基于USB接口的無線幻燈片遙控器

本文介紹了一種基于usb2.0的接口幻燈片演示遙控器,它具有無線遙控、智能演示的特點(diǎn)，可以在有效范圍內(nèi)全方位對計(jì)算機(jī)進(jìn)行遙控操作，實(shí)現(xiàn)幻燈片的翻頁、放大、重點(diǎn)突出等功能，使演講者不致頻繁操作計(jì)算機(jī)而打斷思維。

本設(shè)計(jì)核心芯片采用adi公司的adf7020收發(fā)模塊，使用頻率為ism（工業(yè)、科學(xué)與醫(yī)療）868mhz頻帶，發(fā)送端控制芯片是atmel公司低功耗avr單片機(jī)attiny12l，接收端采用adi公司的adμc812，它有62kb flash程序空間，靈活的接口功能以及眾多的io口線，負(fù)責(zé)收發(fā)芯片的控制、數(shù)據(jù)接收以及作為usb固件的載體。

本設(shè)計(jì)系統(tǒng)框圖如圖1所示。

1 幻燈片控制指令的產(chǎn)生及發(fā)送

attiny12l和adf7020是構(gòu)成發(fā)射機(jī)的主要部分，其中，attiny12l是一款基于avr risc的低功耗coms 8位單片機(jī)，3v電壓下工作電流為2.2ma，指令速度可達(dá)1mips（百萬指令每秒），adf7020是一款低功耗、高集成的fsk/gfsk/ask/ook/gask收發(fā)組件，適用于433mhz，868mhz和915mhz的ism頻段，發(fā)射-10dbm功率時耗電12ma，非常適合便攜設(shè)備使用，用它們構(gòu)造發(fā)射器只需少量外部元件，適合于低成本、小尺寸的設(shè)計(jì)。

本設(shè)計(jì)直接將數(shù)字基帶信號調(diào)制到868mhz射頻上，只需要一個本地振蕩頻率，簡化了設(shè)計(jì)。

1.1 幻燈片指令的產(chǎn)生

由于每次傳輸?shù)臄?shù)據(jù)少，平時單片記得指令傳送器均工作在省電模式，當(dāng)操作者按下翻頁鍵后，attiny12l產(chǎn)生pin change中斷，觸發(fā)單片機(jī)回到正常模式，并執(zhí)行中斷服務(wù)程序，產(chǎn)生要發(fā)送的指令和相應(yīng)的數(shù)據(jù)幀，單片機(jī)接著設(shè)置指令傳送器，指令傳輸器將數(shù)據(jù)幀發(fā)送出去。

數(shù)據(jù)幀格式見圖2。

報頭（preamble）是數(shù)字傳輸系統(tǒng)中的重要問題，接收機(jī)根據(jù)它進(jìn)行信道估計(jì)、頻率偏差糾正、agc（自動增益控制）設(shè)置等，fsk/ask/ook調(diào)制解調(diào)時，報頭通常采用如10101010…的樣式。

同步字（sync word）用來檢測是否有數(shù)據(jù)輸入，adf7020可以設(shè)置28bit同步序列，在接收模式下，如果檢測到這個同步碼，adf7020會產(chǎn)生外部中斷，通知處理器準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)。

id字段（id field）用于收、發(fā)單元的匹配，可以實(shí)現(xiàn)發(fā)射機(jī)對多個接收機(jī)的通信，或者多套接收機(jī)同時使用。

數(shù)據(jù)字段（data field）是幻燈片的控制指令，對應(yīng)對幻燈片的不同操作。

1.2 天線的設(shè)計(jì)

天線是本設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，采用印制天線，設(shè)天線保包圍的面積為a，波長為a，頻率為f，則天線效率η為：

η=fa3/2

為了獲得最佳輻射性能，布線時天線包圍的面積應(yīng)盡可能大，越靠近天線環(huán)的邊緣，場的密度越高，因此環(huán)的邊緣應(yīng)有一定的空間，形狀應(yīng)近似為正方形。

發(fā)送端與天線匹配時，adf7028輸出功率最大，在射頻輸出端，分別接兩個匹配電容到天線和地，取值可通過hfss仿真確定。

印制天線的設(shè)計(jì)圖如圖3所示。

已知接收機(jī)的靈敏度，仿真出天線的增益，結(jié)合試驗(yàn)可以確定發(fā)射機(jī)的遙控距離。

1.3 數(shù)據(jù)發(fā)送流程

當(dāng)用戶按下發(fā)送鍵后，控制芯片被激活，接著初始化發(fā)射芯片，向發(fā)射芯片傳送數(shù)據(jù)，最后印制天線將射頻信號輻射出去。

2 數(shù)據(jù)的接收

fsk信號的解調(diào)采用低if設(shè)計(jì)，使得所需外圍元件很少，同時降低了電源回路引入的低頻段的電磁干擾。

接收端主要包括adi公司的ad7020、adμc812和philips公司的pdiusbd12 usb接口控制芯片，實(shí)現(xiàn)fsk解調(diào)和通過usb接口與計(jì)算機(jī)通信，設(shè)置特殊寄存器可使adf7020工作在接收模式而不需額外的rx/tx（接收/發(fā)射）開關(guān)，接收靈敏度、解調(diào)線性度和功耗都是可編程的，天線接收到的差分信號輸入lna（低噪聲放大器），再經(jīng)過下變頻得到i、q兩路中頻信號，中心頻率位于中頻兩側(cè)的兩個相關(guān)解調(diào)器對中頻信號解調(diào)，即得到數(shù)字基帶信號，最后，過采樣數(shù)字pll（鎖相環(huán)）恢復(fù)數(shù)據(jù)時鐘，用來同步數(shù)據(jù)，其數(shù)據(jù)主要接收過程如圖4所示。

3 usb接口芯片固件的設(shè)計(jì)及與office軟件的通信

所采用的pdiusbd12接口芯片不含有mcu，所以必須使用單獨(dú)的單片機(jī)來控制，由于數(shù)據(jù)的傳輸量較小且需要實(shí)時處理，所以采用usb數(shù)據(jù)傳送模式中的中斷傳輸模式。

3.1 固件編寫

使用keil c51 μvision2來開發(fā)單片機(jī)的固件程序，主要任務(wù)是中斷服務(wù)程序的編寫，對usb協(xié)議進(jìn)行處理、完成對各種令牌包的響應(yīng)，特別是setup包的處理，usb協(xié)議的處理又分成兩個方面：一是控制端點(diǎn)（端點(diǎn)0）的配置過程，二是其他端點(diǎn)的數(shù)據(jù)通信過程。

3.2 固件的結(jié)構(gòu)

固件程序由如下幾個模塊組成：主循環(huán)mainloop.c，中斷服務(wù)程序isr.c，標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備請求stand_req.c，d12命令接口d12ci.c，硬件提取層epphal.c，圖5顯示了固件模塊組成與主要工作過程。

各部分的基本功能如下：

a）主循環(huán)mainloop.c：初始化單片機(jī)cpu和pdiusbd12芯片，檢查事件標(biāo)志，并進(jìn)入對應(yīng)的子程序進(jìn)行進(jìn)一步的處理。

b）中斷服務(wù)程序isb.c，（interrupt service routine）：這部分代碼主要處理有d12芯片產(chǎn)生的中斷，從d12內(nèi)部取數(shù)據(jù)到cpu的ram中，并建立事件標(biāo)志，以通知主程序處理。

c）標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備請求stand_req.c：處理標(biāo)準(zhǔn)的usb器件請求。

d）d12命令接口d12ci.c：定義了訪問d12功能的命令的接口。

e）硬件提取層epphal.c：固件中最低底層的代碼，執(zhí)行對d12和硬件i/o的相關(guān)訪問。

4 結(jié)束語

隨著投影儀市場的發(fā)展和多媒體會議工具的普及，人們對便攜式計(jì)算機(jī)控制器的需求也逐步增長，本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了幻燈片的基本控制功能，具有低功耗、數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定、遙控距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)，還有很大的功能擴(kuò)展空間，具有很大的市場潛力。