如何設計基于USB接口的嵌入式無(wú)線(xiàn)傳輸系統？

圖中的USB芯片采用的是美國Silicon公司生產(chǎn)的高集成度USB轉UART專(zhuān)用芯片CP2101，它集成度高，內 置USB2.0全速功能控制器、USB收發(fā)器、晶體振蕩器、EEPROM(EEPROM可以通過(guò)USB在應用板上進(jìn)行編程這使 得在產(chǎn)品制造和調試過(guò)程中就可以實(shí)現對它進(jìn)行編程)及異步串行數據總線(xiàn)(UART)，內帶電壓調節器(3.3V 輸出)，支持調制解調器全功能信號，無(wú)需任何外部的USB器件，功能強大且占用空間非常小。

利用CP2101設計的工作電路有很大的優(yōu)越性，它只需使用USB接口就可以完成提供TTL電源、串行口通 信、IAP編程及復位信號控制，減少了計算機與外設之間的接口。使用CYGNAL免費提供的器件驅動(dòng)程序 CP2101可以很容易地將PC的USB口虛擬成COM口。虛擬COM口的器件驅動(dòng)程序允許一個(gè)基于CP2101的器件以PC 應用軟件的形式，作為一個(gè)增加的COM口獨立于任何現有的硬件。COM口使用運行在PC上的應用軟件，以訪(fǎng) 問(wèn)一個(gè)標準硬件COM口的方式訪(fǎng)問(wèn)基于CP2101的器件。因此，無(wú)需修改現有的軟件和硬件就可以通過(guò)USB向 基于CP-2101的器件傳輸數據，大量省去了CP2101系列器件二次開(kāi)發(fā)的投入。

3 軟件設計

由于RF芯片CC1101優(yōu)秀的接收器選擇性和模塊化性能，整個(gè)系統的通信協(xié)議可以人為編程設定。在無(wú) 線(xiàn)傳輸系統之間的通信中大多采用主從式結構，主機和從機之間的通信都是采用查詢(xún)中斷方式進(jìn)行，它的 通信信道是半雙工的，最適合點(diǎn)對點(diǎn)、點(diǎn)對多點(diǎn)的通信方式。

點(diǎn)對多點(diǎn)多機通信的多機通信方式首先需要設一個(gè)主機，其余為從機，所有主從機都編一個(gè)唯一的地 址。通信的協(xié)調完全由主機控制，主機采用帶地址碼的數據幀發(fā)送數據或命令，從站全部都接收，并將接 收到的地址碼與本地地址碼比較，不同則將數據全部丟掉，不作任何響應。地址碼相同，則證明數據是給 本地的，從站根據傳過(guò)來(lái)的數據或命令進(jìn)行不同的響應，將響應的數據發(fā)送回去。這些工作都需要采用上

層通信協(xié)議來(lái)完成，并可保證在任何一個(gè)瞬間，通信網(wǎng)中只有一對電臺處于通信狀態(tài)，以免相互干擾。

4 系統測試及結論

基于USB接口的嵌入式無(wú)線(xiàn)傳輸系統的整個(gè)電路設計集于一塊PCB板上，由于采用了極低功率和具有同 類(lèi)芯片中性能極佳的UHF無(wú)線(xiàn)收發(fā)器CC1101，結合高度集成的USB收發(fā)器CP2101，使整個(gè)系統模塊幾乎不需 要外部器件，體積小，傳輸距離遠。為了避免高頻收發(fā)信號會(huì )對MCU產(chǎn)生干擾，所以無(wú)線(xiàn)RF電路必須外加金 屬罩屏蔽。系統設計在利用LNA(低噪聲放大器)和可編程PA(功率放大器)模塊在不同環(huán)境和通信參數下做了 大量測試。表1是在下列條件下的測試結果：天線(xiàn)輸入阻抗50?，增益2.5 dB;GFSK調制方式;在開(kāi)闊地環(huán)境 下通信。

測試結果表明：基于USB接口的嵌入式無(wú)線(xiàn)傳輸系統能夠實(shí)現在中短距離內準確(在信道誤碼率為10-3 時(shí)，可得到實(shí)際誤碼率低于10-5)、穩定(可長(cháng)時(shí)間抗干擾通信)、高速(最高傳輸率可達500 kbps)的數據傳 輸。它的電路設計簡(jiǎn)單實(shí)用，成本低，功耗低，能提供256個(gè)通信信道，且各項通信指標良好，具有非常好 的實(shí)用性。此設計模塊已成功應用于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )。