《基于單片機的USB無線翻頁器的設計》17000字

３基于單片機的USB無線翻頁器的設計目錄TOC\o"1-2"\h\u5049摘要 229856第1章緒論 2296181.1課題研究背景 3132111.2課題研究的目的及意義 454301.3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 416982第2章系統(tǒng)設計方案與研究內(nèi)容 6254252.1短距離無線技術 7278392.2即插即用的實現(xiàn) 769162.3硬件模塊的選擇 8167582.4系統(tǒng)框圖設計與概述 918317第3章系統(tǒng)硬件電路設計 9249493.1單片機控制主電路 915083.2射頻發(fā)射電路 1476983.2.3315M射頻電路 16289933.3射頻接收電路 1724574第4章USB的協(xié)議簡介和通信分析 20267844.1USB的發(fā)展歷史 21263994.2USB1.1的通信原理 2175864.3USB的數(shù)據(jù)傳輸 22129354.4HID人機接口設備 247997第5章系統(tǒng)軟件流程與設計 2463565.1單片機主控制程序設計 2526390本小節(jié)講述了USB與單片機主要控制電路的軟件流程設計，如圖16所示。 2573425.2發(fā)射端軟件流程 27262325.3USB總線枚舉軟件流程 279811第6章焊接與調(diào)試 29144106.1焊接 29210596.2調(diào)試 2918059第7章總結(jié)與展望 31300787.1總結(jié) 31192757.2展望 3127553參考文獻 32摘要近些年來，由于社會的快速發(fā)展，社會各界對無線技術的需求越來越高，因此基于無線收發(fā)技術的幻燈片翻頁器也就順勢開始進入國人的市場，也由于無線翻頁器的不斷革新?lián)Q代，至此對于其制造技術已逐漸趨于成熟。在許多中學、高校的講堂上，還有那些用于商業(yè)和演講的各種會議室里，都可以看到這種USB無線翻頁器的使用，時至今日，它已成為社會上一種不可或缺的輔助工具。目前，市面上的主流USB無線翻頁器大多采用藍牙或者紅外收發(fā)技術，它們存在著成本高、速率低、距離過近且易被阻擋等各種缺點，因此要對其進行相應的改進。本文介紹了一種低耗無線射頻收發(fā)模式的幻燈片翻頁器，它解決了指向性、距離短和高成本的問題。在控制部分采用STC89C52單片機芯片，與SC2260/PT2272編解碼芯片相結(jié)合實現(xiàn)信號的無線射頻傳輸。主電路模塊采用單片機與PDIUSBD12接口芯片協(xié)同工作，并通過USB接口與PC端相連接，實現(xiàn)信號的轉(zhuǎn)換，以此來模擬鍵盤的操作并完成翻頁功能。本文講述了發(fā)射接收和編解碼電路的工作原理，主電路的搭建，以及HID標識符對USB端點的信號傳輸交流，和主要芯片的介紹等，同時記述了各個階段的選型和設計，最后完成了滿意的實物成果。關鍵詞：無線射頻；單片機技術；編解碼技術；USB接口；HID標識符緒論隨著無線技術的蓬勃發(fā)展，那些原本只服務于工業(yè)用途的紅外或不同頻率的通信技術已開始步入我們的生活。而縱觀課堂教學工具的發(fā)展歷程，從最早的激光筆指示教學，到后來的投影儀和遙控鼠標類工具，再發(fā)展到電子教鞭產(chǎn)品，現(xiàn)如今的USB無線翻頁器已然成為教室乃至社會的主流。而隨著無線技術趨于成熟，各種無線通信廣泛應用于社會的方方面面，自然也延伸到了USB翻頁器中。近年來市場上的各種不同的幻燈片翻頁器比比皆是，而對于不同的無線技術也自然各有其優(yōu)缺點。這一章主要講述了應用到USB翻頁器的各種不同的無線技術以及社會背景等，闡述了產(chǎn)品的發(fā)展現(xiàn)狀和研究的意義。課題研究背景由于教學環(huán)境和辦公場合的變化，USB翻頁器被普遍采用，它使用了無線傳輸技術，通過USB接口與電腦進行信號的傳輸，有著即插即用的特性，不用加載過于繁瑣的驅(qū)動即可投入使用，極為方便。對于老師和商務人員來說，這無疑是教學及演示的最好工具，不僅使多媒體教學更加簡捷方便，還能節(jié)省不少時間。而現(xiàn)如今的無線技術已經(jīng)非常成熟，例如2.4GHz無線技術和27MHz無線電等等。而在本文中則是選用了315/433M射頻技術，因為這種頻率是國家開放頻段，適用于各種場景，信號穩(wěn)定，滿足技術要求。現(xiàn)狀分析隨著單片機研究的日益突破與發(fā)展，其應用范圍可以說是愈加廣泛。在人們的日常中對單片機技術的應用早已屢見不鮮，例如洗衣機、冰箱甚至是微波爐都或多或少存在著單片機，人們的現(xiàn)實生活早已離不開單片機的存在。而為了使信號處理的更加迅速，響應的更加快捷，本設計采用的是STC89C52芯片作為核心，可以實現(xiàn)在線燒錄，方便快捷。在傳統(tǒng)的幻燈片翻頁器上，制造廠家往往都會增加一個激光發(fā)射器，在遙控翻頁的同時可以用激光來指示PPT上的內(nèi)容，進行輔助教學。對于USB翻頁器這個產(chǎn)品而言，目前國內(nèi)外主流的技術還是使用的紅外傳輸，或者是藍牙技術進行通信控制，射頻技術使用的還在少數(shù)。紅外發(fā)射技術有著多年的歷史，廣泛應用于各個方面，相關聯(lián)的技術也開發(fā)的非常成熟。但是市面上的紅外遙控翻頁器已經(jīng)不能滿足大眾的需求了，低耗電的射頻翻頁器開始逐漸走向市場，為人們所熟知。1.1.2選題背景隨著社會的發(fā)展進程來看，多媒體演示已經(jīng)是各大高校的標配了，上至大學下至初中都有很多教師在使用多媒體授課，除了教學之外，在那些商業(yè)活動中或是某些演講里都會用到多媒體。而由此而衍生的USB無線翻頁器也就出現(xiàn)在了大眾的視野之中。USB翻頁器不僅可以幫助人們快速的操作幻燈片的播放，也完美的使老師們擺脫了電腦的束縛，使用多媒體演示的老師們可以不用親自操作電腦，從而使講課更方便，老師也能隨心所欲的在課堂上走動，在授課的同時拉近與臺下學生們的距離，這樣不僅可以把握授課的進度，甚至還能促進師生關系，讓二者更加融洽。而隨著無線技術的日新月異，人們對USB翻頁器的要求也在逐漸增高，對于無線翻頁的距離和成本都有了不同程度的需求。同時又伴隨著單片機的逐漸開發(fā)和更新，USB翻頁器也出產(chǎn)了各種不同的型號。對于使用紅外以及藍牙技術的傳統(tǒng)USB翻頁器而言，已經(jīng)滿足不了人們的需求了。使用低耗無線射頻方式開發(fā)的幻燈片翻頁器更容易應用在教學領域。所以本課題運用現(xiàn)有的無線射頻技術，結(jié)合傳統(tǒng)的設計方法和思路，設計出一款新的無線遙控翻頁器。課題研究的目的及意義目前，高校及中學使用的USB翻頁器還都是一些紅外發(fā)射的版本，這種翻頁器采用的是紅外數(shù)據(jù)傳輸，它通過與單片機的配合，能實現(xiàn)遙控翻頁的功能。由于其技術成熟，成本低，所以在之前被人們廣泛使用。但是這種技術的缺點卻顯而易見，紅外信號極其容易被障礙物所阻擋，所以必須要在特定的角度將遙控器與接收口對準，這就造成了老師們極差的體驗。而且紅外信號的傳輸距離也是硬傷，無線遙控的距離很短，使老師們也幾乎離不開講堂。至于藍牙傳輸技術，是由一部分藍牙模塊與對應的USB接收器相結(jié)合。它們通過獲取藍牙發(fā)射部分的按鍵信息，經(jīng)轉(zhuǎn)化后再與PC端交流，從而實現(xiàn)了遠程的翻頁功能。這種技術雖然可以讓傳輸距離達到10米以上，但是其功率消耗過大，成本較高，且它的通訊速率差強人意，所以逐漸被淘汰。所以綜上所述，針對上面的情況來看，本設計的目的就是要研究一款低功耗、傳輸距離大、不易被阻擋且成本低的USB翻頁器，能夠滿足市場大眾的需求。國內(nèi)外研究現(xiàn)狀說到無線通信，其實我們或多或少都對其有一定的了解。就以我們的手機為例，手機通過流量的使用來發(fā)送和接收信號，本質(zhì)上與無線通信如出一轍。我們都知道，電磁波可以攜帶信息，并在空間里自由傳輸，不受外界物體的干擾。我們就是利用這個，鉆研出了可以跨時代的無線通信技術。自21世紀始，由于國內(nèi)外電子技術的蓬勃發(fā)展，短距離無線技術在通信領域里已算得上是獨占鰲頭。所以，在無線遙控方面，無論是鼠標還是其他種類的無線遙控產(chǎn)品都已被人們廣為熟知。其中使用了包括27MHz和2.4GHz無線電技術以及使用藍牙適配器來進行連接的各式無線鼠標層出不窮。而在過去的幾十年里，最為熱門的當屬紅外線遙控。紅外線遙控器其實就是根據(jù)紅外線技術的原理與單片機控制器相組成的電路為核心，來完成數(shù)據(jù)的傳輸[1]。但是經(jīng)過了這么多年的發(fā)展，由于其他無線技術的抨擊，紅外遙控鼠標已在不知不覺中漸漸失去了它的市場。至于藍牙類的遙控鼠標，其結(jié)構(gòu)就是由一個藍牙控制模塊與一個相應的USB接收器組成。在鼠標工作的過程中，藍牙發(fā)射模塊的內(nèi)置單片機先獲取其按下的模擬信號，根據(jù)信號發(fā)出的命令去轉(zhuǎn)化成對應的編碼信號，然后USB接收器在接收到信號后，通過連接端口將數(shù)據(jù)傳給計算機，PC端對接收到的這些數(shù)據(jù)進行解碼編譯后，向系統(tǒng)發(fā)送命令，并執(zhí)行相應的操作[2]。經(jīng)過二者的對比來看，這兩種技術在特點上有著不小的差異，紅外傳輸技術易被阻擋，只能進行直線的信號傳輸，而且傳輸距離很不理想，并不符合本次設計的距離要求。而藍牙無線技術雖然距離可以達到十米以上，但是功率消耗太大，而且成本較高，通訊速率也不太理想[3]。至于2.4GHz的新興無線產(chǎn)品，經(jīng)了解其造價成本更加高昂，這類產(chǎn)品一般只會出現(xiàn)在高端的價格市場，就拿紅外產(chǎn)品來比較，2.4GHz產(chǎn)品價格幾乎翻了一番。所以就對比而言，采用低耗低價的無線射頻遙控已逐漸成為主流。對于USB翻頁器設計流程來說，第一步就是電路設計，隨后是電路板焊接、軟件程序設計以及成品調(diào)試等步驟，而第一步電路設計是最為關鍵的[4]。USB翻頁器的總體是由射頻發(fā)射和接收兩部分組成，其中發(fā)射部分國內(nèi)外常用的有315/433M和SAW聲表面穩(wěn)頻技術相結(jié)合的模塊。SAW聲表穩(wěn)頻技術的優(yōu)點顯而易見，不僅基頻可以達到千兆，而且穩(wěn)定性極為不錯[5]。在文獻[6]中，射頻部分采用的是SYN113無線集成芯片，它和SYN470R接收芯片相配合，對電路進行了極大的簡化，成本較低且減少了器件布局，接收效果較為滿意。而在文獻[7]中，無線接收部分則是采用了一個由RX3310A構(gòu)成的超外差電路，這種接收電路可以配合SAW聲表諧振技術，對工作環(huán)境幾乎沒有要求。無線收發(fā)模塊中要配合相對的編解碼器才能進行射頻信號交流的工作。其中的編解碼器選用了PT2262/PT2272組合，PT2262編碼器芯片有18個功能引腳，它與SC2260芯片的功能大致相同，工作模式也并無差別，不過在引腳數(shù)目上SC2260只有16個，所以后者的體積較小。單片機主控電路則是采用了STC系列的89C52芯片，它外圍分布了P0~P3四種I/O口，并以此來控制各個電路以及對無線通信做一定的中間處理[8]。最后談到USB控制器的類別，對于這部分模塊來說，要根據(jù)具體的使用和開發(fā)環(huán)境要求來選擇合適的USB控制器。目前市場上的相關USB控制器主要分為兩種，一種是附帶了USB接口的內(nèi)嵌式單片機，主要由單片機來對信號進行處理，若是采用這種USB控制器則需要我們對計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和指令非常了解，而且還需要單獨的系統(tǒng)進行開發(fā)，不僅開發(fā)成本略高，而且開發(fā)環(huán)境較難，因此不在我們的選擇之內(nèi)。另一種USB控制器則是純粹的USB接口芯片，在工作時需要配合外部單片機來進行相關信號的協(xié)議處理與數(shù)據(jù)傳輸。特點是這種接口芯片較為便宜，而且引腳簡單，與計算機接口非常方便，可靠性較高，電路連接和開發(fā)環(huán)境都比較簡單，因此對于USB接口芯片，則是選用了PDIUSBD12功能芯片[9]。對于USB翻頁器的即插即用，就是USB的總線枚舉過程[10]。在與PC端的數(shù)據(jù)交互方面則采用了HID人機接口設備，這種新型設備簡單好用，由于現(xiàn)在的電腦系統(tǒng)都自帶了上位機的驅(qū)動，所以不用我們編寫，只需要通過HID設備發(fā)送必要的描述符即可。這些描述符可以讓USB鍵盤模擬電腦鍵盤的up/down等各種操作，從而實現(xiàn)了PPT的遙控翻頁功能[11-12]。在文獻[13]中，需要用USB攝像頭捕捉圖像中的激光點位置，分析軌跡再實現(xiàn)交互，過于繁瑣。所以建議只在電路中加一個激光指示器即可。綜上所述，要實現(xiàn)USB無線翻頁器的功能，需要設計收發(fā)電路，選擇合適的編解碼器和單片機，再建立USB控制芯片的主電路，實現(xiàn)總線枚舉和HID設備識別功能，再進行相關軟件程序協(xié)議的移植、編寫和調(diào)試即可。系統(tǒng)設計方案與研究內(nèi)容本設計要制作的是一個基于USB的射頻遙控翻頁器，由于其315M/433M的射頻技術部分較為成熟，同時為了簡化系統(tǒng)，配套件數(shù)據(jù)無線傳輸部分使用的是市面上的成熟構(gòu)件，無需多余的調(diào)試即可正常工作。本設計主要研究的內(nèi)容是：射頻接收部分與單片機之間的信號通信、單片機與USB芯片之間的連通交流，USB傳輸原理與計算機HID人機接口設備，以及軟件程序協(xié)議的移植與設計、調(diào)試等工作。這一章主要講述了本設計的技術要求與硬件選型，并給出了系統(tǒng)的主框圖。2.1短距離無線技術本設計要完成USB無線翻頁的功能，就勢必要用到對應的無線技術。因此，對短距離無線技術的了解和選用就是設計的第一個要點。短距離無線技術有著很廣泛的應用，一般來說，只要傳輸距離在幾十米以內(nèi)，都可以稱之為短距離。此外，這種技術主打的是低成本和低耗。通信雙方使用電磁波技術來進行各種交流，例如27MHz和2.4GHz無線技術，還有紅外以及藍牙技術，這種技術范疇很廣。不過經(jīng)過比對發(fā)現(xiàn)，相對于更加低耗的無線射頻技術來說，紅外和藍牙就毫無優(yōu)勢可言了。無線射頻技術不僅穩(wěn)定可靠，無指向性，而且傳輸?shù)木嚯x也是它們的幾倍，并且對環(huán)境要求不高，低耗節(jié)能。因此在確定了采用射頻技術后，又進行了一次深入的對比，并發(fā)現(xiàn)315M/433M技術比較符合本次設計，因為在滿足設計要求的前提下，315/433M的制作價格要比2.4G技術低廉不少，且難度較小，所以經(jīng)權衡之下，本設計采用了屬于國家開放頻段的315M射頻技術。2.2即插即用的實現(xiàn)本設計要求要對設備做到即插即用，經(jīng)查找多方資料后，我們了解到USB設備的即插即用功能是通過計算機總線枚舉來實現(xiàn)的。所謂即插即用，是指就算計算機正在執(zhí)行其他程序，也不會耽誤USB設備的插入和執(zhí)行。至于總線枚舉，就是指USB設備在使用之前，必須要對其進行一系列的配置操作，這些配置包含了設備的各種類描述符，可以向主機闡述自己的特性和功能。當這個USB設備連接到主機上，其主機端口或節(jié)點將會產(chǎn)生一系列的指令和操作，來對這個USB設備進行認證和配置，這個過程即被叫做總線枚舉。它也可分為以下幾個步驟：（1）設備所連接的PC端口檢測到設備的連接，并通過特殊管道向主機發(fā)送報告，主機隨即向設備發(fā)送復位命令。（2）復位信號結(jié)束，主機向設備提供電源，設備得電復位。（3）主機通過預設的地址0和端點0向設備發(fā)出通訊，請求獲取其自帶的標準設備描述符。每個起始設備都要無條件響應地址和端點0的命令請求。（4）設備響應后，主機通過預設的端點0與設備進行通信，給設備加載一個唯一的地址信息用于區(qū)分，隨后讀取其設備描述符及配置。（5）最后主機加載USB設備指定的協(xié)議驅(qū)動程序，該設備就能正常配置使用了。2.3硬件模塊的選擇（1）編解碼硬件的選擇：射頻收發(fā)的核心就在于編解碼器的存在，目前市面上最成熟的編解碼器無疑是PT2262+PT2272的配套組合，它們是普城公司研制的一款CMOS通用編解碼器。其18位管腳中有6位是數(shù)據(jù)腳，有12位是它們的三態(tài)地址引腳，這三態(tài)地址在物理意義上是指引腳的懸空、接正電源和接地狀態(tài)，在解碼器收到信號解碼的時候會反復比對PT2262與PT2272的地址數(shù)據(jù)是否相同，也就是地址引腳焊接的方式是否相同，只有確認無誤后其VT腳和數(shù)據(jù)腳才會輸出高電平，整個流程簡單易懂。但在這里由于廠家的不同和成熟構(gòu)件的限制，本設計的編碼器是采用了SC2260，它與PT2262的功能和使用方式幾乎一樣，不同的是SC2260的管腳只有16位，在功能不變的同時簡化了管腳的數(shù)量和芯片的體積，更符合本設計4個按鍵的電路設計。（2）單片機芯片的選擇：因為本設計的功能較為簡單，所以目前市面上大多數(shù)的在售單片機都可以滿足本設計的要求，例如STM32、AT和STC系列的51芯片。但是STM32功能復雜，對于本設計而言完全是大材小用，所以不在考慮范圍之內(nèi)。至于51系列的芯片，在功能方面大同小異，但是STC系列可以提供在線燒錄，調(diào)試起來極其方便，而且它的處理速度更快，所以我在斟酌之后選用了STC系列的89C52單片機。它引腳功能齊全，能與USB接口芯片實現(xiàn)完美配合，而且造價也普遍較低，對于本設計來說非常符合。（3）USB通信芯片的選擇：因為本設計的功能實現(xiàn)要通過USB接口來滿足，所以就必須要選用一款合適的USB芯片，能夠同時實現(xiàn)接口和通信控制的功能。本人在經(jīng)過多方對比之后，選用了PDIUSBD12芯片。它屬于USB接口芯片，與那種內(nèi)嵌通用微控制器的USB控制芯片對比而言，不僅造價較為便宜，而且無需開發(fā)者對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和相關指令集進行額外的研究了解，也不用外加單獨的開發(fā)系統(tǒng)。總體來說PDIUSBD12芯片開發(fā)環(huán)境簡單，靈活性較高，可以與任意一種單片機相結(jié)合，為研究者節(jié)省時間、費用以及風險。此外它的外圍電路也簡單易懂，采用并行通信的方式來與單片機進行連接交流，能實現(xiàn)USB的功能，并滿足USB1.1協(xié)議。2.4系統(tǒng)框圖設計與概述整個系統(tǒng)框架可大致分為兩個部分：射頻發(fā)射部分和射頻接收部分。而接收部分又可細分為解碼電路和主電路兩個模塊。本設計的系統(tǒng)框圖如圖1所示。圖1系統(tǒng)框圖射頻發(fā)射部分主要是由SC2260編碼器來對按鍵信號進行編碼操作，按鍵有四個，當按鍵按下時設備通電將信號存入數(shù)據(jù)端，編碼完成后由315M發(fā)射模塊經(jīng)過無線射頻天線發(fā)射出去。而射頻接收部分則是由315M加上LM358雙運算放大器組成的復合電路來進行對射頻信號的接收，接收完成后再由PT2272解碼器進行地址碼的比對工作，經(jīng)多次比對完成后確認無誤再進行編碼信號的解碼工作。解碼完成的信號則變成數(shù)據(jù)發(fā)送給單片機進行儲存。單片機經(jīng)處理過的信號發(fā)送給USB控制芯片，二者配合通過總線枚舉以及HID人機接口設備給PC端發(fā)送設備描述符和輸入報告，來使計算機控制鍵盤上的四個up/down/F5/Esc按鍵以此完成上下翻頁、開始播放和結(jié)束播放等操作。系統(tǒng)硬件電路設計繼上一章對總體方案與研究內(nèi)容進行了大致規(guī)劃后，本章節(jié)將會著重介紹硬件芯片的功能，并闡述相關電路設計的原理和選用此電路的原因，同時它們之間的信號運送流程也都會介紹到。3.1單片機控制主電路本設計所選用的單片機為STC系列的89C52芯片，它與PT2272的四個數(shù)據(jù)管腳相連接，進行輔助解碼和信息的儲存與發(fā)送。另一邊又與USB接口芯片進行連接，實現(xiàn)USB接口的功能。所以在這里單片機起到了一個樞紐的作用。3.1.1STC89C52芯片簡介STC89C52RC是以COMS工藝研制出的一種低耗低價通用微型處理器。它具有8K可編程Flash存儲器，內(nèi)核為MCS-51，RAM為512字節(jié)，EEPROM為4K字節(jié)。相對于傳統(tǒng)51系列單片機來說，STC系列做了許多改進，使芯片擁有了很多其他的功能。在單芯片方面，它具有的高性能CPU為許多系統(tǒng)提供了各種靈活有效的處理模式。如圖2所示，為C52芯片的引腳功能圖。圖2STC89C52引腳功能圖從圖中可以看出，它有32位I/O口引腳，4個中斷引腳和3個定時計數(shù)器。此外它還可以降低至0Hz靜態(tài)模式，在另一方面，運行頻率甚至可達到35MHz，有著6T或者12T模式。3.1.2STC89C52芯片外圍電路C52芯片的P1.0~P1.3四個腳與PT2272的D0~D3四個數(shù)據(jù)管腳相連接，解碼信號就是從這里實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。只要發(fā)射板中每按下一個按鍵，就會將對應的單片機I/O口拉到低電平狀態(tài)。具體的連接電路圖如圖3所示。圖3單片機與解碼器連接電路圖單片機擁有獨立的外部晶振電路，它主要的功能是發(fā)出脈沖信號，為單片機正常運行提供工作時鐘。如圖4晶振電路圖所示。圖4晶振電路圖單片機還有一個最小復位電路，其功能是在單片機系統(tǒng)上電時使芯片復位，直到電源穩(wěn)定時再結(jié)束復位操作。如圖5復位電路圖所示。圖5復位電路圖3.1.3PDIUSBD12接口芯片PDIUSBD12接口芯片就總體而言它的性價比很高，并且符合USB1.1的規(guī)范，但由于USB1.1是USB的基礎協(xié)議，所以它對win7系統(tǒng)基本上完全兼容，但對win10系統(tǒng)少部分兼容。不過這款芯片可以完全實現(xiàn)USB接口的功能，它本身具有的八位并行數(shù)據(jù)總線使它在進行數(shù)據(jù)傳輸時效率非常高，可以在與單片機控制的系統(tǒng)中與其實現(xiàn)高速率通信，并且D12芯片兼容性很強，對外部單片機并沒有多余的要求，可以讓使用者放心選擇更合適的單片機，省時省力省錢，這也是我們選擇它的一大理由。如圖6D12芯片引腳功能圖所示。圖6PDIUSBD12引腳功能圖此外D12芯片還經(jīng)常被應用在許多常用的外設中，比如打印機或者Zip驅(qū)動器。它主要的功能特點還有：DMA傳輸，集成RAM以及GoodLink技術。DMA傳輸：是指存儲器直接存儲模式，意思是USB芯片可以跳過主機CPU的干預而直接與本地存儲器建立聯(lián)系，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換。這樣就大大提高了信息的傳送速率。集成RAM：是指儲存器管理單元，讓單片機與D12芯片在進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r候，在中間建立一個緩沖區(qū)，不僅可以保存USB的數(shù)據(jù)，還能讓單片機以自己更快的處理速度來對信息進行處理。GoodLink技術：GoodLink翻譯過來就是良好的連接指示，它主要的功能就是用發(fā)光二極管的閃爍狀態(tài)來讓使用者了解目前的USB連接情況。在PDIUSBD12的第21引腳GL_N腳外接著一個發(fā)光二極管，它作為USB的狀態(tài)指示燈，通過低電平有效進行觸發(fā)。當它突然閃亮時，代表著USB設備正在PC端進行設備枚舉，當它常亮時，代表著設備已枚舉完成，可以正常使用。而當它在某個時間段間歇性閃爍時，那就說明USB設備正在向主機傳送數(shù)據(jù)。3.1.4單片機與D12芯片的控制電路控制電路部分本設計采用了89C52芯片與USB控制芯片相結(jié)合，能夠正常實現(xiàn)USB的接口功能[15]。如圖7主要控制電路圖所示。圖7主要控制電路圖它是單片機和D12芯片所組成的通信控制電路，此電路的引腳連接采用了典型的USB控制芯片與微處理器連接法。圖中89C52芯片的P0口直接與D12芯片的八位并行I/O口進行連接，通過這些數(shù)據(jù)總線實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速傳輸。D12芯片的13引腳CLKOUT代表著時鐘信號輸出，它可以與單片機直接連接并為其提供時鐘信號輸入，但是一般在實際連接時，卻并不采用這種連接方式，因為單片機有自己的外接晶振電路，處理速度極快，而且在和D12芯片進行信息交換期間，由于其集成RAM的存儲管理單元的存在，其二者的時鐘脈沖并不影響。所以一般這個引腳懸空。其中D12芯片的A0腳主要對單片機信號是命令還是輸入進行控制，第10腳ALE控制著二者之間是否采用單獨或者復用的數(shù)據(jù)和地址總線。這兩個引腳只能同時采用一個，而在本設計中采用了ALE引腳接地，代表著數(shù)據(jù)和地址總線單獨采用，此時A0腳接任意I/O口。D12芯片的11和12引腳代表著片選位和掛機位，此時全部接地。14、15和16引腳代表著中斷、讀選通和寫選通，它們分別接到單片機對應引腳即可。而在單片機的P2.0引腳則增加了一個信號接收指示燈，用來指示是否接收到了發(fā)射端的按鍵信號。至于D12芯片的外圍電路，則是屬于成熟模塊，無需贅述，具體如圖8USB外圍電路圖所示。圖8USB外圍電路圖3.2射頻發(fā)射電路本設計的射頻發(fā)射電路是由四個獨立按鍵和編碼發(fā)射電路組合而成。3.2.1按鍵開關電路射頻電路中的按鍵和二極管分別有四個，一一對應，如圖9所示。圖9按鍵電路圖這四個按鍵分別是上翻頁、下翻頁、開始播放和結(jié)束播放四個功能。它們連接著一個12V的電源，當某個按鍵按下時，就會形成一個特定的回路，此時處于干路的發(fā)光二極管必會發(fā)光顯示，以表明按鍵成功按下，隨后按鍵信息存入編碼器的對應數(shù)據(jù)端。3.2.2SC2260編碼器SC2260編碼器是屬于CMOS工藝打造而成的低價低耗通用編碼器，它可用在任何電路環(huán)境，其特點是外圍電路少。SC2260對地址端和數(shù)據(jù)端的信號編碼組用RF射頻的方式通過射頻天線發(fā)出。其芯片最多有10位地址編碼區(qū)，在焊接時可懸空也可接電源或是接地，只要解碼器的地址區(qū)也以同樣的方式進行焊接，就可以實現(xiàn)地址配對。當二者配對成功后，由于按鍵信號的輸入，解碼器的D0~D3數(shù)據(jù)端的某個引腳就會輸出高電平。SC2260編碼器引腳圖如圖10所示。圖10SC2260編碼器引腳圖圖中A0~A9管腳即為SC2260的10個三態(tài)地址腳，D0~D5管腳則是它的6個數(shù)據(jù)腳。管腳說明如表1所示。表1SC2260管腳說明表管腳名稱管腳標號輸入/輸出說明A0~A7，A8~A91~8，10~11輸入地址腳，用來表示編碼器的地址信息，可置為三態(tài)D0~D3，D5~D413~10，7~8輸入數(shù)據(jù)管腳，通過數(shù)字信號“1”和“0”來判斷是否有數(shù)據(jù)產(chǎn)生OSC14輸入單端接入電阻實現(xiàn)振蕩器的功能Dout15輸出編碼輸出端（通常情況為"0"）Vss9電源負端（一）Vcc16電源正端（+）本次設計由于只有四個按鍵，所以SC2260只采用了四個數(shù)據(jù)腳：D0~D3。其16和9管腳分別是電源正負引腳，OSC管腳負責接入振蕩電阻，對接的電阻越大就會導致震蕩頻率越大。15腳Dout是輸出腳，主要負責編碼后的數(shù)據(jù)輸出。當有按鍵按下時，編碼器SC2260上電工作，在編碼完成后會把第15腳Dout置1，此時Dout就會將按鍵數(shù)據(jù)串行輸出，然后發(fā)送給315M電路，在此期間由于Dout上升為高電平，所以誘發(fā)了315M的振蕩電路起振，并同時將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成等幅的射頻信號發(fā)射出去。而在15腳為低電平時，315M電路就會停止振蕩。所以射頻電路完全被15腳的數(shù)字信號控制，從而對整個電路實現(xiàn)百分百幅度鍵控。3.2.3315M射頻電路射頻部分經(jīng)過查驗比較，最后采用了一個典型的振蕩發(fā)射電路。它位于發(fā)射板的射頻電路部分，外接天線，整體采用了315MHz和SAW聲表面諧振技術，組成了電容三點式振蕩電路。振蕩晶體把電路穩(wěn)定振蕩在315兆赫，如果沒有晶體的話，當有物體在電感線圈附件移動時，就會影響頻率的穩(wěn)定，甚至會發(fā)生偏移。電阻R3的作用就是穩(wěn)壓，使得頻率輸出很穩(wěn)定。三極管的作用就是控制信號發(fā)出的頻率，能夠在SC2260的15腳數(shù)據(jù)傳輸過來后，讓數(shù)據(jù)以315M的頻率發(fā)射出去。具體的振蕩發(fā)射電路圖如圖11所示。圖11315M振蕩電路圖如今的科技愈發(fā)強大，很多生產(chǎn)廠家都有自己獨特的線路設計，都在源源不斷的進步和創(chuàng)新，希望可以讓原先的零部件更加小型化，同時性能更強。對于晶振來說又可分為普通晶振、受控晶振，常用的有100MHz晶振或是65.536M等等，而對于本設計的射頻電路315M晶振則是選用的聲表面SAW晶振技術，它的頻率穩(wěn)定性和晶振對比并無差別，基頻可放大至上千兆赫茲，不需要倍頻，解決了頻率漂移的問題，電路也極其簡單，抗干擾能力極強。射頻電路的末端采用的是外置射頻天線，關于它的的長度部分，可以用公式計算。比如315M電路需要的天線長度約等于1/4的波長，而波長又可以按照光速除于頻率來求得，所以到最后求得的天線長度為0.238米，又因為導線傳播高頻信號會降低到0.98的程度，所以天線的長度求得的最終值為0.233米。可以得出結(jié)論，一般情況下315M的射頻天線長度都是在23厘米左右。而對于天線的阻抗則是選擇了50歐姆，因為對于以往的同軸電纜來說，在30歐姆時可以承載最大的功率，在70歐姆的程度上損耗最小，效率最高，所以折中后選用了50歐姆。3.3射頻接收電路射頻接收電路是由PT2272解碼器和LM358雙運算放大器組成的一個超再生接收電路。3.3.1PT2272解碼器PT2272是以COMS工藝打造出的一種低價低耗通用解碼器。它周邊分布了18個引腳，其中三態(tài)地址腳有12個，數(shù)據(jù)腳也有6個。由于在本設計中只牽扯到四個按鍵，所以只用到了4個數(shù)據(jù)腳。PT2272引腳圖和功能如圖12、表2所示。圖12PT2272引腳圖表2PT2272引腳功能表名稱管腳說明A0~A111~8,10~13地址管腳D0~D57~8,10~13數(shù)據(jù)和地址管腳DIN14數(shù)據(jù)信號輸入端OSC215振蕩電阻振蕩器輸出端OSC116振蕩電阻輸入端VT17輸出端解碼判定，解碼成功則置“1”Vcc18電源正端Vss9電源負端PT2272芯片有著多種不同的后綴，例如L4、M4、L6、M6這幾種，它們分別代表著不同的功能。其中M代表瞬時輸出，意味著數(shù)據(jù)接收后只會輸出一次，受控于發(fā)射端的按鍵動作。L則代表著鎖存輸出，表示會一直保存本次接收的信號，直到有另一個數(shù)據(jù)輸入才能將其替換。至于它們后續(xù)帶有的數(shù)字代表著解碼器有幾路并行通道。若使用4路數(shù)據(jù)通道即M4/L4，則地址碼就會配對前八位的地址信息，若是采用6路并行通道即M6/L6，則地址碼是六位。至于PT2272和SC2260之間實現(xiàn)編解碼通信的原理，乃是采用了脈沖寬度區(qū)分法，通過編碼中脈沖的不同寬度，來對信號進行識別區(qū)分。因為發(fā)射的無線信號里地址碼和數(shù)據(jù)碼是一同發(fā)射的，所以為了讓它們區(qū)分開來，開發(fā)者們就用不同的寬度脈沖來表示不同的編碼信號。一個窄脈沖長度是4α，若是連續(xù)發(fā)射兩個則意味著信號“0”。一個寬脈沖長度是12α，若是連續(xù)發(fā)射兩個則意味著信號“1”。而若是這兩種不同的脈沖交替發(fā)射，則代表著專門服務于地址碼的信號“F”,它的物理意義是懸空。由不同寬度的脈沖組成的通信字碼也有一套具體的規(guī)范。在射頻通信中，一組地址碼和一組數(shù)據(jù)碼會相互結(jié)合為一個“字碼”，而兩個相鄰的字碼中間必須用同步碼隔開，這就為編碼信號的分步通信打下了基礎。因此要用PT2272進行解碼的話，系統(tǒng)只需要檢測出中間的同步碼，之后對后續(xù)的字碼通過脈沖寬度來進行區(qū)分，就能分辨出地址碼和數(shù)據(jù)碼。而SC2260至少都會一次性發(fā)送4組相同的字碼，并且由于無線技術的特性，每次第一個字碼都會受到零電平的干擾，往往都會容易產(chǎn)生誤碼，所以第一個字碼都會被程序丟掉，PT2272只有在接收到相同的兩個字碼中的地址碼并與自己配對成功后才會判定接收成功。3.3.2LM358雙運算放大器本設計的接收電路部分需要用到LM358雙運算放大器。它之所以叫雙運算，是因為它里面包含了兩個獨立的運算放大器，并且由此產(chǎn)生了其內(nèi)部頻率互補的特性。LM358的電路模型如圖13所示。圖13LM358放大器引腳圖在相應的工作環(huán)境下，它電源的電流和電壓無關。所以這種放大器特別適合那些電壓范圍較為廣泛的單電源供電場所，并且對于雙電源的工作模式也可以勝任。在工業(yè)用途上，像一些紅外探測這一類的報警器產(chǎn)品，基本上都有著LM358的身影，它們能探測出人體放射的紅外線，以此來達到監(jiān)視或報警的目的，通常在實驗室、倉庫或者一些私密的重要場所進行使用。3.3.3超再生接收解碼電路本設計的射頻接收模塊采用的是一個典型的超再生接收電路。它采用的是LC振蕩原理，內(nèi)部含有放大整形功能，其功耗很小，最低可達100μA，并且為市面上的成熟模塊[14]。其接收電路圖如圖14所示。圖14超再生接收電路圖圖中為一個調(diào)試良好的超再生電路，就在穩(wěn)定性方面而言，它的選擇性和抗干擾能力遜色于超外差接收機，但是在整個電路的靈敏度方面，它的表現(xiàn)非常不錯，可與一級高放一級混頻的超外差接收電路比肩。而且在成本方面超外差接收電路的價格普遍較為昂貴，一般都在35RMB左右，再反觀超再生電路，對比之下它的價格就比較低廉了，在應用到USB翻頁器后，可以相應的降低其市場價格，從而更加滿足大眾市場的需求。一直以來，人們對超再生電路頗有微詞，認為它的頻帶和抗干擾能力遠遠不如超外差電路，但是據(jù)了解，現(xiàn)在市場上的超再生接收電路卻應用極其廣泛，例如很多應用類的報警器，或者幾乎所有的遙控類玩具，都搭載的是這種接收電路，市場極大。究其原因，還是因為它的靈敏度極高，甚至超過了大多數(shù)超外差電路，而且調(diào)試起來也相對簡單，減少了部分工作量。接收信號完成后，編碼信號將交由PT2272處理。LM358的輸出端OUT1與PT2272的信號接收端DIN腳相連接，當超再生接收電路將無線編碼信號接收完成后，交由PT2272解碼，在解碼成功后再將信息發(fā)送給單片機。解碼電路圖如圖15所示。圖15解碼電路圖USB的協(xié)議簡介和通信分析繼上一章講述了各大模塊的硬件介紹和原理圖分析后，本章將會對USB模塊進行拆分介紹，對USB的協(xié)議、數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崿F(xiàn)以及HID人機接口進行一個簡要的概述。4.1USB的發(fā)展歷史USB在最早的時候是以一種新型的連接技術而被研發(fā)出來的，它可以在任意時間連接計算機且不影響其他程序的正常運行，也可以在任意計算機上代替原有的接口來連接外設，并以規(guī)定的傳輸速度標準進行運行。它的出現(xiàn)解決了因傳統(tǒng)技術而導致的總線不足等問題，隨著時間的發(fā)展，USB的協(xié)議越來越先進，且其本身又安裝方便，取代性高擴展性強，因此已漸漸成為后世發(fā)展趨勢。4.1.1USB的協(xié)議發(fā)展1994年，當時最負有盛名的七家計算機以及通訊公司聯(lián)合建立了USB論壇，在歷經(jīng)了兩年后，其中的四家于1995年正式聯(lián)合制定并發(fā)行了USB0.9的協(xié)議規(guī)范。直到1996年，相關論壇才進一步的開發(fā)出了USB1.0規(guī)范。并在兩年后，又制定了更進一步的USB1.1協(xié)議。USB1.1協(xié)議中有著低速和全速兩種數(shù)據(jù)傳輸模式，其速率分別為1.5Mb/s和12Mb/s。對于傳統(tǒng)的外設，例如鍵盤和鼠標來說，在全速模式下就能夠運行的非常流暢了。也正是由于1.1協(xié)議的發(fā)行，USB開始迅速占領各大市場。但是隨著各種高速設備越來越多，USB1.1協(xié)議的運行速率就開始捉襟見肘了。因此為了USB的更好發(fā)展，USB2.0協(xié)議便應運而生。它不僅在傳輸速度方面達到了480Mb/s，而且還支持向前兼容，意思是就算USB協(xié)議低于2.0的USB設備也可以做到對2.0協(xié)議兼容。不僅如此，2.0協(xié)議的出現(xiàn)還帶來了一種全新的架構(gòu)，名為集線器，這種架構(gòu)提供了一個中間集線模塊，并支持同時連接多個USB1.1設備。4.2USB1.1的通信原理USB的信號通信是指USB設備與主機之間進行的通信，這部分內(nèi)容可分為兩個部分，端點和管道。4.2.1端點每一個USB設備中都蘊含著很多端點，在這里我們可以將其看作單片機的I/O口。USB的端點是USB設備中唯一的物理尋址位，只有通過端點，USB設備才能與主機實現(xiàn)通信，而端點也可以看作是發(fā)送或接收的數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)。此外，每一個端點都是獨一無二的，它們在出廠時就有著自己的定義，其端點稱號和通信方向都是唯一的，每個端點的信號傳輸方向也有不同，有的是輸入信號，有的則是輸出，不過可以肯定的是，它們的傳輸方向都是單向且固定的。端點的特性包括：帶寬、總線頻率以及數(shù)據(jù)包的大小等。從端點號方面來看，可分為端點0和其他端點。端點0之所以如此特殊是因為它屬于控制端點，每個USB設備里都必須出廠一個0號端點，主機會在USB連接時對端點0發(fā)出各種控制命令，用來對USB設備設置地址以及獲取設備的具體信息，如設備的類型、設備全部描述符、端點配置、電源管理等等。而只有在外部設備全部初始化完成后，那些非0號端點才可以進行使用。4.2.2管道管道與設備端點相對應，端點可以作為USB設備中的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，那么PC端自然也有自己的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。而從設備端點到PC端緩沖區(qū)之間的數(shù)據(jù)通道就被開發(fā)者稱為管道。它意味著主機和外設之間信息通道，只要USB設備一連入主機，那么就會自動生成管道。不過管道也并非真實存在，它只是一種邏輯上的定義，實際上主機與外設的通信還是通過總線接口層進行實現(xiàn)。一個USB設備從邏輯功能方面可以劃分為三個層次，從下往上分別是總線接口層、端點交流層和外設功能層。4.3USB的數(shù)據(jù)傳輸USB傳輸信號的形式是以二進制代碼來完成的，由代碼組成字段，再把字段組合成包。而在數(shù)據(jù)總線上，數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯挝换径际前?，再由包進行不同的傳輸事務。4.3.1包的組成一個USB數(shù)據(jù)包由五個字段組成，分別是同步字段、包標識符字段、數(shù)據(jù)字段、循環(huán)冗余校驗字段和包結(jié)束字段。同步字段是一個包的開始部分，它在差分信號段中被描述為八個電平信號，由兩個不同的信號交替產(chǎn)生，即“KJKJKJKK”。其前六個信號是用來實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐?，而最后兩個信號“KK”則是代表著這個字段的結(jié)束并由此引出下個字段。包標識符是用來檢測包的格式是否正確以及指出它的錯誤類型。它還可以對包進行一系列的描述，其最后四個字段是用來給包標識符的解碼提供正確性。數(shù)據(jù)字段是表示數(shù)據(jù)包傳輸?shù)男畔?，它其中的具體內(nèi)容由包的標識符和類型來決定。循環(huán)冗余校驗字段是一種特殊函數(shù)，它可以根據(jù)包中的數(shù)據(jù)來產(chǎn)生一定位數(shù)的校驗碼。并以此來保證包數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性，既不會丟失，也不會讓雜余字段或數(shù)據(jù)影響包的完整性。包結(jié)束字段是用來結(jié)束包的傳輸，由發(fā)送端在包的末尾加一個結(jié)束字段，可以使差分信號線拉低，接收端在采集到低電平信號后，就會默認傳輸結(jié)束。4.3.2USB的四種傳輸方式USB有四種傳輸方式如下，它們在傳輸格式、容量和方向等方面各有特點。控制傳輸：它是一種雙向傳輸方式，通過Setup事務傳輸來給給外設發(fā)布命令。因為其命令貼近于設備定義方面，所以必須要通過管道進行。而且其校驗機制較為嚴格，對于包的最大長度也有嚴格的要求，在低速設備上包的長度最大為8，高速設備上最大64。同步傳輸：同步傳輸是發(fā)射端與接收端同時進行信號的傳輸交流，只有高速和全速設備才可使用，處理速度極快，但是卻不可靠，因為它沒有處理錯誤信號的能力，也不支持重發(fā)。同步傳輸是單向傳輸，若是設備需要進行雙向傳輸，則需要再調(diào)用另一個端點配合。中斷傳輸：中斷傳輸類似于批量傳輸，但是主機會定時查詢中斷端點的傳輸情況，若這時還有數(shù)據(jù)要處理，那就返回繼續(xù)處理。批量傳輸：這種傳輸比較可靠，對數(shù)據(jù)的傳輸速率不做太多要求。而且具有數(shù)據(jù)錯誤校驗機制。但是這種傳輸?shù)膬?yōu)先級很低，只有當USB中沒有其他傳輸方式時才會允許批量傳輸?shù)倪M行。4.4HID人機接口設備在USB中最常用的設備就是HID設備，HID是英文縮寫，意為人機接口。其中最常見的就是鼠標和鍵盤。HID設備的出現(xiàn)就是為了和計算機進行更為方便的通信，這些設備不需要考慮各種驅(qū)動的編寫和安裝，由于系統(tǒng)的升級和覆蓋，現(xiàn)在基本上都自帶HID的驅(qū)動程序。HID設備還可以作為各種速度的設備進行使用，其通信速率極為快捷，對使用者的各種操作都可以快速反應。對于USB的總線枚舉我們在第二章就已經(jīng)介紹到，USB的枚舉是通過端點0進行實現(xiàn)的，而USB設備會將自己的設備描述符提交給主機查看，以此來讓主機明白USB的配置。而USBHID設備則是通過HID設備描述符來讓主機明白自己的各種配置信息。標準的設備描述符通常分為五種：設備描述符，配置描述符，接口描述符，端點描述符和字符串描述符。至于USBHID設備，則是通過報告來與主機進行信號的傳輸。報告分為兩個方面，一個是輸入報告，另一個則是輸出報告。輸入報告是指HID設備給PC端發(fā)送的報告，必須通過中斷端點來進行發(fā)送，例如鍵盤的按鍵按下信息、滾輪的翻滾信息以及鼠標的移動和點擊信息等。輸出報告是指PC端給HID設備發(fā)送的報告，例如電腦同意數(shù)字鍵盤的使用，則會把Num鍵點亮，同意大小寫，就會將Caps鍵點亮。報告的本質(zhì)就是一個數(shù)據(jù)包的集合，里面包含了要發(fā)送的數(shù)據(jù)。而報告是伴隨著報告描述符一起發(fā)送出去的，報告描述符就是用來表示報告的用途。至于本設計的外接USB設備就是一個HID類設備，而本設計要實現(xiàn)的功能是PPT幻燈片翻頁，所以我們先查閱HID用途文檔表，來獲取計算機鍵盤上的Pageup/Pagedown/F5/Esc這幾個按鍵的描述符代碼，再通過接收發(fā)射端按下的相應按鍵信息，來使HID設備發(fā)送相應的鍵值描述符代碼，就可讓計算機通過輸入報告來實現(xiàn)PPT的遠程翻頁功能。系統(tǒng)軟件流程與設計前面幾章對于系統(tǒng)的硬件以及通信方式進行了詳細的介紹，接下來這一章將會對系統(tǒng)軟件方面進行框圖式的介紹，并對其流程進行一定的解釋。5.1單片機主控制程序設計本小節(jié)講述了USB與單片機主要控制電路的軟件流程設計，如圖16所示。圖16軟件主控制流程圖在單片機上電啟動時，會執(zhí)行單片機主函數(shù)，此時單片機所有串口都會初始化，并且發(fā)送與D12芯片的連接請求，D12芯片在初始化完成后就會響應并與單片機相連接。隨后就會執(zhí)行While大循環(huán)，檢測是否有按鍵信號輸入進來，如果成功接收到了按鍵信號，就會采用相關的鍵值處理函數(shù)來解析按鍵值，解析完成后，會輸出相應的HID鍵值描述符代碼，隨后D12芯片就會將這些代碼打包成輸入報告，然后讀取D12芯片中可以采用的中斷端點，前文講述到HID設備的輸入報告必須要通過內(nèi)部的中斷端點來進行輸入，所以在檢測到可用的中斷端點后，就會將報告成功發(fā)送給計算機處理，計算機在響應按鍵命令后，就能實現(xiàn)幻燈片的翻頁功能，最后向HID設備發(fā)送輸出報告宣示結(jié)束。D12芯片的初始化并響應流程如圖17所示。圖17D12芯片初始化流程圖程序部分的設計采用的是KeiluVision4開發(fā)工具，它于09年被發(fā)布，有著非常靈活的控制系統(tǒng)，可以一次性打開多個窗口并有效利用，為使用者提供了一個簡潔高效的辦公環(huán)境。主程序的設計部分如圖18所示。圖18主程序圖5.2發(fā)射端軟件流程本小節(jié)主要介紹了發(fā)射端的信號傳輸流程。發(fā)射端的編碼器經(jīng)上電初始化后，開始檢測按鍵信號，一旦有按鍵按下，其相應的數(shù)據(jù)腳就會拉高，然后經(jīng)由輸出腳串行輸出給發(fā)射電路。發(fā)射端的信號流程圖如圖19所示。圖19發(fā)射端流程圖5.3USB總線枚舉軟件流程本節(jié)主要講述的是USB設備在插入主機后，PC端對設備的枚舉及后續(xù)的信號通信流程。主機開始工作后，其USB端口一直處于待命狀態(tài)，時刻檢測是否有外部設備插入。等USB接收板插入電腦后，USBD12芯片和解碼芯片就會同時得電復位，同時主機端會建立數(shù)據(jù)包并通過端口0發(fā)送給設備，然后再給設備分配一個唯一的地址，并使地址有效。若是端口0的通訊失敗，主機沒有得到關于設備的有關描述符，則會認為此設備不可用，這時可以重新插入設備嘗試。而若是主機得到了設備描述符，但設備卻沒有收到主機下發(fā)的地址信號，則會重復這個過程。在設備配置完成后，就可以進行正常工作了。當發(fā)射端有信號發(fā)來，接收端會將其處理后再發(fā)送給計算機運行。在數(shù)據(jù)發(fā)射完成后，接收端設備會繼續(xù)等待下一個信號。計算機對USB的設備枚舉以及通信流程如圖20所示。圖20USB設備枚舉流程圖焊接與調(diào)試6.1焊接本次設計的實物分別為兩塊獨立的電路板，一個負責發(fā)射，另一個負責接收與通信，其中發(fā)射模塊前文第二章有提到，由于其315M/433M的射頻技術部分較為成熟，同時為了簡化系統(tǒng)，配套件數(shù)據(jù)無線傳輸部分使用的是市面上的成熟構(gòu)件，無需多余的調(diào)試即可正常工作，實物圖如圖21、22所示。圖21發(fā)射板硬件圖圖22發(fā)射板成品圖無線接收板由三個成熟模塊組成，LM358和PT2272組成的超再生接收電路模塊，STC89C2芯片模塊和PDIUSBD12成熟芯片模塊。由于是模塊組合而成的電路板，所以在焊接時我們采用的是萬用板進行焊接，比PCB轉(zhuǎn)腐蝕的方法更加簡單適用。焊接前要先捋清楚電路的構(gòu)造，確保按照電路圖原理來進行焊接，搞清楚焊接線路的先后順序，遇到需要跳線的地方可以之間焊接導線來進行代替，方便快捷。焊接完成的成品如圖23、24所示。圖23發(fā)射板背面圖圖24發(fā)射板正面圖6.2調(diào)試在硬件方面，本人采用了萬用表工具進行檢查，通過連接幾個關鍵元器件及部分的兩端，檢測電壓是否正常，有沒有虛焊的部位，甚至還可以推測出某些元件是否正在進行工作。除了萬用表，還采用了示波器進行檢查，在發(fā)射板的天線部分進行信號采集，看看示波器上顯示的頻率峰值是否達到了315MHz。若是沒有達到要求，則可以嘗試使用無感起子調(diào)節(jié)電容，然后再次檢測。經(jīng)萬用表和示波器檢查后，焊接并無問題，且示波器波峰正好為315MHz，說明實物沒有問題。在軟件調(diào)試方面，采用了編譯器進行檢查，編譯器的原理是把高級語言轉(zhuǎn)化為低級的程序，從而可以進行軟件代碼的分析。它能分析出許多語法規(guī)則是否正確，例如代碼中的一些表達式或者循環(huán)等。本設計采用的是C語言編譯器，對整體代碼進行了簡單的邏輯性和字符檢查，經(jīng)檢查后，本程序確實出現(xiàn)了一些表達式不正確或者邏輯不完善的問題，并修改補全。此外，由于本設計涉及到的HID類設備都是由計算機自帶的上位機驅(qū)動來進行匹配，所以不同的計算機系統(tǒng)在這類驅(qū)動上也可能存在差別，進而可能影響HID的鍵值描述符的正確性。又因為本設計采用的PDIUSBD12芯片對于win10系統(tǒng)可能存