無線USB的設計與實現

USB（Universal Serial Bus通用串行總線）是一種快速、靈活的總線接口。與其它通信接口比較，USB接口的最大特點是易于使用，支持熱插拔，并且所有的配置過程都由系統自動完成，無需用戶干預。USB接口已成為現代微型計算機的標準配置。

短距離無線通信，具有抗干擾能力強、可靠性高、安全性好、受地理條件限制較少、安裝施工簡便靈活等特點，應用非常廣泛，如汽車遙控門鑰、無線抄表、飯店的無線點菜、遙控遙測、小區自動化等等。

結合上述兩種技術的優點，本文提出了一種無線USB的實現方案，可進行短距離數據的高速傳輸。以此為基礎，可快速開發出相關的短距離無線通信產品。

2 應用芯片

PDIUSBD12有三個端點：控制端點、通用端點和主端點，可配置成四種模式以滿足不同的需要。片上集成一個6～48 MHz的倍頻鎖相環（PLL），允許使用6 MHz的低頻晶振，從而使電磁干擾大大減小，給PCB布線帶來了極大方便。它所提供的GoodLink接口可接LED，根據通信的狀況間歇閃爍，指示USB的連接狀況。

PDIUSBD12所具有的低掛起功耗連同LazyClock輸出，可以滿足ACPI、OnNOW和USB 電源管理的要求。低的操作功耗可以應用于使用總線供電的外設。此外，它還集成了 SoftConnetTM、可編程時鐘輸出和終止寄存器集合等多種特性，不僅為系統節約了成本，而且使USB 功能在外設上的應用變得更加容易[2]。

nRF401是挪威Nordic公司最新推出的數傳頻段 433MHz單片無線收發一體芯片。采用FSK調制解調技術，最高數據傳輸率達20k bit/s，最大發射功率為+10dBm，接收靈敏度高達-105dBm，開闊地的使用距離最遠可達1000m。天線接口設計為差分天線，可以采用低成本的PCB天線。該芯片為低功耗設計且支持待機模式，接受狀態下的功耗為250mA，發射狀態下的功耗為8mA，等待狀態功耗僅為8mA。它的工作電壓范圍很寬，可以從2. 7～5V。它的外圍元件很少，只包括一個基準晶振和幾個無源器件，沒有調試部件，可以直接與單片機串口連接，給設計和生產帶來了極大的方便[3] 。

3 硬件設計

本文設計的無線USB方案的硬件結構如圖1所示。

微控制器MCU采用PHILIPS的P89C58UBP，具有32k EEPROM、256 Byte RAM和三個定時/計數器，最高時鐘可達33MHz。MCU的串口與 nRF401的RX、TX直接相連，TXEN（發送接收控制）、PWR_UP(芯片掛起)、CS（發射頻率選擇）分別由MCU的I/O腳控制。 PDIUSBD12接在MCU的數據總線上，中斷引腳/INT接在MCU的中斷輸入上。PDIUSBD12會對USB總線上的數據自動進行處理，將事件寫入自身的中斷寄存器，并拉低/INT通知MCU。MCU響應中斷，并讀取中斷寄存器的內容進行判斷處理。如果是要求數據發送，則將數據通過串口發往nRF401，由其發射出去。同樣nRF401接收到數據后觸發串口中斷， MCU響應中斷將數據送入USB總線。整套系統使用USB總線供電。

4 軟件設計

該系統的軟件設計包括P89C58UBP中的固件設計和微機端的通信軟件設計。其中，固件部分的流程圖如圖2所示。