基于USB2.0的红外数据传输系统的设计和实现

本文摘要：1章节 随着测试技术和无线通信技术的发展和应用于，测试仪器向微型化、低功耗发展，红外数据传输成本便宜，非常简单易懂，在很多小型设备中获得广泛应用。为防止模块插拔导致仪器损毁，构建测试仪器与PC机间的无线数据传输，增加不必要的线缆相连，这里设计一种基于USB2．0的红外数据传输系统，该系统具备低功耗、掌控非常简单、实行便利，传输可靠性高等特点。 2系统硬件设计 2．1主要器件选型 Cypress公司的CY7C68013器件包括USB2．0的构建微控制器。

1章节　　随着测试技术和无线通信技术的发展和应用于，测试仪器向微型化、低功耗发展，红外数据传输成本便宜，非常简单易懂，在很多小型设备中获得广泛应用。为防止模块插拔导致仪器损毁，构建测试仪器与PC机间的无线数据传输，增加不必要的线缆相连，这里设计一种基于USB2．0的红外数据传输系统，该系统具备低功耗、掌控非常简单、实行便利，传输可靠性高等特点。　　2系统硬件设计　　2．1主要器件选型　　Cypress公司的CY7C68013器件包括USB2．0的构建微控制器。它内部构建有1个增强型的8051、1个智能USB串行接口引擎、1个USB数据收发器、2个UART、3个8位I／O口、16位地址线、8．5KBRAM和4KBFIFO等。

增强型的8051内核几乎与标准8051相容、而性能可超过标准8051的3倍以上。每条指令占到4个时钟周期，在48MHz晶振下工作时，单指令周期为83．3ns，继续执行速度远快于标准的8051单片机。EZ-USBFX2反对3种模块模式，即GPIF控制器模式、支配FIFO模式和端口模式。

GPIF控制器模式和支配FIFO模式与外围设备是8位或16位数据并行传输，根据本系统必须，自由选择串行通信的端口模式。由于USB传输的数据是基带二进制信号，而红外收发器传输的数据是3／16一回合码，因此搭配编解码器HSDL-7001构建CY7C68013器件与红外收发器之间的数据切换。为了构建系统的小体积，搭配TFBS4652型红外收发器，该收发器是大于的红外收发器之一(6．8mmX2．8mmX1．6mm)，质量仅有为0．05g。仅次于传输速率约115．2Kbit／s(SIR)，发光二极管的工作电压范围为2．4～3．6V，温度为-25～85℃。

此外，该收发器还具备发送到接管的使能掌控末端，当系统不工作时，可将此端口改置较低，这样收发器就正处于重开状态，减少系统消耗。　　2．2系统设计构成　　本传输系统主要由USB2．0模块电路(还包括模块器件CY7C68013、电源切换、串行E2PROM)、红外编码解法电路和红外收发器3部分构成。

当需将外围设备中存储的数据加载到PC机时，PC机向USB2．0模块器件CY7C68013发送到读取数据的催促命令，CY7C68013接管到催促命令后，把与外围设备通信的校验码通过串行通信接口发送至红外编解码HSDL-7001，然后将模块器件发送到出有的串行二进制数据编码成3／16一回合字节的脉冲，3／16一回合码数据通过串行数据线传输至红外收发器，此时模块器件打开红外发送电器的发送使能末端，红外收发器以红外光信号的形式升空3／16一回合码脉冲数据，已完成命令的发送到；当外围设备相连的红外收发器接管到发送到的3／16一回合码数据命令后，将其送来至外围设备，外围设备接到命令后号召发送数据，即已完成一次从PC机到外围设备的数据通信。其明确构建原理如图1右图。　　2．3红外编解码电路　　图2为红外编解码电路，主要中用红外编解码器HSDL-7001，该器件遵循IrDA1．0通信协议物理层规范，模块与SIR收发器互为相容，可与标准的16550UART相连，具备内部或外部2种时钟模式，工作电压范围为2．7～5．5V，可发送到／接管1．63mu;s或3／16脉冲数据形式。其中16XCLK为16倍波特率的时钟输出末端，只在外部晶振时用于。

　　OSCOUT、OSCIN为晶振模块，低电平时自由选择内部时钟。TXD插槽接管CY7C68013单片机串行端口发送到的数据，经编码调制后，以脉冲的方式传输到IR_TXD端口。

红外光脉冲数据改变来的电平脉冲信号，经IR_RX端口转入HSDL-7001，经内部调制后，通过RX插槽将数据发送到CY7C68013单片机的串行端口。插槽A0、A1、A2用作转变HSDL-7001的波特率自由选择，以给定外同设备与PC机之间数据的传输。　　本系统搭配外部晶体振荡器，搭配频率为1．8432MHz有源晶振，在数据编码过程，HSDL-7001接管TXD传输的串行数据，在TXD的每个上升沿开始，IRRXD延后7CYCLES的时间(16CYCLES为一个晶振周期)，然后输入1个于是以脉冲，脉长为3CYCLES，如果TXD0仍然为低电平，则每个晶振周期内，IRRXD都会输入1个宽度为3CYCLES的于是以脉冲。如果TXDO为高电平，则IRTXD输入低电平，如图3右图。

　　解码过程忽略，编码过程看做是把TXD脉冲变宽的过程，而解码过程则看做是把脉冲拉宽的过程。解码过程中，当IRRXD传输1个宽度为3CYCLES的负脉冲，RXD就输入1个宽度为16CYCLES的负脉冲，如图4右图。　　3系统软件设计　　系统软件还包括固件程序、USB设备驱动程序和应用程序。

整个软件还包括系统初始化、取样掌控、数据传输和波形表明等部分。USB设备末端固件及外围电路的底层控制程序主要使用C51撰写，计算机末端客户应用程序使用VisualBasic和VisualC++混合编程。　　3．1USB固件设计　　USB数据传输有4种方式：块传输、中断传输、实时传输和控制传输。当必须较慢准确大批量传输数据时，一般使用块传输方式。

设计中主要考虑到本系统拒绝高速持续传输大容量的数据，并且对数据的完整性拒绝较高，故使用块传输方式。固件程序的撰写使用Keil公司的KeilC51编译器(V6．10)。它为8051微控制器的软件开发获取C语言环境，同时保有编撰代码高效、较慢的特点，相对于传统的编撰研发环境更为灵活性、高效和更容易用于。

将代码在KeilC51环境中展开编译器。编译器通过后，将固件代码iTunes到USB单片机中，就可实现与外围设备的数据传输。　　在整个固件程序中，EZ-USBFX2设备上电或废黜后，首先初始化所有内部状态变量，随后调用任务初始化函数TD_Init()，打开中断，此时固件程序大大检测掌控端口0否接到SETUP包在。

一旦接到，固件程序就开始调用用户函数TD_Poll()，其中用户必须已完成的功能代码在TD_Poll()函数中。调用已完成后，反复检测端口O否接到SETUP包在，若有，继续执行设备催促，调用TD_Poll()函数；否则检测USB核否有USB悬挂信号。若有则调用用户函数TD_Suspend()，其返回值为真时，检测USB核否有新的开始事件，没时，设备转入悬挂起状态，反之，调用TD_Resume()展开下一次循环；当。

TD_Suspend()函数返回值为假时，必要转至下次循环。　　此外，固件程序框架中还定义许多中断处理函数，当中用时可在适当的方位重新加入用户撰写的代码，这样既明晰又便于解读，就可在需要转变整个程序的前提下，仅有通过转变适当的模块，来构建用户设置的功能，本系统使用串口中断处理函数构建红外传输数据的接管。

　　3．2驱动程序设计　　USB系统驱动程序使用分层结构模型(WDM)，该模型定义分层的驱动程序，USB设备驱动程序不必要与硬件对话，而是通过USB驱动程序模块将USB催促较慢递交到总线驱动程序进而已完成硬件操作者。从系统的角度来说，在USB设备放入主机后，主机检测到USB设备，加载设备描述符，然后主机根据设备描述符中获取的厂商ID和产品ID等，落成适当USB设备驱动程序，加载USB设备中的配备描述符、模块描述符和端点描述符，根据必须自由选择合理的配备、模块和端点，确认传输方式。

这一过程已完成后，PC机与USB设备之间就可传输数据。　　3.3应用于程序设计　　应用程序是测试系统软件的核心，其对USB设备的操作者功能为：打开或重开USB设备，检测USB设备，设置USB数据传输管道。设置数据端口的初始状态，通过USB模块传送数据、存储、表明并分析数据。　　4结论　　本文设计的数据传输系统具备低功耗、掌控非常简单、实行便利等特点，系统将USB2．O接口技术与红外传输技术融合，构建了测试仪与PC机之间的无线数据传输，超过了设计应用于拒绝。

　　为了确保传输数据的正确性，防止其他光波对传输数据的阻碍，系统壳体加装红外滤光片：一方面，避免或增加散射辐射或背景电磁辐射的危害影响：另一方面，分设具备特定波长区的红外波长。经多次试验证明，该系统需要可信平稳传输数据，具备很好的实用性。

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