基于USB接口的無線幻燈片遙控器

本文介紹了一種基于usb2.0的接口幻燈片演示遙控器,它具有無線遙控、智能演示的特點，可以在有效范圍內全方位對計算機進行遙控操作，實現幻燈片的翻頁、放大、重點突出等功能，使演講者不致頻繁操作計算機而打斷思維。

本設計核心芯片采用adi公司的adf7020收發模塊，使用頻率為ism（工業、科學與醫療）868mhz頻帶，發送端控制芯片是atmel公司低功耗avr單片機attiny12l，接收端采用adi公司的adμc812，它有62kb flash程序空間，靈活的接口功能以及眾多的io口線，負責收發芯片的控制、數據接收以及作為usb固件的載體。

本設計系統框圖如圖1所示。

1 幻燈片控制指令的產生及發送

attiny12l和adf7020是構成發射機的主要部分，其中，attiny12l是一款基于avr risc的低功耗coms 8位單片機，3v電壓下工作電流為2.2ma，指令速度可達1mips（百萬指令每秒），adf7020是一款低功耗、高集成的fsk/gfsk/ask/ook/gask收發組件，適用于433mhz，868mhz和915mhz的ism頻段，發射-10dbm功率時耗電12ma，非常適合便攜設備使用，用它們構造發射器只需少量外部元件，適合于低成本、小尺寸的設計。

本設計直接將數字基帶信號調制到868mhz射頻上，只需要一個本地振蕩頻率，簡化了設計。

1.1 幻燈片指令的產生

由于每次傳輸的數據少，平時單片記得指令傳送器均工作在省電模式，當操作者按下翻頁鍵后，attiny12l產生pin change中斷，觸發單片機回到正常模式，并執行中斷服務程序，產生要發送的指令和相應的數據幀，單片機接著設置指令傳送器，指令傳輸器將數據幀發送出去。

數據幀格式見圖2。

報頭（preamble）是數字傳輸系統中的重要問題，接收機根據它進行信道估計、頻率偏差糾正、agc（自動增益控制）設置等，fsk/ask/ook調制解調時，報頭通常采用如10101010…的樣式。

同步字（sync word）用來檢測是否有數據輸入，adf7020可以設置28bit同步序列，在接收模式下，如果檢測到這個同步碼，adf7020會產生外部中斷，通知處理器準備接收數據。

id字段（id field）用于收、發單元的匹配，可以實現發射機對多個接收機的通信，或者多套接收機同時使用。

數據字段（data field）是幻燈片的控制指令，對應對幻燈片的不同操作。

1.2 天線的設計

天線是本設計的關鍵，采用印制天線，設天線保包圍的面積為a，波長為a，頻率為f，則天線效率η為：

η=fa3/2

為了獲得最佳輻射性能，布線時天線包圍的面積應盡可能大，越靠近天線環的邊緣，場的密度越高，因此環的邊緣應有一定的空間，形狀應近似為正方形。

發送端與天線匹配時，adf7028輸出功率最大，在射頻輸出端，分別接兩個匹配電容到天線和地，取值可通過hfss仿真確定。

印制天線的設計圖如圖3所示。

已知接收機的靈敏度，仿真出天線的增益，結合試驗可以確定發射機的遙控距離。

1.3 數據發送流程

當用戶按下發送鍵后，控制芯片被激活，接著初始化發射芯片，向發射芯片傳送數據，最后印制天線將射頻信號輻射出去。

2 數據的接收

fsk信號的解調采用低if設計，使得所需外圍元件很少，同時降低了電源回路引入的低頻段的電磁干擾。

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，實現fsk解調和通過usb接口與計算機通信，設置特殊寄存器可使adf7020工作在接收模式而不需額外的rx/tx（接收/發射）開關，接收靈敏度、解調線性度和功耗都是可編程的，天線接收到的差分信號輸入lna（低噪聲放大器），再經過下變頻得到i、q兩路中頻信號，中心頻率位于中頻兩側的兩個相關解調器對中頻信號解調，即得到數字基帶信號，最后，過采樣數字pll（鎖相環）恢復數據時鐘，用來同步數據，其數據主要接收過程如圖4所示。

3 usb接口芯片固件的設計及與office軟件的通信

所采用的pdiusbd12接口芯片不含有mcu，所以必須使用單獨的單片機來控制，由于數據的傳輸量較小且需要實時處理，所以采用usb數據傳送模式中的中斷傳輸模式。

3.1 固件編寫

使用keil c51 μvision2來開發單片機的固件程序，主要任務是中斷服務程序的編寫，對usb協議進行處理、完成對各種令牌包的響應，特別是setup包的處理，usb協議的處理又分成兩個方面：一是控制端點（端點0）的配置過程，二是其他端點的數據通信過程。

3.2 固件的結構

固件程序由如下幾個模塊組成：主循環mainloop.c，中斷服務程序isr.c，標準設備請求stand_req.c，d12命令接口d12ci.c，硬件提取層epphal.c，圖5顯示了固件模塊組成與主要工作過程。

各部分的基本功能如下：

a）主循環mainloop.c：初始化單片機cpu和pdiusbd12芯片，檢查事件標志，并進入對應的子程序進行進一步的處理。

b）中斷服務程序isb.c，（interrupt service routine）：這部分代碼主要處理有d12芯片產生的中斷，從d12內部取數據到cpu的ram中，并建立事件標志，以通知主程序處理。

c）標準設備請求stand_req.c：處理標準的usb器件請求。

d）d12命令接口d12ci.c：定義了訪問d12功能的命令的接口。

e）硬件提取層epphal.c：固件中最低底層的代碼，執行對d12和硬件i/o的相關訪問。

4 結束語

隨著投影儀市場的發展和多媒體會議工具的普及，人們對便攜式計算機控制器的需求也逐步增長，本設計實現了幻燈片的基本控制功能，具有低功耗、數據傳輸穩定、遙控距離遠等特點，還有很大的功能擴展空間，具有很大的市場潛力。