引言

　　當今，無線技術飛速發展，應用的領域越來越廣，與有線技術相比，無線技術具有方便、靈活、減少布線施工難度、降低成本等優點。本文闡述了無線USB控制系統的組成、功能和設計方法，系統由PC、無線USB控制器和多個終端節點組成，本文分別給出了實現無線USB控制器和終端節點的一種方案：無線USB控制器的方案是以單片機STC89C58RD+為微控制器，基于Nordic公司的2.4GHz的無線收發芯片nRF24L01，結合Philips公司的PDISUBD120D USB控制芯片來實現的;終端節點的方案是以STC89C58RD+為微控制器，基于nRF24L01無線收發芯片和根據需求的實際應用電路來實現的。

　　1系統組成及其實現方案

　　1.1系統描述

　　如圖1，無線USB控制系統的組成包括PC、無線USB控制器和終端節點（n個）。PC和無線USB控制器之間通過USB接口進行通信，在PC端，用VC++開發應用程序實現對無線USB控制器進行控制，無線USB控制器和各個終端節點通過無線收發芯片nRF24L01實現無線通信。

　　1.2系統實現方案

　　1.2.1無線USB控制器實現方案

　　無線USB控制器實現方案如圖2所示，主要包括微控制器STC89C58RD+、USB控制芯片PDIUSBD12和無線模塊nRF24L01 Module。STC89C58RD+內含32KB程序存儲器、1280B RAM和16KB E2PROM，E2PROM可用來存儲終端節點的地址及需要掉電存儲的其他數據，32KB程序存儲器和1280B RAM可以滿足絕大多數應用需求。USB控制芯片PDIUSBD12是一個性能優化的USB控制器件，完全符合USB1.1規范，支持本地DMA傳輸，用于基于微控制器的系統。USB1.1最大支持的傳輸速度是12Mb/s，比一般的PC接口速度都快，足夠滿足無線USB控制系統的應用。無線模塊部分采用Nordic公司的nRF24L01單片射頻收發芯片，該芯片工作于2.400~2.4835GHz的ISM（工業、醫學和科學）頻段，工作電壓為1.9~3.6V，有多達126個頻道可供選擇，支持多點間通信，最高速率達2Mb/s，內置鏈路層，減少了MCU的復雜性和成本，提高了數據傳輸的可靠性，而且只需少量的外圍元件便可組成射頻收發電路，具有體積小、功耗低、性價比高等優點。

　　1.2.2終端節點實現方案

　　終端節點實現方案如圖3所示，主要包括微控制器STC89C58RD+、無線模塊nRF24L01 Module和實際應用需求的擴展電路。STC89C58RD+微控制器和nRF24L01無線模塊構成終端節點與無線USB控制器之間無線通信的基礎，終端節點的擴展電路是根據實際應用需求來設計的，如應用于溫度數據采集系統，則擴展電路應是溫度傳感器的電路，終端節點的靈活設置使得整個系統可以滿足多種應用場合的需求。

　　2系統的硬件部分

　　2.1 nRF24L01無線模塊原理圖

　　nRF24L01是挪威Nordic VLSI公司推出的單片射頻收發芯片，20個引腳4mm×4mm QFN封裝，內置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器、調制器等功能模塊，采用Enhanced ShockBurst技術，使用SPI接口與微控制器通信，速率為0~8Mb/s，配置方便。nRF24L01適用于無線數據通信、無線個人電腦外設、無線報警及安全系統、無線開鎖、無線監測、家庭自動化和玩具等諸多領域。關于該芯片的具體功能和工作模式及其編程過程請參照參考文獻。該模塊電路原理圖，如圖4所示。

　　nRF24L01模塊在PCB布線時采用雙面板，底層全部鋪地，頂層放置元器件，所有電容電阻電感采用0402封裝電容電感電阻盡量靠近芯片引腳，頂層也需大面積鋪地，在頂層和底層放置大量的通孔。該模塊供電電壓為3.3V，SPI接口可以直接與5V的MCU的IO口相連接，無SPI接口的MCU可以用IO口模擬SPI時序，使用方便。

　　2.2 USB控制芯片PDIUSBD12原理圖

　　PDIUSBD12是一款性價高的USB控制芯片，它與MCU配合使用，這使得設計者可以靈活地選擇MCU，它與MCU之間通過并行接口通信，還支持本地DMA傳輸。圖5是PDIUSBD12與STC89C58RD+單片機連接的原理圖。

　　上圖未畫出STC89C58RD+單片機，只給出了網點名稱，如P00-P07、P27、ALE、INT1、WR、RD，STC89C58RD+與標準的80C51（如AT89S51）引腳完全兼容，PDIUSBD12與MCU的連接有2種方式：總線方式和分開的地址數據方式。采用總線方式時引腳10的ALE連接MCU的ALE，引腳28的A0接到高電平;采用分開的地址數據方式，則ALE連接低電平，A0連接任意的IO口，數據或地址（命令）由A0來區分。圖5采用總線方式。另外該無線USB控制器直接使用USB接口供電，省去了電源，降低了成本。