??? 摘 要： 設計了一種基于無線射頻芯片nRF24L01和USB芯片FT245BM的文件傳輸系統，介紹了其硬件電路設計和軟件控制程序設計，并給出了一些實驗數據。經實測，該系統運行穩定，傳輸可靠，平均傳輸速率可達到256kb/s。
??? 關鍵詞： nRF24L01? FT245BM? 無線傳輸
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??? USB通用串行總線為USB設備與主機之間大量的數據傳輸提供了高速、可靠的傳輸協議。目前U盤被廣泛用于兩臺計算機之間的文件傳輸，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盤當中，則這些病毒很可能會給用戶帶來不必要的損失；此外當傳輸數據量較小時，反復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的發展，其應用場合已越來越多，比如儀器儀表、計算機遙測遙控系統、家庭網絡系統等[1]。USB接口通信和無線通信都有著各自的優勢，倘若把它們結合起來，揚長避短，定會有更大的應用前景。
??? 本文采用PIC16F877單片機、USB芯片FT245BM和無線芯片nRF24L01組成無線文件傳輸系統，充分利用USB口數據傳輸功能,設備連接方便,可進行文件雙向傳輸。
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是單片射頻收發芯片，工作于2.4GHz～2.5GHz頻段，工作電壓為1.9V～3.6V，有多達125個頻道可供選擇,最高通信速率2Mb/s,具有自動應答和重發功能，其工作參數全部通過芯片狀態字配置。微處理器通過SPI訪問L01，將配置狀態字寫入L01中，可將其配置為發射、接收、空閑及掉電模式。芯片內置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器、調制器等功能模塊，并融進了增強型ShockBurst技術。該項技術為L01所特有，它使得雙向通信協議變得簡單。
1.2 USB芯片FT245BM
??? FT245BM芯片是由FTDI公司推出的第二代USB芯片，它的功能是實現USB接口與并行I/O" title="I/O">I/O接口之間數據的雙向傳輸。它由3.3V穩壓器、USB收發器、鎖相環、串行接口引擎(SIE)、FIFO控制器、USB協議引擎、FIFO接收緩沖區、發送緩沖區以及6MHz振蕩器、8倍頻時鐘倍頻器等組成。一方面，當外部設備" title="外部設備">外部設備有數據要傳給主機時，數據通過8位并行I/O接口傳給USB芯片內部的數據緩沖區，FT245BM再將8位并行數據轉化為串行數據" title="串行數據">串行數據，通過USB接口把數據發送給主機；另一方面，當主機有數據要給外部設備時，先將串行數據通過USB接口存儲在USB芯片內部緩存區中，FT245BM再將串行數據轉化為8位并行數據，然后通過8位I/O接口把數據傳給外部設備。
2 系統總體設計
??? 本系統采用的核心器件是單片機PIC16F877、無線芯片nRF24L01及USB芯片FT245BM。一個文件要從一臺計算機無線傳給另外一臺計算機，首先要將文件轉換為二進制碼（編碼），然后無線發射，再無線接收，最后將二進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VB程序完成，硬件則只完成二進制碼的傳輸?？紤]到二進制碼還要通過單片機進行中繼，因此單片機與計算機之間采用USB芯片FT245BM連接，無線傳輸則由單片機對L01的控制完成。系統設計總體框圖如圖1所示。
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3 硬件設計
3.1 USB接口設計
??? 單片機對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RXF#為低時，表示主機已經將至少1字節的數據發送到USB的接收緩存區，單片機只需將RD#信號由低置高，就可以把D0～D7上的數據讀到單片機的寄存器中。當TXE#為低時，表示單片機可以把1字節的數據寫入USB，只需把WR信號由高變低，就可以將D0～D7上的數據寫入USB的發送緩存區。注意，當TXE#為高時不可以將數據寫入USB，這時USB的發送緩存區中正在處理上一次寫入的數據或是發送緩存區已經寫滿。同樣，當RXF#為高時，也不能從USB芯片中讀取數據。
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??? 電路設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設備的電源是通過計算機的USB接口供給的，電流要通過該口流入FT245BM設備。自供電方式是指FT245BM設備的電源由自己提供，而不通過主機供給。如果采用總線供電方式，在電源端采用一個磁珠，可以減少主機和設備的干擾。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將采用默認的VID、PID、產品描述符和電源描述符。
3.2 無線部分設計
??? 單片機與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]口進行通信的。SPI通信在無線傳輸中占重要地位。例如：當要配置L01時，那些配置狀態字是通過SPI口寫入L01內的；當要發送數據時地址和有效數據也是通過SPI口寫入L01的；當L01接收完數據時，單片機同樣是通過SPI口將其讀出的，所以必須將單片機與L01采用SPI連接。IRQ則是中斷標志位，單片機查詢此位的狀態就可知道發射或接收是否成功了。
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4 軟件設計" title="軟件設計">軟件設計
??? 系統的工作原理為：首先將兩塊帶有L01和FT245BM的電路板分別插入主機和從機的USB口，以確保上電；然后雙方均運行VB程序，進入文件傳輸發送/接收界面；此時若主機要傳送文件給從機，從機要先點擊接收命令按鈕，以便進入接收狀態等待文件的到來，接著主機點擊發送命令按鈕，彈出選擇文件對話框，選擇要發送的文件后點擊確定，該文件將在一定時間內發送完畢，同時從機會彈出保存對話框，點擊保存按鈕后，文件保存成功，文件傳輸結束。
??? 因此系統的軟件設計分為三部分：VB界面程序、USB軟件設計及單片機控制程序。VB界面程序主要負責文件的獲取、文件的編解碼及文件的保存；USB軟件設計主要確保USB設備能夠穩定工作；單片機控制程序則負責對USB芯片和L01的控制，以完成數據的無線發送/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軟件設計
??? 當外設連接到主機上的USB接口時，主機會檢測到新硬件，這時需安裝一個由FTDI公司免費提供的D2XX驅動程序，在該驅動程序中包含了一個動態鏈接庫（DLL）。使用時需在VB里調用相關的函數。
4.3 單片機控制程序
??? 在該系統中，單片機主要控制L01和FT245BM，實現數據的無線傳輸。單片機的D口作為數據口，B0～B3則作為FT245的讀寫控制及狀態口。L01每次只能傳輸32字節數據，因此將文件分包，每包32字節。另外，約定了一些通信協議：每次發送成功后，向主機回傳“AAH”，以便讓主機發下一包；發送失敗則回傳“CCH”，以便通知主機重發此包數據。為了能夠重發數據包，將每次取得的32字節數據存放在單片機內部RAM內備份，以便出現誤碼時重發。整套系統發射機一直處于發射模式，接收機一直處于接收模式。程序控制流程如圖5所示。
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5 實測數據
??? 在兩臺計算機間進行了不同格式、不同大小的文件的傳輸試驗，結果如表1所示。
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??? 基于24L01和FT245BM的無線文件傳輸系統結構簡單，使用方便，誤碼率低，可靠性高。經大量試驗測得：其傳輸速率約為256kb/s。提高單片機的晶振則可以加快文件的傳輸速度，其應用前景也就更加廣闊。
參考文獻
[1]?肖鐸, 徐潔, 杜鵬英. 基于USB 口的無線數據收發器[J].電子技術應用, 2006，32(7):80-82.
[2]?李學海. PIC單片機原理. 北京：北京航空航天出版社，2004.