??? 摘 要： 設(shè)計了一種基于無線射頻芯片nRF24L01和USB芯片F(xiàn)T245BM的文件傳輸系統(tǒng)，介紹了其硬件電路設(shè)計和軟件控制程序設(shè)計，并給出了一些實驗數(shù)據(jù)。經(jīng)實測，該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，傳輸可靠，平均傳輸速率可達(dá)到256kb/s。
??? 關(guān)鍵詞： nRF24L01? FT245BM? 無線傳輸

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??? USB通用串行總線為USB設(shè)備與主機(jī)之間大量的數(shù)據(jù)傳輸提供了高速、可靠的傳輸協(xié)議。目前U盤被廣泛用于兩臺計算機(jī)之間的文件傳輸，使用方便、靈活，但其也有不足之處。若有一些惡意病毒隱藏在U盤當(dāng)中，則這些病毒很可能會給用戶帶來不必要的損失；此外當(dāng)傳輸數(shù)據(jù)量較小時，反復(fù)的插拔過程會耽誤寶貴的時間。因此單用USB接口與PC通信有其局限性。隨著短距離無線通信技術(shù)的發(fā)展，其應(yīng)用場合已越來越多，比如儀器儀表、計算機(jī)遙測遙控系統(tǒng)、家庭網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等^[1]。USB接口通信和無線通信都有著各自的優(yōu)勢，倘若把它們結(jié)合起來，揚(yáng)長避短，定會有更大的應(yīng)用前景。
??? 本文采用PIC16F877單片機(jī)、USB芯片F(xiàn)T245BM和無線芯片nRF24L01組成無線文件傳輸系統(tǒng)，充分利用USB口數(shù)據(jù)傳輸功能,設(shè)備連接方便,可進(jìn)行文件雙向傳輸。
1 主要芯片介紹
1.1無線傳輸" title="無線傳輸">無線傳輸芯片nRF24L01
??? 24L01是單片射頻收發(fā)芯片，工作于2.4GHz～2.5GHz頻段，工作電壓為1.9V～3.6V，有多達(dá)125個頻道可供選擇,最高通信速率2Mb/s,具有自動應(yīng)答和重發(fā)功能，其工作參數(shù)全部通過芯片狀態(tài)字配置。微處理器通過SPI訪問L01，將配置狀態(tài)字寫入L01中，可將其配置為發(fā)射、接收、空閑及掉電模式。芯片內(nèi)置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器、調(diào)制器等功能模塊，并融進(jìn)了增強(qiáng)型ShockBurst技術(shù)。該項技術(shù)為L01所特有，它使得雙向通信協(xié)議變得簡單。
1.2 USB芯片F(xiàn)T245BM
??? FT245BM芯片是由FTDI公司推出的第二代USB芯片，它的功能是實現(xiàn)USB接口與并行I/O" title="I/O">I/O接口之間數(shù)據(jù)的雙向傳輸。它由3.3V穩(wěn)壓器、USB收發(fā)器、鎖相環(huán)、串行接口引擎(SIE)、FIFO控制器、USB協(xié)議引擎、FIFO接收緩沖區(qū)、發(fā)送緩沖區(qū)以及6MHz振蕩器、8倍頻時鐘倍頻器等組成。一方面，當(dāng)外部設(shè)備" title="外部設(shè)備">外部設(shè)備有數(shù)據(jù)要傳給主機(jī)時，數(shù)據(jù)通過8位并行I/O接口傳給USB芯片內(nèi)部的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，F(xiàn)T245BM再將8位并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為串行數(shù)據(jù)" title="串行數(shù)據(jù)">串行數(shù)據(jù)，通過USB接口把數(shù)據(jù)發(fā)送給主機(jī)；另一方面，當(dāng)主機(jī)有數(shù)據(jù)要給外部設(shè)備時，先將串行數(shù)據(jù)通過USB接口存儲在USB芯片內(nèi)部緩存區(qū)中，F(xiàn)T245BM再將串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為8位并行數(shù)據(jù)，然后通過8位I/O接口把數(shù)據(jù)傳給外部設(shè)備。
2 系統(tǒng)總體設(shè)計
??? 本系統(tǒng)采用的核心器件是單片機(jī)PIC16F877、無線芯片nRF24L01及USB芯片F(xiàn)T245BM。一個文件要從一臺計算機(jī)無線傳給另外一臺計算機(jī)，首先要將文件轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制碼（編碼），然后無線發(fā)射，再無線接收，最后將二進(jìn)制碼還原成原始文件（解碼）。文件的編碼及解碼都是由計算機(jī)VB程序完成，硬件則只完成二進(jìn)制碼的傳輸?？紤]到二進(jìn)制碼還要通過單片機(jī)進(jìn)行中繼，因此單片機(jī)與計算機(jī)之間采用USB芯片F(xiàn)T245BM連接，無線傳輸則由單片機(jī)對L01的控制完成。系統(tǒng)設(shè)計總體框圖如圖1所示。

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3 硬件設(shè)計
3.1 USB接口設(shè)計
??? 單片機(jī)對FT245BM的控制是通過RXF#、RD#、TXE#和WR這四個讀寫控制信號完成的，如圖2所示。當(dāng)RXF#為低時，表示主機(jī)已經(jīng)將至少1字節(jié)的數(shù)據(jù)發(fā)送到USB的接收緩存區(qū)，單片機(jī)只需將RD#信號由低置高，就可以把D0～D7上的數(shù)據(jù)讀到單片機(jī)的寄存器中。當(dāng)TXE#為低時，表示單片機(jī)可以把1字節(jié)的數(shù)據(jù)寫入USB，只需把WR信號由高變低，就可以將D0～D7上的數(shù)據(jù)寫入USB的發(fā)送緩存區(qū)。注意，當(dāng)TXE#為高時不可以將數(shù)據(jù)寫入USB，這時USB的發(fā)送緩存區(qū)中正在處理上一次寫入的數(shù)據(jù)或是發(fā)送緩存區(qū)已經(jīng)寫滿。同樣，當(dāng)RXF#為高時，也不能從USB芯片中讀取數(shù)據(jù)。

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??? 電路設(shè)計可采用總線供電和自供電兩種方式，總線供電方式是指FT245BM設(shè)備的電源是通過計算機(jī)的USB接口供給的，電流要通過該口流入FT245BM設(shè)備。自供電方式是指FT245BM設(shè)備的電源由自己提供，而不通過主機(jī)供給。如果采用總線供電方式，在電源端采用一個磁珠，可以減少主機(jī)和設(shè)備的干擾。同時，在電源端增加去耦和旁路電容，可以提高電路的抗干擾性。如果電路沒有外接一片EEPROM，則FT245BM將采用默認(rèn)的VID、PID、產(chǎn)品描述符和電源描述符。
3.2 無線部分設(shè)計
??? 單片機(jī)與L01連接圖如圖3所示。CE、CSN、MOSI、MISO、SCK及IRQ是L01的控制引腳。CE是片選端，CSN、MOSI、MISO、SCK是L01的SPI口，PIC16877與L01就是通過SPI^[2]口進(jìn)行通信的。SPI通信在無線傳輸中占重要地位。例如：當(dāng)要配置L01時，那些配置狀態(tài)字是通過SPI口寫入L01內(nèi)的；當(dāng)要發(fā)送數(shù)據(jù)時地址和有效數(shù)據(jù)也是通過SPI口寫入L01的；當(dāng)L01接收完數(shù)據(jù)時，單片機(jī)同樣是通過SPI口將其讀出的，所以必須將單片機(jī)與L01采用SPI連接。IRQ則是中斷標(biāo)志位，單片機(jī)查詢此位的狀態(tài)就可知道發(fā)射或接收是否成功了。

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4 軟件設(shè)計" title="軟件設(shè)計">軟件設(shè)計
??? 系統(tǒng)的工作原理為：首先將兩塊帶有L01和FT245BM的電路板分別插入主機(jī)和從機(jī)的USB口，以確保上電；然后雙方均運(yùn)行VB程序，進(jìn)入文件傳輸發(fā)送/接收界面；此時若主機(jī)要傳送文件給從機(jī)，從機(jī)要先點擊接收命令按鈕，以便進(jìn)入接收狀態(tài)等待文件的到來，接著主機(jī)點擊發(fā)送命令按鈕，彈出選擇文件對話框，選擇要發(fā)送的文件后點擊確定，該文件將在一定時間內(nèi)發(fā)送完畢，同時從機(jī)會彈出保存對話框，點擊保存按鈕后，文件保存成功，文件傳輸結(jié)束。
??? 因此系統(tǒng)的軟件設(shè)計分為三部分：VB界面程序、USB軟件設(shè)計及單片機(jī)控制程序。VB界面程序主要負(fù)責(zé)文件的獲取、文件的編解碼及文件的保存；USB軟件設(shè)計主要確保USB設(shè)備能夠穩(wěn)定工作；單片機(jī)控制程序則負(fù)責(zé)對USB芯片和L01的控制，以完成數(shù)據(jù)的無線發(fā)送/接收。
4.1 VB界面程序
??? VB界面流程圖如圖4所示。

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4.2 USB軟件設(shè)計
??? 當(dāng)外設(shè)連接到主機(jī)上的USB接口時，主機(jī)會檢測到新硬件，這時需安裝一個由FTDI公司免費提供的D2XX驅(qū)動程序，在該驅(qū)動程序中包含了一個動態(tài)鏈接庫（DLL）。使用時需在VB里調(diào)用相關(guān)的函數(shù)。
4.3 單片機(jī)控制程序
??? 在該系統(tǒng)中，單片機(jī)主要控制L01和FT245BM，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線傳輸。單片機(jī)的D口作為數(shù)據(jù)口，B0～B3則作為FT245的讀寫控制及狀態(tài)口。L01每次只能傳輸32字節(jié)數(shù)據(jù)，因此將文件分包，每包32字節(jié)。另外，約定了一些通信協(xié)議：每次發(fā)送成功后，向主機(jī)回傳“AAH”，以便讓主機(jī)發(fā)下一包；發(fā)送失敗則回傳“CCH”，以便通知主機(jī)重發(fā)此包數(shù)據(jù)。為了能夠重發(fā)數(shù)據(jù)包，將每次取得的32字節(jié)數(shù)據(jù)存放在單片機(jī)內(nèi)部RAM內(nèi)備份，以便出現(xiàn)誤碼時重發(fā)。整套系統(tǒng)發(fā)射機(jī)一直處于發(fā)射模式，接收機(jī)一直處于接收模式。程序控制流程如圖5所示。

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5 實測數(shù)據(jù)
??? 在兩臺計算機(jī)間進(jìn)行了不同格式、不同大小的文件的傳輸試驗，結(jié)果如表1所示。

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??? 基于24L01和FT245BM的無線文件傳輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，誤碼率低，可靠性高。經(jīng)大量試驗測得：其傳輸速率約為256kb/s。提高單片機(jī)的晶振則可以加快文件的傳輸速度，其應(yīng)用前景也就更加廣闊。
參考文獻(xiàn)
[1]?肖鐸, 徐潔, 杜鵬英. 基于USB 口的無線數(shù)據(jù)收發(fā)器[J].電子技術(shù)應(yīng)用, 2006，32(7):80-82.
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