基于nRF24L01的无线USB控制系统

2．2 USB控制芯片PDIUSBDl2原理图

PDIUSBD12是一款性价高的USB控制芯片，它与MCU配合使用，这使得设计者可以灵活地选择MCU，它与MCU之间通过并行接口通信，还支持本地DMA传输。图5是PDIUSBD12与STC89C58RD+单片机连接的原理图。

上图未画出STC89C58RD+单片机，只给出了网点名称，如P00-P07、P27、ALE、INTl、WR、RD，STC89C58RD+与标准的80C51(如AT89S51)引脚完全兼容，PDIUSBD12与MCU的连接有2种方式：总线方式和分开的地址数据方式。采用总线方式时引脚10的ALE连接MCU的ALE，引脚28的A0接到高电平；采用分开的地址数据方式，则ALE连接低电平，A0连接任意的IO口，数据或地址(命令)由A0来区分。图5采用总线方式。另外该无线USB控制器直接使用USB接口供电，省去了电源，降低了成本。

3 系统的软件部分

3．1 USB的固件与PC端应用软件设计

当USB设备连接到主机后，主机要先进行一系列的枚举过程，枚举就是从USB设备读取一些信息，知道设备是什么样的设备，如何进行通信，这样主机就可以根据这些信息来加载合适的驱动程序。枚举过程使用控制传输，对于USB设备来说，固件所要处理的是必须对主机发来的标准设备请求进行相应的正确的响应，除此之外依据USB设备的类型还要响应主机发来的USB设备类请求。另外如果开发属于生产商自定义的USB设备类，则需要开发驱动程序。为了减少开发驱动程序的复杂性，可根据实际情况使用USB标准设备类，现有的设备类有以下几种：音频设备类、通信设备类、HID设备类、显示设备类、海量存储设备类、电源设备类、打印设备类、集线器设备类等，例如可选择做成assStorage类(海量存储设备类)或HID(人机接口)设备类，这样无需开发驱动程序，直接利用操作系统自带的驱动程序。本系统模拟成一个海量存储设备类，这样在枚举过程中固件除了要响应了标准的USB设备请求外，还需要响应2个类特殊请求：GetMaxLun和BulkOnlyMassStorageReset，正确枚举之后PC机通过发送SCSI命令来控制U盘设备，对于海量存储设备类要响应以下几个命令：INQUIRY、READCAPACITY、READ(10)、WRITE(10)、REQUEST SENSE、TEST UNIT READY等，除此外要自定义私有的SCSI命令，以实现控制无线USB设备。另外还要构造一个FAT文件系统的格式，要正确返回DBR和FAT文件分配表以及文件数据。

PC端应用程序的开发采用VC++6．O平台，本设备模拟成MassStorage设备，那么PC与设备通信通过SCSI命令，使用时候除了标准的SCSI命令外，可以自己定义私有的SCSI命令，程序主要通过自定义的私有的SCSI命令来实现与无线USB控制器的数据通信，应用程序首先用Create-File()打开设备，之后主要调用DeviceIoControl()函数来实现数据通信，最后用CloseFile()关闭设备。该函数的使用可参考MSDN。

以上部分的软件是整个系统开发的难点，所涉及的知识点范围广，图6是实际开发成功的模拟成MassStorageDevice类的无线USB控制器。

3．2 nRF24L01的固件设计

nRF24L01与MCU之间通过SPI接口通信，本系统所采用的单片机STC89C58RD+无SPI接口，故通过IO口模拟，nRF24L01采用ShockBurstTM进行可靠的发送和接收。采用AutoAck、自动重发的配置过程如下：

发送过程配置：

1)配置发射功率、数据速率、载波频率、CRC校验位数、发送的地址宽度和数据宽度、AutoAck、自动重发次数等。

2)配置：PRIM_RX位为0。

3)配置要通信的的终端节点地址TX_ADDR和要发送的数据到TX_PLD，配置发送端RX_ADDR的值与TX_ADDR的值一样。

4)CE从低到高跳变芯片开始发送数据，CE至少需要10μs。

5)读取STATUS寄存器，判断发射成功与否。

接受过程配置：

1)配置发射功率、数据速率、载波频率、CRC校验、接收的地址宽度和数据宽度等等，其中数据速率、载波频率、CRC校验位数、接收的地址宽度和数据宽度必须和发送端一致。
    2)PRIM_RX位配置为1，配置EN_RXADDR寄存器使能所有数据管道。

3)CE从低电平跳变为高电平，130μs后nRF24L01开始监视空中的无线信号。

4)当IRQ中断时，中断服务程序里面读取STATUS寄存器，判断是否接收到有效的数据。

5)收到有效数据则设置CE为低电平，nRF24L01进入standby-I模式。MCU读取接收到的数据。

图7和图8是无线USB控制系统应用于控制多终端频率发生器系统的实际软件和硬件。

4 结束语

整个系统通过实际验证满足了设计要求，USB工作稳定，速度快，RF24L01无线模块通信正常、距离远、误码率低、稳定性高。本系统可应用于大部分需要PC进行无线控制或无线数据采集的场合，只需要扩展终端节点的应用电路，即可以满足不同的应用需求。系统具有可靠性好、性价比高、扩展性强和使用方便。