万方数据Bus⋯基于nRF24LUl的无线USB数据传输系统的设计谢昌斌，王代华，张志杰l无线USB模块结构和原理一一USB)是目前计算机与外设之间最流行，最2系统硬件设计nR砣4Lul芯片结构及特点核电子学与探测技术通用串行总线(Universal方便的通信接口标准。它除了具有较高的传输速率(USBl．1支持低速1．5Mbps和全速12Mbps两种传输速度，USB2．0还支持高速480Mbps)外，还有易于扩展以及支持即插即用和热插拔的特性，被广泛用于数据采集系统和各种计算机外设中。但是基于USB接口的数据通信依然是一种有线的接入方式。随着短距离无线通信技术的发展以及无线通信技术在可靠性和可操作性方面的优势，在数据采集系统中以无线接入代替有线接人已成为了一种趋势。本文提出了一种基于nRF24LUl芯片的无线USB短距离无线通信的解决方案。无线USB模块结构如图l所示，它由USB接口、USB控制器、MCU、射频模块、射频匹配电路及天线六个部分组成。其中，USB控制器负责把MCU发来的数据进行USB协议封装和USB数据进行控制，以及将USB数据解析后转发到MCU；MCU负责对射频芯片和USB控制器的控制，实现模块总功能；射频模块和射频匹配电路主要负责无线数据的发送和接收。无线USB的实现一般有三种实现方案，一是三芯片实现，即单片机、USB控制器和射频芯片；二是两芯片实现，即用已集成了USB控制器的单片机和射频芯片或者是已集成了USB控制器的射频芯片和单片机实现；三是单芯片实现，即USB控制、单片机和射频芯片都集成到一个芯片中。本文的BRF24LUl芯片就是单芯片实现USB的无线通信，它具有成本低、体积小的优势。nRF24LUl是NORDIC公司推出的一款将高性能的射频收发器和USB控制器以及8051单片机的功能高度集成到一起的无线收发芯第31卷第1期(中北大学动态测试与智能仪器教育部重点实验室，山西太原030051)摘要：提出了NORDIC公司新推出来的无线射频芯片nRF24LUI的无线USB模块的设计和实现方案，从nRF24LUl芯片的内部结构入手，介绍了该芯片无线USB系统的工作原理，给出无线收发机的具体硬件电路图和流程图，重点阐述了nRF24LUl无线USB模块的设计。关键词：nRF24LUl；无线USB；近距离无线传输中图分类号：TN文献标识码：A文章编号：0258．．0934(2011)01-0079-04收稿日期：2010—01—04作者简介：谢昌斌(1983一)，男，江西赣州人，中北大学通信与信息系统专业硕士研究生，主要研究方向为无线数据传输技术。图1无线USB结构图2011年1月NuclearElectronics&DetectionTechnologyJan．Serial2。179V01．31No．1201192万方数据3系统软件设计片。nRF24LUI内含一个增强型的8051MCU内核，采用MCS51指令设计，但大大减少了指令周期，达到传统8051的12倍；16k字节的k的SRAM；接口包括通用IO口、主从SPI口，UART和USB口，其中USB控制器是全速的USB2．0控制器；2．4GHz的射频传输模块，传输速度可以为lMHz或2MHz，对于其作为无线USB应用有很好的传输速度保证，同时其包括自动回复和重传功能。nRF24LUl集成电压转换模块，直接由USB总线供电，不需要再加电压转换芯片，节约成本和减少了版面空间。无线USB模块主要由以下几部分组成：匹配电路、USB接1：3电路和时钟输入接口电路。其硬件电路图如图3。nRF24LUl的USB固件程序USB的软件开发包括PC端的USB设备驱动端和界面应用程序以及USB芯片端的芯片固件程序开发。USB固件程序就是运行在USB芯片内部的程序代码，它负责USB协议的处理和USB设备和主机的数据传输。nRF24LUl的USB模块由两个SFR寄存器和SDATA寄存器组来控制，USB固件程序由两部分组成：USB模块初始化和USB中断服务程序。(1)USB模块的初始化程序先关闭USB中断，调用端点初始化函数USB—endpoint—init(void)设置传输方式、结构、状态信息和中断。调用USB服务函数USB—service(void)为中断服务程序中调用做准备；打开USB中断，调用函数USB—device—connect(viod)，实现全速USB设备的配置，这样就可以响应主机的枚举过程了。(2)USB模块的中断服务程序USB控制器提供两个中断信号给nRF24LUl，分别为唤醒中断请求USBWU和USB中断请求USBIRQ信号。USB中断请求下又有许多中断，包括：12个块端点中断、帧开始中断、挂起中断、USB复位中断、建立令牌中断、建立数据有效中断。激活的