無(wú)線(xiàn)USB接口鍵盤(pán)控制器的設計方案

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

引言

在目前的多媒體演示環(huán)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(lái)操作計算機，這樣限制了演講者與觀(guān)眾面對面的交流。

為有效地解決這個(gè)問(wèn)題，本文設計了一種可遠距離操控計算機的無(wú)線(xiàn)通訊鍵盤(pán)控制器設備，通過(guò)把USB接口與無(wú)線(xiàn)發(fā)送、接收模塊整合，設計出一種智能化、簡(jiǎn)便化的無(wú)線(xiàn)通訊鍵盤(pán)控制器。系統主要包括USB模塊、無(wú)線(xiàn)發(fā)送模塊和無(wú)線(xiàn)接收模塊。

1 總體方案

本設計方案以無(wú)線(xiàn)發(fā)送/接收器為基礎，用戶(hù)通過(guò)所設計的鍵盤(pán)控制器上的按鍵，觸動(dòng)無(wú)線(xiàn)發(fā)射模塊，SC2262發(fā)送指令數據，位于主機端連接卡上的無(wú)線(xiàn)接收器SC2272接收到數據后。將數據傳給微控制器MC68HC05JB4,經(jīng)過(guò)MC68HC05JB4芯片處理，數據最后通過(guò)USB總線(xiàn)傳人主機，由驅動(dòng)程序發(fā)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(guò)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(gè)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(wú)線(xiàn)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(guò)微控制器內含的USB模塊?？梢院芊奖愕貙?shí)現USB總線(xiàn)上的數據通訊。MC68HCO5JB4提供了兩個(gè)端口分別與電纜的D+、D-相連;同時(shí)提供了一個(gè)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(xiàn)。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(guò)一個(gè)四線(xiàn)電纜來(lái)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(wú)線(xiàn)電接收器SC2272.將收到的數據傳給微控制器。同時(shí)為了產(chǎn)生1.5M的USB總線(xiàn)速率。系統使用6MHz的晶振。

圖2 USB接口電路

(3)無(wú)線(xiàn)收發(fā)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(tài)。即接電源正極、接地、浮空，利用這三種狀態(tài)可以有38種地址編碼方式。通過(guò)對這8根引腳采用相同的編碼方式來(lái)實(shí)現無(wú)線(xiàn)電遙控，而不發(fā)生干擾。

圖3無(wú)線(xiàn)電發(fā)送器SC2262.

圖4無(wú)線(xiàn)電接收器SC2272

在發(fā)射電路中。當按下SWO-SW3中的任一開(kāi)關(guān)閉合時(shí)。SC2262的第17根引腳就發(fā)出對應于地址碼的編碼脈沖信號，該信號通過(guò)無(wú)線(xiàn)電發(fā)射電路發(fā)送出去，與SC2272相連的無(wú)線(xiàn)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(xiàn)就輸出與SW0一SW3相對應的控制信號。通過(guò)對Sw0一Sw3的交叉編碼可以組合出更多的按鍵開(kāi)關(guān)。根據不同的需要，開(kāi)關(guān)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(dòng)程序及應用軟件設計等三個(gè)部分。

(1)MC68HC05JB4的主控模塊。

MC68HC05JB4的主控模塊設計主要完成兩個(gè)功、能：一是監視無(wú)線(xiàn)接收器SC2272的狀態(tài)。自動(dòng)產(chǎn)生狀態(tài)信息和用戶(hù)命令信息;二是完成主機與連接卡之間的USB總線(xiàn)通訊，自動(dòng)處理主機的控制和查詢(xún)命令。

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

68HCO5JB4提供了3個(gè)控制寄存器。2個(gè)中斷寄存器(端點(diǎn)1和端點(diǎn)2共用1個(gè))，同時(shí)為端點(diǎn)0提供了8個(gè)數據發(fā)送/接收寄存器。為端點(diǎn)1和端點(diǎn)2提供了8個(gè)共用的數據發(fā)送寄存器。

其功能大致分為四個(gè)模塊：USB中斷服務(wù)例程：

命令處理器;獲取命令模塊;報告處理器。

USB中斷服務(wù)例程處理USB不同的通訊信息，發(fā)送端點(diǎn)0的SETUP、IN、0uT等控制信息給命令處理器及協(xié)助報告處理器發(fā)送待決的報告給中斷斷點(diǎn)1.當USB設備第一次連接到總線(xiàn)上，它被指定為一個(gè)特定的地址，然后主機發(fā)送命令要求來(lái)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(pán)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(xié)議要求，還要響應HID子協(xié)議的要求。同時(shí)為了完成信息的傳輸。設備還必須至少支持一種中斷端點(diǎn)。另外為了使數據能被BIOS正確解釋?zhuān)琔SB鍵盤(pán)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(wú)線(xiàn)接收模塊接收的數據，并請求中斷服務(wù)例程通過(guò)中斷管道發(fā)送報告。無(wú)線(xiàn)接收模塊隨時(shí)準備接收無(wú)線(xiàn)發(fā)送模塊發(fā)來(lái)的數據，修改報告數據字節。待一個(gè)完整的數據包接收完成后，即通知報告處理器。