無線USB接口鍵盤控制器的設計方案

摘 要：通用串行總線USB是一種嶄新的微機總線接口規范。本文介紹了一種基于USB接口的無線通訊鍵盤控制器的設計方案，包括硬件設計、設備驅動程序設計及應用軟件設計。

引言

在目前的多媒體演示環境中，缺少遠距離可操控計算機的設備。講授者只能站在講臺上來操作計算機，這樣限制了演講者與觀眾面對面的交流。

為有效地解決這個問題，本文設計了一種可遠距離操控計算機的無線通訊鍵盤控制器設備，通過把USB接口與無線發送、接收模塊整合，設計出一種智能化、簡便化的無線通訊鍵盤控制器。系統主要包括USB模塊、無線發送模塊和無線接收模塊。

1 總體方案

本設計方案以無線發送/接收器為基礎，用戶通過所設計的鍵盤控制器上的按鍵，觸動無線發射模塊，SC2262發送指令數據，位于主機端連接卡上的無線接收器SC2272接收到數據后。將數據傳給微控制器MC68HC05JB4,經過MC68HC05JB4芯片處理，數據最后通過USB總線傳人主機，由驅動程序發給相應的應用軟件。從而操控待操作的文檔。系統結構框圖如圖1所示。

圖1 系統結構框圖

2 硬件設計

(1)連接卡設計

此方案中，通過USB口與主機直接連接的是自行設計的連接卡。該卡上集成了兩個主要的芯片，形成了兩大功能模塊。核心是MOTOROLA的微控制器MC68HC05JB4,它分別與無線電接收器SC2272和主機通訊。

(2)MC68HC05SJB4芯片

MC68HC05JB4芯片是MOTOROLA 公司的MC68HC系列的8位微控制器。通過微控制器內含的USB模塊。可以很方便地實現USB總線上的數據通訊。MC68HCO5JB4提供了兩個端口分別與電纜的D+、D-相連;同時提供了一個3.3V的參考電壓，與D一相連。典型連接如圖2所示。D+和D一是一對差模的信號線。其中1.5K的電阻要求較高，阻值范圍必須是是1.5KΩ±5%.USB通過一個四線電纜來傳輸信號與電源：為了與電纜阻抗匹配，在電纜的每一端都使用了非平衡終端匹配電阻。該電阻保證了能夠檢測外設與端口的連接或分離。并且可以區分高速與低速設備。SCI接口電路使用MAX232芯片，它可將微控制器使用的+5V電壓轉換為+12V,連接無線電接收器SC2272.將收到的數據傳給微控制器。同時為了產生1.5M的USB總線速率。系統使用6MHz的晶振。

圖2 USB接口電路

(3)無線收發與編碼、解碼器設計

在信號的編碼/解碼方面，本設計方案采用SC2262/SC2272芯片作為編/解碼芯片。其連接原理如圖3、圖4所示。SC2262和SC2272芯片的第1至第8根引腳有三種狀態。即接電源正極、接地、浮空，利用這三種狀態可以有38種地址編碼方式。通過對這8根引腳采用相同的編碼方式來實現無線電遙控，而不發生干擾。

圖3無線電發送器SC2262.

圖4無線電接收器SC2272

在發射電路中。當按下SWO-SW3中的任一開關閉合時。SC2262的第17根引腳就發出對應于地址碼的編碼脈沖信號，該信號通過無線電發射電路發送出去，與SC2272相連的無線電接收器接收到該信號后，將其送入SC2272的第14根引腳。如果該信號的地址編碼與接收到信號的SC2272芯片的地址編碼相符。

則SC2272的第10-13根數據線就輸出與SW0一SW3相對應的控制信號。通過對Sw0一Sw3的交叉編碼可以組合出更多的按鍵開關。根據不同的需要，開關設計有較大的擴展性。

3 軟件設計

軟件設計主要包括MC68HC05JB4的主控程序、HID設備驅動程序及應用軟件設計等三個部分。

(1)MC68HC05JB4的主控模塊。

MC68HC05JB4的主控模塊設計主要完成兩個功、能：一是監視無線接收器SC2272的狀態。自動產生狀態信息和用戶命令信息;二是完成主機與連接卡之間的USB總線通訊，自動處理主機的控制和查詢命令。

對于功能二的實現，MC68HCO5JB4中的USB模塊提供了3個端點。其中端點0通過控制傳輸與主機通訊，端點1和端點2則使用中斷傳輸。把端點0看作是設備的控制和狀態寄存器，而端點1和端點2則是設備的兩個數據緩沖區。對應于3個端點。

68HCO5JB4提供了3個控制寄存器。2個中斷寄存器(端點1和端點2共用1個)，同時為端點0提供了8個數據發送/接收寄存器。為端點1和端點2提供了8個共用的數據發送寄存器。

其功能大致分為四個模塊：USB中斷服務例程：

命令處理器;獲取命令模塊;報告處理器。

USB中斷服務例程處理USB不同的通訊信息，發送端點0的SETUP、IN、0uT等控制信息給命令處理器及協助報告處理器發送待決的報告給中斷斷點1.當USB設備第一次連接到總線上，它被指定為一個特定的地址，然后主機發送命令要求來檢測設備特性并且選擇不同的設備參數。命令處理器模塊分析這些命令要求，按所要求的描述符和參數響應。USB鍵盤控制器被定位為人機接口設備(HID)。它不僅需要響應標準的USB協議要求，還要響應HID子協議的要求。同時為了完成信息的傳輸。設備還必須至少支持一種中斷端點。另外為了使數據能被BIOS正確解釋，USB鍵盤控制器必須按照報告定義的格式輸入。

報告處理器負責按規定格式轉換無線接收模塊接收的數據，并請求中斷服務例程通過中斷管道發送報告。無線接收模塊隨時準備接收無線發送模塊發來的數據，修改報告數據字節。待一個完整的數據包接收完成后，即通知報告處理器。