑功能，完成上层协议处理、数据收发控制以及电压调节。本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/202444.htm
图中的USB芯片采用的是美国Silicon公司生产的高集成度USB转UART专用芯片CP2101，它集成度高，内置USB2．0全速功能控制器、USB收发器、晶体振荡器、EEPROM(EEPROM可以通过USB在应用板上进行编程这使得在产品制造和调试过程中就可以实现对它进行编程)及异步串行数据总线(UART)，内带电压调节器(3．3V输出)，支持调制解调器全功能信号，无需任何外部的USB器件，功能强大且占用空间非常小。
利用CP2101设计的工作电路有很大的优越性，它只需使用USB接口就可以完成提供TTL电源、串行口通信、IAP编程及复位信号控制，减少了计算机与外设之间的接口。使用CYGNAL免费提供的器件驱动程序CP2101可以很容易地将PC的USB口虚拟成COM口。虚拟COM口的器件驱动程序允许一个基于CP2101的器件以PC应用软件的形式，作为一个增加的COM口独立于任何现有的硬件。COM口使用运行在PC上的应用软件，以访问一个标准硬件COM口的方式访问基于CP2101的器件。因此，无需修改现有的软件和硬件就可以通过USB向基于CP-2101的器件传输数据，大量省去了CP2101系列器件二次开发的投入。
3 软件设计
由于RF芯片CC1101优秀的接收器选择性和模块化性能，整个系统的通信协议可以人为编程设定。在无线传输系统之间的通信中大多采用主从式结构，主机和从机之间的通信都是采用查询中断方式进行，它的通信信道是半双工的，最适合点对点、点对多点的通信方式。
点对多点多机通信的多机通信方式首先需要设一个主机，其余为从机，所有主从机都编一个唯一的地址。通信的协调完全由主机控制，主机采用带地址码的数据帧发送数据或命令，从站全部都接收，并将接收到的地址码与本地地址码比较，不同则将数据全部丢掉，不作任何响应。地址码相同，则证明数据是给本地的，从站根据传过来的数据或命令进行不同的响应，将响应的数据发送回去。这些工作都需要采用上层通信协议来完成，并可保证在任何一个瞬间，通信网中只有一对电台处于通信状态，以免相互干扰。
4 系统测试及结论
基于USB接口的嵌入式无线传输系统的整个电路设计集于一块PCB板上，由于采用了极低功率和具有同类芯片中性能极佳的UHF无线收发器CC1101，结合高度集成的USB收发器CP2101，使整个系统模块几乎不需要外部器件，体积小，传输距离远。为了避免高频收发信号会对MCU产生干扰，所以无线RF电路必须外加金属罩屏蔽。系统设计在利用LNA(低噪声放大器)和可编程PA(功率放大器)模块在不同环境和通信参数下做了大量测试。表1是在下列条件下的测试结果：天线输入阻抗50Ω，增益2．5 dB；GFSK调制方式；在开阔地环境下通信。
测试结果表明：基于USB接口的嵌入式无线传输系统能够实现在中短距离内准确(在信道误码率为10-3时，可得到实际误码率低于10-5)、稳定(可长时间抗干扰通信)、高速(最高传输率可达500 kbps)的数据传输。它的电路设计简单实用，成本低，功耗低，能提供256个通信信道，且各项通信指标良好，具有非常好的实用性。此设计模块已成功应用于无线传感器网络。
评论