一種基于USB/RS232的無線通訊終端應(yīng)用設(shè)計(jì)

【摘要】本文詳細(xì)介紹了一種采用USB通信接口設(shè)計(jì)的無線數(shù)據(jù)通訊終端系統(tǒng)。此系統(tǒng)以高速、可靠、可在線編程的STM32F103C6T6為主控制器件，實(shí)現(xiàn)了通過計(jì)算機(jī)與其他終端之間數(shù)據(jù)及文件的無線傳輸功能。實(shí)驗(yàn)證明，該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)具有低成本、高集成度和設(shè)計(jì)簡單等優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)無線聯(lián)網(wǎng)和組網(wǎng)功能，適于便攜式電子設(shè)備的文件遠(yuǎn)端下載和上傳，為諸如無線切割機(jī)、各類物聯(lián)網(wǎng)掌上終端等設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸提供了解決方案。

【關(guān)鍵詞】數(shù)據(jù)采集；界面；USB通信；MCU UART

1.引言[1，4]

目前儀器設(shè)備多數(shù)采用RS232接口與計(jì)算機(jī)通信，但是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，支持熱插拔的USB標(biāo)準(zhǔn)接口將取代RS232接口，因此計(jì)算機(jī)將越來越少配置甚至不配置RS232接口。RS232接口與USB接口雖然都屬于串行接口，但它們的數(shù)據(jù)格式、通信協(xié)議、信號電平以及機(jī)械連接方式則不同。這樣計(jì)算機(jī)不能控制現(xiàn)有儀器設(shè)備，解決這一問題就得把現(xiàn)有的儀器設(shè)備的RS232接口轉(zhuǎn)換成USB接口。實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換可以采用USB/RS232橋接器件如CP2102，CP2103進(jìn)行設(shè)計(jì)，計(jì)算機(jī)通過USB接口虛擬一個(gè)RS232接口，與傳統(tǒng)設(shè)備器件連接，設(shè)備對計(jì)算機(jī)接口的形式為USB接口。

2.無線數(shù)據(jù)通訊終端系統(tǒng)的接口設(shè)計(jì)

無線數(shù)據(jù)通訊終端系統(tǒng)系統(tǒng)包括：CP2102 USB轉(zhuǎn)RS232模塊，STM32F103C6T6控制模塊，NRF2401+無線發(fā)送模塊。結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示：

圖1 整體結(jié)構(gòu)

3.無線數(shù)據(jù)通訊終端系統(tǒng)的選型[2，3]

Silicon Laboratories公司推出的USB接口與RS232接口轉(zhuǎn)換器CP2102/CP2103是一款高度集成的USB-UART橋接器，提供一個(gè)使用最小化元件和PCB空間來實(shí)現(xiàn)RS232轉(zhuǎn)換USB的簡便解決方案。如圖2所示，CP2102/CP2103包含了一個(gè)USB功能控制器、USB收發(fā)器、振蕩器和帶有全部調(diào)制解調(diào)器控制信號的異步串行數(shù)據(jù)總線（UART），采用5×5mm MLP-28的封裝。

圖2 接口電路

P2102/CP2103作為USB/RS232雙向轉(zhuǎn)換器，一方面可以從主機(jī)接收USB數(shù)據(jù)并將其轉(zhuǎn)換為RS232信息流格式發(fā)送給外設(shè)；另一方面可從RS232外設(shè)接收數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為USB數(shù)據(jù)格式傳送至主機(jī)，其中包括控制和握手信號。

表1 數(shù)據(jù)格式和波特率

數(shù)據(jù)位5，6，7和8

停止位1，1.5和2

校驗(yàn)位無校驗(yàn)，偶校驗(yàn)，奇校驗(yàn)，標(biāo)志校驗(yàn)，間隔校驗(yàn)

波特率300，600，1200，1800，2400，4000，4800，

7200，9600，14400，16000，19200，28800，

38400，51200，56000，57600，64000，76800，

115200，128000，153600，230400，250000，

256000，460800，500000，576000，921600

圖3 CP2102外圍電路圖

圖4 主控制器電路圖

通過編程設(shè)置UART，支持各種數(shù)據(jù)格式和波特率。在PC機(jī)的COM端口編程設(shè)置UART的數(shù)據(jù)格式和波特率。表1為其數(shù)據(jù)格式和波特率。

NRF24L01+模塊無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊，采用Nordic公司的nRF24L01+高性能無線射頻芯片，以2.4GHz的無線頻段進(jìn)行無線數(shù)據(jù)傳輸，保證了高速通信質(zhì)量，并且可以在無線通信協(xié)議上實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格的數(shù)據(jù)校驗(yàn)機(jī)制，保證數(shù)據(jù)的可靠通信。NRF24L01+模塊可進(jìn)行本機(jī)地址和發(fā)送地址的配置，可以選擇頻道（0-127）從而實(shí)現(xiàn)頻率的設(shè)置，實(shí)現(xiàn)多各電子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸，即可實(shí)現(xiàn)設(shè)備和設(shè)備之間的無線數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)方便，簡單。

4.無線數(shù)據(jù)通訊終端系統(tǒng)的的硬件設(shè)計(jì)

CP2102的外圍設(shè)計(jì)如圖3所示，主控制器電路如圖4所示。

5.無線數(shù)據(jù)通訊終端系統(tǒng)調(diào)試

PC端軟件設(shè)計(jì)界面如圖5所示。

圖5 設(shè)計(jì)界面

6.結(jié)束語

本設(shè)計(jì)利用USB轉(zhuǎn)UART技術(shù)，結(jié)合無線技術(shù)，為PC與遠(yuǎn)端設(shè)備數(shù)據(jù)通訊提供了一個(gè)簡單使用的方案，減少了開發(fā)時(shí)間，降低了開發(fā)成本，簡化了外設(shè)口，為外設(shè)提供了5V電源，可用于數(shù)據(jù)傳輸和信號控制；并為數(shù)據(jù)無線應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)和學(xué)習(xí)提供了一種便捷而廉價(jià)的方法。

參考文獻(xiàn)

[1]徐民，張博.基于CP2102/CP2103的RS232轉(zhuǎn)為USB接口設(shè)計(jì)[J].國外電子元器件，2008（5）：15-21

[2]劉亮.單片機(jī)外圍電路—常用USB轉(zhuǎn)串口芯片介紹[J].無線電，2008（5）：87-88.

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[4]馬偉.計(jì)算機(jī)USB系統(tǒng)原理及其主從機(jī)設(shè)計(jì)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2004.