引言
　　
　　USB接口由于其方便靈活、獨(dú)立供電的特點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)中。采用T1公司的第二代SOC芯片CC2531，實(shí)現(xiàn)了基于USB接口的虛擬串口通信，并以溫度監(jiān)測系統(tǒng)將其引入到實(shí)際工程中來。
　　
　　1、CDC類簡介
　　
　　在USB的文件中，定義了將某種相同屬性的設(shè)備整合在一起的群體，稱之為類。這樣做可以同時開發(fā)該類的驅(qū)動程序，提高了驅(qū)動程序的復(fù)用性。CDC類是通信設(shè)備類的簡稱，是專為各種通信設(shè)備定義的子類。根據(jù)應(yīng)用場合的不同，CDC類可以分成以下不同的模型：POST（傳統(tǒng)純業(yè)務(wù)）模型、ISDN模型和Networking（網(wǎng)絡(luò)）模型。其中，POST模型又可以分為DL（直接線控制）模型、AC（抽象控制）模型、Datapump（數(shù)據(jù)泵）模型、T（）模型。CDC類的結(jié)構(gòu)如圖1所示。本文的USB接口開發(fā)就屬于POST模型下的AC模型。　　
　　此外，CDC又由CommunicationInterfaceClass（通信接口類）和DataInterfaceClass（數(shù)據(jù)接口類）組成。通信接口類主要負(fù)責(zé)設(shè)備的管理和控制，數(shù)據(jù)接口類則負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的傳輸。不同的模型端點(diǎn)需求不同，對系統(tǒng)所用的抽象控制模型來說，通信接口類需要一個控制端點(diǎn)（ControlEndpoint）來管理設(shè)備的枚舉、虛擬串口的波特率和數(shù)據(jù)類型的設(shè)置。數(shù)據(jù)接口類的需求相對比較靈活，本例中采用一個塊傳輸IN端點(diǎn)和一個等時傳輸OUT端點(diǎn)。
　　
　　2、CC2531芯片簡介
　　
　　CC2531是TI公司針對2．4GHzISM頻帶推出的第二代支持ZigBee／IEEE802．15．4協(xié)議的片上集成芯片。
　　
　　其內(nèi)部集成了高性能射頻收發(fā)器、工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)增強(qiáng)型8051MCU內(nèi)核、256KBFlash和8KBRAM；具有1個USB全速接口、2個USART、8位和16位定時器、看門狗定時器、8路輸入可配置的12位ADC、21個GPIO、AES128協(xié)同處理器；硬件支持CSMA-CA、數(shù)字化的RSSI／LQI和強(qiáng)大的DMA功能，具有電池監(jiān)測和溫度感測功能。
　　
　　CC2531全速USB接口的結(jié)構(gòu)如圖2所示。其特性如下：　　
　　◆全速操作（12Mbps）；
　　
　　◆6個端口，端口0為控制端點(diǎn)，其余5個為數(shù)據(jù)傳輸端點(diǎn)；
　　
　　◆具有1KBSRAM（FIFO）存儲USB數(shù)據(jù)包；
　　
　　◆端口支持的數(shù)據(jù)包大小為8～512字節(jié)；
　　
　　◆支持雙緩沖傳輸模式。
　　
　　端點(diǎn)0（EP0）為控制端點(diǎn)，枚舉階段的通信都是通過該端口完成的。端點(diǎn)1～5（EP1～5）可以通過SFR配置為等時、塊、中斷3種傳輸方式。其中塊傳輸端點(diǎn)和中斷傳輸端點(diǎn)對應(yīng)的USB寄存器設(shè)置是一樣的，但在固件方面具有不同的屬性。同時為了加快數(shù)據(jù)傳輸，還可以使用雙緩沖模式。在配置各個端點(diǎn)的屬性之前，必須通過特殊寄存器USBINDEX來選擇不同的端點(diǎn)，以此來選擇當(dāng)前進(jìn)行配置的端點(diǎn)寄存器組。
　　
　　3、USB通信的實(shí)現(xiàn)
　　
　　CC2531的USB硬件連接很簡單，如圖3所示。采用USB總線供電方式，通過電壓轉(zhuǎn)換芯片AM1117-3．3為硬件電路提供3．3V電壓（圖中未畫出）。由于該設(shè)備為全速設(shè)備，因此D+信號線通過電阻上拉。　　
　　按照CDC類抽象控制模型對端點(diǎn)的需求，采用端點(diǎn)0作為控制端點(diǎn)，完成設(shè)備的枚舉和串口參數(shù)的設(shè)置。將端點(diǎn)2和端點(diǎn)4分配給數(shù)據(jù)接口子類，作為IN和OUT端點(diǎn)，虛擬串口的數(shù)據(jù)傳輸主要在這兩個端點(diǎn)進(jìn)行。具體的配置如下：　　
　　下面以IN端點(diǎn)2為例，說明數(shù)據(jù)如何通過USB接口傳遞到電腦上。當(dāng)電腦發(fā)出IN請求時，如果USB端點(diǎn)2的FIFO非空，就向電腦發(fā)送FIFO里的內(nèi)容；如果FIFO為空，則向電腦發(fā)送一個空包作為回應(yīng)。CC2531通過寄存器位USBCSIL．INPKT_RDY來控制電腦和8051MCU內(nèi)核對USB的FIFO的使用權(quán)。當(dāng)INPKT_RDY=1時，電腦正在對USB端口進(jìn)行訪問，8051MCU內(nèi)核無法向FIFO內(nèi)寫入數(shù)據(jù)；當(dāng)INPKT_RDY=0時，8051MCU內(nèi)核可以將發(fā)送數(shù)據(jù)寫入FIFO內(nèi)，置位INPKT_RDY=1，完成數(shù)據(jù)的上傳。其流程如圖4所示。　　
　　4、溫度采集的實(shí)現(xiàn)
　　
　　采用CC2531作為溫度數(shù)據(jù)的匯聚節(jié)點(diǎn)，采用IEEE802．15．4協(xié)議組成一個由10個采集終端組成的星狀網(wǎng)絡(luò)，對終端節(jié)點(diǎn)的溫度進(jìn)行采集。終端節(jié)點(diǎn)硬件由CC2530實(shí)現(xiàn)，溫度傳感器采用DS18B20。上位機(jī)由VisualC++編寫，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時顯示，并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲和歷史溫度查詢。CC2531的USB設(shè)備描述符里聲明PID=0x1000，VID=0x0451，UBS驅(qū)動采用WindowsXP系統(tǒng)提供的usbser．sys。溫度采集結(jié)果如圖5所示。　　
　　5、結(jié)語
　　
　　采用CC2531無線單片機(jī)，實(shí)現(xiàn)了基于USB接口的虛擬串口通信，并詳細(xì)介紹了基于CDC類的USB虛擬串口通信的實(shí)現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，數(shù)據(jù)傳輸率滿足采用IEEE802．15．4協(xié)議的低速無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的要求，同時又避免了PC端驅(qū)動程序的開發(fā)，具有一定的實(shí)際意義。