基于USB接口的无线幻灯片遥控器

本文介绍了一种基于usb2.0的接口幻灯片演示遥控器,它具有无线遥控、智能演示的特点，可以在有效范围内全方位对计算机进行遥控操作，实现幻灯片的翻页、放大、重点突出等功能，使演讲者不致频繁操作计算机而打断思维。

本设计核心芯片采用adi公司的adf7020收发模块，使用频率为ism（工业、科学与医疗）868mhz频带，发送端控制芯片是atmel公司低功耗avr单片机attiny12l，接收端采用adi公司的adμc812，它有62kb flash程序空间，灵活的接口功能以及众多的io口线，负责收发芯片的控制、数据接收以及作为usb固件的载体。

本设计系统框图如图1所示。

1 幻灯片控制指令的产生及发送

attiny12l和adf7020是构成发射机的主要部分，其中，attiny12l是一款基于avr risc的低功耗coms 8位单片机，3v电压下工作电流为2.2ma，指令速度可达1mips（百万指令每秒），adf7020是一款低功耗、高集成的fsk/gfsk/ask/ook/gask收发组件，适用于433mhz，868mhz和915mhz的ism频段，发射-10dbm功率时耗电12ma，非常适合便携设备使用，用它们构造发射器只需少量外部元件，适合于低成本、小尺寸的设计。

本设计直接将数字基带信号调制到868mhz射频上，只需要一个本地振荡频率，简化了设计。

1.1 幻灯片指令的产生

由于每次传输的数据少，平时单片记得指令传送器均工作在省电模式，当操作者按下翻页键后，attiny12l产生pin change中断，触发单片机回到正常模式，并执行中断服务程序，产生要发送的指令和相应的数据帧，单片机接着设置指令传送器，指令传输器将数据帧发送出去。

数据帧格式见图2。

报头（preamble）是数字传输系统中的重要问题，接收机根据它进行信道估计、频率偏差纠正、agc（自动增益控制）设置等，fsk/ask/ook调制解调时，报头通常采用如10101010…的样式。

同步字（sync word）用来检测是否有数据输入，adf7020可以设置28bit同步序列，在接收模式下，如果检测到这个同步码，adf7020会产生外部中断，通知处理器准备接收数据。

id字段（id field）用于收、发单元的匹配，可以实现发射机对多个接收机的通信，或者多套接收机同时使用。

数据字段（data field）是幻灯片的控制指令，对应对幻灯片的不同操作。

1.2 天线的设计

天线是本设计的关键，采用印制天线，设天线保包围的面积为a，波长为a，频率为f，则天线效率η为：

η=fa3/2

为了获得最佳辐射性能，布线时天线包围的面积应尽可能大，越靠近天线环的边缘，场的密度越高，因此环的边缘应有一定的空间，形状应近似为正方形。

发送端与天线匹配时，adf7028输出功率最大，在射频输出端，分别接两个匹配电容到天线和地，取值可通过hfss仿真确定。

印制天线的设计图如图3所示。

已知接收机的灵敏度，仿真出天线的增益，结合试验可以确定发射机的遥控距离。

1.3 数据发送流程

当用户按下发送键后，控制芯片被激活，接着初始化发射芯片，向发射芯片传送数据，最后印制天线将射频信号辐射出去。

2 数据的接收

fsk信号的解调采用低if设计，使得所需外围元件很少，同时降低了电源回路引入的低频段的电磁干扰。

接收端主要包括adi公司的ad7020、adμc812和philips公司的pdiusbd12 usb接口控制芯片，实现fsk解调和通过usb接口与计算机通信，设置特殊寄存器可使adf7020工作在接收模式而不需额外的rx/tx（接收/发射）开关，接收灵敏度、解调线性度和功耗都是可编程的，天线接收到的差分信号输入lna（低噪声放大器），再经过下变频得到i、q两路中频信号，中心频率位于中频两侧的两个相关解调器对中频信号解调，即得到数字基带信号，最后，过采样数字pll（锁相环）恢复数据时钟，用来同步数据，其数据主要接收过程如图4所示。

3 usb接口芯片固件的设计及与office软件的通信

所采用的pdiusbd12接口芯片不含有mcu，所以必须使用单独的单片机来控制，由于数据的传输量较小且需要实时处理，所以采用usb数据传送模式中的中断传输模式。

3.1 固件编写

使用keil c51 μvision2来开发单片机的固件程序，主要任务是中断服务程序的编写，对usb协议进行处理、完成对各种令牌包的响应，特别是setup包的处理，usb协议的处理又分成两个方面：一是控制端点（端点0）的配置过程，二是其他端点的数据通信过程。

3.2 固件的结构

固件程序由如下几个模块组成：主循环mainloop.c，中断服务程序isr.c，标准设备请求stand_req.c，d12命令接口d12ci.c，硬件提取层epphal.c，图5显示了固件模块组成与主要工作过程。

各部分的基本功能如下：

a）主循环mainloop.c：初始化单片机cpu和pdiusbd12芯片，检查事件标志，并进入对应的子程序进行进一步的处理。

b）中断服务程序isb.c，（interrupt service routine）：这部分代码主要处理有d12芯片产生的中断，从d12内部取数据到cpu的ram中，并建立事件标志，以通知主程序处理。

c）标准设备请求stand_req.c：处理标准的usb器件请求。

d）d12命令接口d12ci.c：定义了访问d12功能的命令的接口。

e）硬件提取层epphal.c：固件中最低底层的代码，执行对d12和硬件i/o的相关访问。

4 结束语

随着投影仪市场的发展和多媒体会议工具的普及，人们对便携式计算机控制器的需求也逐步增长，本设计实现了幻灯片的基本控制功能，具有低功耗、数据传输稳定、遥控距离远等特点，还有很大的功能扩展空间，具有很大的市场潜力。