中心議題：

• CC2531芯片簡介
• USB通信的實現
• 溫度采集的實現

解決方案：

• 終端節點硬件由CC2530實現
• 溫度傳感器采用DS18B20
• 上位機由Visual C++編寫

USB接口由於其方便靈活、獨立供電的特點
，已廣泛應用於數據采集與監控係統中。采用TI公司的第二代SOC芯片CC2531,實現了基於USB接口的虛擬串口通信，並以溫度監測係統將其引入到實際工程中來。　　

1  CDC類簡介　　

在USB的(de)文(wen)件(jian)中(zhong)，定(ding)義(yi)了(le)將(jiang)某(mou)種(zhong)相(xiang)同(tong)屬(shu)性(xing)的(de)設(she)備(bei)整(zheng)合(he)在(zai)一(yi)起(qi)的(de)群(qun)體(ti)，稱(cheng)之(zhi)為(wei)類(lei)。這(zhe)樣(yang)做(zuo)可(ke)以(yi)同(tong)時(shi)開(kai)發(fa)該(gai)類(lei)的(de)驅(qu)動(dong)程(cheng)序(xu)，提(ti)高(gao)了(le)驅(qu)動(dong)程(cheng)序(xu)的(de)複(fu)用(yong)性(xing)。CDC類是通信設備類的簡稱
，是專為各種通信設備定義的子類。根據應用場合的不同，CDC類可以分成以下不同的模型：POST（傳統純電話業務）模型
、ISDN模型和Networking（網絡）模型。其中
，POST模型又可以分為DL（直接線控製）模型、AC（抽象控製）模型
、Datapump（數據泵）模型
、T（電話）模型。CDC類的結構如圖1所示。本文的USB接口開發就屬於POST模型下的AC模型。
 

圖1  CDC類結構圖　　

此外，CDC又由CommunicatiON Interface Class（通信接口類）和Data Interface Class（數據接口類）組zu成cheng。通tong信xin接jie口kou類lei主zhu要yao負fu責ze設she備bei的de管guan理li和he控kong製zhi，數shu據ju接jie口kou類lei則ze負fu責ze數shu據ju的de傳chuan輸shu。不bu同tong的de模mo型xing端duan點dian需xu求qiu不bu同tong

，對dui係xi統tong所suo用yong的de抽chou象xiang控kong製zhi模mo型xing來lai說shuo，通tong信xin接jie口kou類lei需xu要yao一yi個ge控kong製zhi端duan點dian（Control Endpoint）來管理設備的枚舉
、虛擬串口的波特率和數據類型的設置。數據接口類的需求相對比較靈活，本例中采用一個塊傳輸 IN端點和一個等時傳輸OUT端點。　　

2  CC2531芯片簡介　　

CC2531是TI公司針對2.4 GHz ISM頻帶推出的第二代支持ZigBee/IEEE 802.15.4協議的片上集成芯片。其內部集成了高性能射頻收發器
、工業標準增強型8051 MCU內核、256 KB Flash和8 KB RAM;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協同處理器；硬件支持CSMACA、數字化的RSSI/LQI和強大的DMA功能
，具有電池監測和溫度感測功能。　　

CC2531全速USB接口的結構如圖2所示。其特性如下：　　
◆ 全速操作（12 Mbps）；　　
◆ 6個端口，端口0為控製端點，其餘5個為數據傳輸端點；　　
◆ 具有1 KB SRAM（FIFO）存儲USB數據包
；　　
◆ 端口支持的數據包大小為8~512字節；　　
◆ 支持雙緩衝傳輸模式。
 

圖2  USB接口結構圖　　

端點0（EP0）為控製端點
，枚舉階段的通信都是通過該端口完成的。端點1~5（EP1~5）可以通過SFR配置為等時
、塊、中斷3種傳輸方式。其中塊傳輸端點和中斷傳輸端點對應的USBjicunqishezhishiyiyangde，danzaigujianfangmianjuyoubutongdeshuxing。tongshiweilejiakuaishujuchuanshu
，haikeyishiyongshuanghuanchongmoshi。zaipeizhigegeduandiandeshuxingzhiqian，bixutongguoteshujicunqiUSBINDEX來選擇不同的端點
，以此來選擇當前進行配置的端點寄存器組。　　
[page]
3  USB通信的實現　　

CC2531的USB硬件連接很簡單
，如圖3所示。采用USB總線供電方式，通過電壓轉換芯片AM11173.3為硬件電路提供3.3 V電壓（圖中未畫出）。由於該設備為全速設備，因此D+信號線通過電阻上拉。
 

圖3  CC2531的USB硬件連接

按照CDC類抽象控製模型對端點的需求，采用端點0作為控製端點，完成設備的枚舉和串口參數的設置。將端點2和端點4分配給數據接口子類，作為IN和OUT端點，虛擬串口的數據傳輸主要在這兩個端點進行。具體的配置如下：　　

currentLineCoding.dteRate=HAL_UART_BAUDRATE_115200;//波特率設置　　
currentLineCoding.charFormat=CDC_CHAR_FORMAT_1_STOP_BIT;//1個停止位　　
currentLineCoding.parityType=CDC_PARITY_TYPE_NONE;//無奇偶校驗　　
currentLineCoding.dataBits=8;//8位數據　　
USBINDEX=0x02;//選擇端點2　　
USBCSIH=0x01; //方向：IN塊傳輸，雙緩衝模式　　
USBMAXI=0x20;//最大包數目 256字節（8字節為單位）　　
USBINDEX=0x04;//選擇端點4　　
USBCSOH=0x40;//方向：OUT等時傳輸，單緩衝模式　　
USBMAXO=0x20;//最大包數目 256字節（8字節為單位）　　

下麵以IN端點2為例，說明數據如何通過USB接口傳遞到電腦上。當電腦發出IN請求時，如果USB端點2的FIFO非空，就向電腦發送FIFO裏的內容；如果FIFO為空，則向電腦發送一個空包作為回應。CC2531通過寄存器位USBCSIL.INPKT_RDY來控製電腦和8051 MCU內核對USB的FIFO的使用權。當INPKT_RDY=1時，電腦正在對USB端口進行訪問



，8051 MCU內核無法向FIFO內寫入數據；當INPKT_RDY=0時
，8051 MCU內核可以將發送數據寫入FIFO內，置位INPKT_RDY=1,完成數據的上傳。其流程如圖4所示。
 

圖4  端點2數據流程　　

4  溫度采集的實現　　

采用CC2531作為溫度數據的彙聚節點，采用IEEE 802.15.4協議組成一個由10個采集終端組成的星狀網絡，對終端節點的溫度進行采集。終端節點硬件由CC2530實現

，溫度傳感器采用DS18B20.上位機由Visual C++編寫


，實現數據的實時顯示，並實現數據的存儲和曆史溫度查詢。CC2531的USB設備描述符裏聲明PID=0x1000,VID=0x0451,UBS驅動采用Windows XP係統提供的usbser.sys.溫度采集結果如圖5所示。
 

圖5  溫度采集結果　　

結語　　

采用CC2531無線單片機

，實現了基於USB接口的虛擬串口通信
，並詳細介紹了基於CDC類的USB虛擬串口通信的實現。實驗結果表明
，數據傳輸率滿足采用IEEE 802.15.4協議的低速無線傳感器網絡的要求，同時又避免了PC端驅動程序的開發，具有一定的實際意義。