基于USB接口的无线幻灯片遥控器

[table=98%][tr][td][/td][/tr][tr][td][/td][/tr][tr][td][/td][/tr][tr][td]
引言 本文介绍了一种基于USB2.0的接口幻灯片演示遥控器,它具有无线遥控、智能演示的特点，可以在有效范围内全方位对计算机进行遥控操作，实现幻灯片的翻页、放大、重点突出等功能，使演讲者不致频繁操作计算机而打断思维。
本设计核心芯片采用ADI公司的ADF7020收发模块，使用频率为ISM（工业、科学与医疗）868MHz频带，发送端控制芯片是Atmel公司低功耗AVR单片机ATTINY12L，接收端采用ADI公司的ADμC812，它有62KB Flash程序空间，灵活的接口功能以及众多的IO口线，负责收发芯片的控制、数据接收以及作为USB固件的载体。
本设计系统框图如图1所示。
[table=98%][tr][td][img=300,98]file:///K:/资料/项目/xsj064255w.asp_files/xsj064255w-1.jpg[/img][/td][/tr][/table]1 幻灯片控制指令的产生及发送
ATtiny12L 和ADF7020是构成发射机的主要部分，其中，ATtiny12L是一款基于AVR RISC的低功耗COMS 8位单片机，3V电压下工作电流为2.2mA，指令速度可达1MIPS（百万指令每秒），ADF7020是一款低功耗、高集成的 FSK/GFSK/ASK/OOK/GASK收发组件，适用于433MHz，868MHz和915MHz的ISM频段，发射-10dBm功率时耗电 12mA，非常适合便携设备使用，用它们构造发射器只需少量外部元件，适合于低成本、小尺寸的设计。
本设计直接将数字基带信号调制到868MHz射频上，只需要一个本地振荡频率，简化了设计。

1.1 幻灯片指令的产生
由于每次传输的数据少，平时单片记得指令传送器均工作在省电模式，当操作者按下翻页键后，ATtiny12L产生PIN CHANGE中断，触发单片机回到正常模式，并执行中断服务程序，产生要发送的指令和相应的数据帧，单片机接着设置指令传送器，指令传输器将数据帧发送出去。
数据帧格式见图2。
[table=98%][tr][td][img=300,53]file:///K:/资料/项目/xsj064255w.asp_files/xsj064255w-2.jpg[/img][/td][/tr][/table]报头（PREAMBLE）是数字传输系统中的重要问题，接收机根据它进行信道估计、频率偏差纠正、AGC（自动增益控制）设置等，FSK/ASK/OOK调制解调时，报头通常采用如10101010…的样式。
同步字（Sync Word）用来检测是否有数据输入，ADF7020可以设置28bit同步序列，在接收模式下，如果检测到这个同步码，ADF7020会产生外部中断，通知处理器准备接收数据。
ID字段（ID Field）用于收、发单元的匹配，可以实现发射机对多个接收机的通信，或者多套接收机同时使用。
数据字段（DATA Field）是幻灯片的控制指令，对应对幻灯片的不同操作。
1.2 天线的设计
天线是本设计的关键，采用印制天线，设天线保包围的面积为A，波长为a，频率为f，则天线效率η为：
η=FA3/2
为了获得最佳辐射性能，布线时天线包围的面积应尽可能大，越靠近天线环的边缘，场的密度越高，因此环的边缘应有一定的空间，形状应近似为正方形。
发送端与天线匹配时，ADF7028输出功率最大，在射频输出端，分别接两个匹配电容到天线和地，取值可通过HFSS仿真确定。

印制天线的设计图如图3所示。
[table=98%][tr][td][img=120,93]file:///K:/资料/项目/xsj064255w.asp_files/xsj064255w-3.jpg[/img][/td][/tr][/table]已知接收机的灵敏度，仿真出天线的增益，结合试验可以确定发射机的遥控距离。
1.3 数据发送流程
当用户按下发送键后，控制芯片被激活，接着初始化发射芯片，向发射芯片传送数据，最后印制天线将射频信号辐射出去。
2 数据的接收
FSK信号的解调采用低IF设计，使得所需外围元件很少，同时降低了电源回路引入的低频段的电磁干扰。
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，实现FSK解调和通过USB接口与计算机通信，设置特殊寄存器可使ADF7020工作在接收模式而不需额外的Rx/Tx（接收/发射）开关，接收灵敏度、解调线性度和功耗都是可编程的，天线接收到的差分信号输入LNA（低噪声放大器），再经过下变频得到I、Q两路中频信号，中心频率位于中频两侧的两个相关解调器对中频信号解调，即得到数字基带信号，最后，过采样数字PLL（锁相环）恢复数据时钟，用来同步数据，其数据主要接收过程如图4所示。
[table=98%][tr][td][img=180,234]file:///K:/资料/项目/xsj064255w.asp_files/xsj064255w-4.jpg[/img][/td][/tr][/table]3 USB接口芯片固件的设计及与OFFICE软件的通信
所采用的PDIUSBD12接口芯片不含有MCU，所以必须使用单独的单片机来控制，由于数据的传输量较小且需要实时处理，所以采用USB数据传送模式中的中断传输模式。
3.1 固件编写
使用Keil C51 μVision2来开发单片机的固件程序，主要任务是中断服务程序的编写，对USB协议进行处理、完成对各种令牌包的响应，特别是SETUP包的处理， USB协议的处理又分成两个方面：一是控制端点（端点0）的配置过程，二是其他端点的数据通信过程。
3.2 固件的结构
固件程序由如下几个模块组成：主循环MAINLOOP.C，中断服务程序ISR.C，标准设备请求STAND_REQ.C，D12命令接口D12CI.C，硬件提取层EPPHAL.C，图5显示了固件模块组成与主要工作过程。
[table=98%][tr][td][img=350,171]file:///K:/资料/项目/xsj064255w.asp_files/xsj064255w-5.jpg[/img][/td][/tr][/table]各部分的基本功能如下：
a）主循环MAINLOOP.C：初始化单片机CPU和PDIUSBD12芯片，检查事件标志，并进入对应的子程序进行进一步的处理。
b）中断服务程序ISB.C，（Interrupt Service Routine）：这部分代码主要处理有D12芯片产生的中断，从D12内部取数据到CPU的RAM中，并建立事件标志，以通知主程序处理。
c）标准设备请求STAND_REQ.C：处理标准的USB器件请求。
d）D12命令接口D12CI.C：定义了访问D12功能的命令的接口。
e）硬件提取层EPPHAL.C：固件中最低底层的代码，执行对D12和硬件I/O的相关访问。
4 结束语
随着投影仪市场的发展和多媒体会议工具的普及，人们对便携式计算机控制器的需求也逐步增长，本设计实现了幻灯片的基本控制功能，具有低功耗、数据传输稳定、遥控距离远等特点，还有很大的功能扩展空间，具有很大的市场潜力。

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