2024年6月13日发(作者：哀念巧)
2010年第01期，第43卷 通 信 技 术 Vol.43，No.01,2010
总第217期 Communications Technology No.217,Totally
基于USB的无线传输系统设计与实现
董 玮， 周鲁宁
②
（①大连东软信息学院，辽宁 大连 116023；②沈阳职业技术学院，辽宁 沈阳 110045）
①
【摘 要】无线通信技术是一种普遍用于数据传输的技术。为了提高无线数据传输系统的实用性，介绍了基于USB2.0的
无线数据传输系统的设计与实现，该系统中使用单片机进行控制，实现了USB2.0与串行接口的通信，数据经无线传输后控制
手持式便携设备。该系统已经在实际教学仿真器中进行了应用，可以很好地实现上位机图形界面与下位机运行的一致，有较
好的应用效果。
【关键词】USB2.0；无线数据传输；单片机
【中图分类号】TN919.72 【文献标识码】A 【文章编号】1002-0802(2010)01-0004-03
Design and Implementation of Wireless Transmission System
Based on USB
DONG Wei， ZHOU Lu-ning
②
(①Neusoft Institute of Information, Dalian Liaoning 116023, China；
②Shenyang Polytechnic College, Shenyang Liaoning 110045, China)
①
【Abstract】Wireless communication is a popularly-used technology for data transmission. To improve the
practicability of wireless data transmission system, a wireless transmission system based on USB2.0 is proposed
in this paper. This system, with SCM for control, implements the communication between USB2.0 and serial interface,
and the after-transmission data is to control PDA. The system is simulated in reality and excellent application
result is achieved.
【Key words】USB2.0；wireless transmission system；SCM
0 引言
距离产生了通信的需求，距离的增加对通信提出了更高
的要求。和有线通信相比，无线通信技术由于其更为方便实
用而越来越得到更多的应用，实现无线传输的方案也是多种
多样
[1-2]
口、并行接口等接口实现通信。本文中通过USB2.0接口实
现了一个无线通信系统，系统的连接如图1所示。
。本文中设计并实现了一种应用无线传输技术的单片
机系统，该系统中使用USB2.0接口与上位机相连，将数据
传输到下位机，数据经无线传输后控制手持式便携设备。应
用该系统的教学仿真器已经在实际中进行了应用，且得到了
很好的效果。
图1 无线传输系统连接
由图1中可以看出，上位机接收用户操作，通过USB2.0
接口发出，传输到下位机，数据经下位机处理后经无线发送
设备发出。无线接收设备接收到发射出的信号后，将相应的
信息显示在手持设备上，从而实现了上位机与手持设备之间
的无线通信。这里，在手持设备上使用LED显示上位机同步
信息，因此，设计出无线传输系统的系统结构图如下页图2
所示。
1 系统的设计
为了实现计算机对某些系统的控制，常常使用单片机
对下位机进行控制，而上位机和下位机之间可以通过串行接
收稿日期：2009-01-16。
作者简介：董 玮（1975-），女，副教授，主要从事嵌入式系统设计与
开发的研究工作；周鲁宁（1978-），男，助教，主要从事自
动化控制的研究工作。
4
（1）数据发送平台的实现
数据发送平台工作原理如图3所示，是将PC机产生的
动作数据通过USB接口芯片接收到接收处理器内，然后由接
收处理器进行地址和数据的混编处理后，再送入无线数据发
送处理器，最后把数据和地址一同通过处理器的串行通信口
送入无线发送模块将混合数据发送出去。
图2 无线传输系统结构
2 系统的具体实现
2.1 USB2.0接口转串行接口的功能实现
由于下位机与上位机的连接采用目前较为流行的
USB2.0接口，以便于广泛的应用，但是由于下位机所使用的
51单片机不支持USB接口，只支持标准的双工串行接口，因
此需要在USB接口与串行接口之间进行数据转换。这里采用
[3]
FT232BM芯片
完成此项功能。
图3 数据发送平台电路
（2）数据接收平台的实现
数据接收平台工作原理如图4所示，是将发送平台的数
据正确的接收到平台上，当整套硬件平台通电后接收平台会
不断接收到由发送平台发送过来的连接码，这个连接码在整
个无线接收区域所有无线接收平台都会接收到此连接码，当
发送平台得到要发送的数据后，就会进入数据传送协议，接
收平台也会按照自编的接收协议来接收数据，当数据由无线
接收模块接收后通过接收处理器的串口传入接收处理器，再
由接收处理器对接收到的混合数据进行地址和数据分离后
传给接收平台显示处理器驱动相应的LED发光二极管。
FT232BM的主要功能是进行USB和串口之间的协议转
换。芯片一方面可从主机接收USB数据，并将其转换为串口
的数据流格式发送给外设，另一方面外设可通过串口将数据
转换为USB的数据格式传回主机。中间的转换工作全部由芯
片自动完成，开发者无须考虑固件的设计。FT232BM内部主
要由USB收发器、串行接口引擎USB协议引擎和先进先出
（FIFO）控制器等构成。USB收发器提供USB1.1/2.0的全速
物理接口到USB总线，支持UHCI/OHCI主控制器；串行接口
引擎主要用于完成USB数据的串/并双向转换，并按照USB1.1
规范来完成USB数据流的位填充/位反填充，以及循环冗余
校验码（CRC5/CRC16）的产生和检错，USB协议引擎管理来
自USB设备控制端口的数据流；FIFO控制器处理外部接口和
收发缓冲区间的数据转换。FIFO控制器实现与单片机（如
AT89C51等）的接口，主要通过2根数据线P30和P31及读
写控制线来完成和单片机的数据交互。FT232BM内含两个
FIFO数据缓冲区，一个是128字节的接收缓冲区，另一个是
384字节的发送缓冲区。
2.2 无线数据传输的实现
根据系统的设计，无线数据传输部分由无线发射模块
和无线接收模块两部分组成，无线发射模块选用GDTX6，它
具有功率大发射频率稳定不受周边温度变化而改变等特点；
无线接收模块选用GD-R5B，它是VHF/UHF超高频无线数据传
送高品质超外差接收模块，采用超高频，低噪声大规模集成
电路，是具有极高性价比，有完善的抗静电保护，可靠性高
及远距离传输的接收模块。
图4 数据接收平台电路
（3）数据传输协议的实现
由于数据发送平台与数据接收平台之间的通讯是无线
数据连接，因此也需要一定的协议。这个协议的实现是当发
送平台通电后会一直向整个无线有效范围内发送连接码，连
接码的发送频率是稳定的，接收平台通电后会一直接收到来
5
自发送平台的连接码，但接收到连接码后会放弃并不保存。
当上位机向下发送数据时，发送平台开始进入发送协议状
态，首先发同步码，然后是地址码，地址发送后发送数据，
最后发送结束码，图5为发送程序流程图。接收平台当接收
到同步码后，进入数据协议接收状态，首先接收地址码，接
收后会在内部快速验证是否和本地址一致，如果不一致将退
出协议，如果一致则开始接收数据，最后接收结束码并进行
校验，如果数据正确则把接收的数据传送显示，否则丢弃数
据，图6为接收程序流程图。
3 系统的实际应用
该无线数据传输系统已经在教学中进行了实际应用，开
发者在该系统的基础上制作了“计算机硬件开发平台”以及
“基本逻辑门演示系统”两个教学仿真器。
“计算机硬件开发平台”作为一个基础的硬件开发平
台，整体电路简单明了、与上位机接口方便且功能齐全，使
开发者在平台上作二次开发容易，初学者也非常容易上手，
方便计算机硬件爱好者的学习。
“基本逻辑门演示系统”使用VB开发了上位机的演示
界面，可以演示常用的逻辑门功能，系统调用Windows的API
函数来对PC机的COM1口进行数据发送，通过无线数据传输，
在手持便携设备上由LED显示与上位机同样的操作结果，从
而实现了无线控制。
4 结语
使用USB2.0接口以及无线数据传输模块设计实现的系
统，不仅设计合理，而且使用方便，在实际中已经进行了应
图5 发送程序流程
用，有很高的实用价值。今后，系统将采用蓝牙通信进行优
化
参考文献
[1] 阎红艳. 一种实现无线数据传输的设计方案[J]. 通信技术，2009，
42（06）：24-26.
[2] 刘小冲，陈常英，赵俊,等. 一种甚高速运动体近距离无线数据传输
系统[J]. 通信技术，2008，41（04）：16-18.
[3] 夏建锋，肖华军，包丽惠. 基于FT8U232BM的USB-HART通信接口的
开发[J]. 自动化仪表，2006，27（05）：73-79.
[4] 彭述清，施心陵，苗爱敏,等. 嵌入式蓝牙协议的数据传输实现[J].
通信技术，2009，42（09）：32-34.
[5] 戴小梅，庄亦琪. 微微网同频干扰对蓝牙数据传输的影响[J]. 通信
[4-5]
，进一步提高通信性能。
图6 接收程序流程
（上接第3页）
约束程度的差异为依据，用判决反馈方式实现SNR的精估
计。仿真表明，该算法能以较小的计算复杂度，在低SNR
下实现LDPC编码的BPSK系统较高精度的SNR估计。而
且，因该算法采用的参数都是通用的译码软信息及采用EM
算法容易计算的参数，它还可扩展到采用其他调制方式的
通信系统。
参考文献
[1] MacKay D J. Good Error-Correcting Codes Based on Very Sparse
Matrices[J]. IEEE Transaction on Information Theory, 1999,
45(02):399-431.
[2] Summers T A, Wilson S G. SNR Mismatch and Online Estimation
in Turbo Decoding [J]. IRE Transaction on Communications, 1998,
46(04): 421-423.
技术，2007，40（11）：60-62.
[3] Pauluzzi D R, Beaulieu N C. A Comparison of SNR Estimation
Techniques for the AWGN Channel[J]. IEEE Transaction on
Communications, 2000, 48(10):1681-1691.
[4] 李妍，赵艳杰，李怀金.一种SSB信号频域信噪比估计算法[J]. 通
信技术, 2009, 42(03): 19-21.
[5] 刘晨，王大鸣.ISI信道下的突发通信信噪比估计[J].通信技术,
2008, 41(09): 17-22.
[6] Wu N, Wang H, Kuang J M. Code-aided SNR Estimation Based on
Expectation Maximisation Algorithm[J]. Electronics Letters,
2008, 44(15):123-124.
[7] Lee D U, Valles E L, Villasenor J D, et al. Joint LDPC Decoding
and Timing Recovery Using Code Constraint Feedback[J]. IEEE
Communication Letters, 2006, 10 (03):189-191.
[8] IEEE P802.11n. Draft IEEE Standard for Local Metropolitan
Networks-Specific Requirements. Annex P: LDPC Matrix
Definitions[S]. New York: IEEE 802.11n, 2006.
6
2024年6月13日发(作者：哀念巧)
2010年第01期，第43卷 通 信 技 术 Vol.43，No.01,2010
总第217期 Communications Technology No.217,Totally
基于USB的无线传输系统设计与实现
董 玮， 周鲁宁
②
（①大连东软信息学院，辽宁 大连 116023；②沈阳职业技术学院，辽宁 沈阳 110045）
①
【摘 要】无线通信技术是一种普遍用于数据传输的技术。为了提高无线数据传输系统的实用性，介绍了基于USB2.0的
无线数据传输系统的设计与实现，该系统中使用单片机进行控制，实现了USB2.0与串行接口的通信，数据经无线传输后控制
手持式便携设备。该系统已经在实际教学仿真器中进行了应用，可以很好地实现上位机图形界面与下位机运行的一致，有较
好的应用效果。
【关键词】USB2.0；无线数据传输；单片机
【中图分类号】TN919.72 【文献标识码】A 【文章编号】1002-0802(2010)01-0004-03
Design and Implementation of Wireless Transmission System
Based on USB
DONG Wei， ZHOU Lu-ning
②
(①Neusoft Institute of Information, Dalian Liaoning 116023, China；
②Shenyang Polytechnic College, Shenyang Liaoning 110045, China)
①
【Abstract】Wireless communication is a popularly-used technology for data transmission. To improve the
practicability of wireless data transmission system, a wireless transmission system based on USB2.0 is proposed
in this paper. This system, with SCM for control, implements the communication between USB2.0 and serial interface,
and the after-transmission data is to control PDA. The system is simulated in reality and excellent application
result is achieved.
【Key words】USB2.0；wireless transmission system；SCM
0 引言
距离产生了通信的需求，距离的增加对通信提出了更高
的要求。和有线通信相比，无线通信技术由于其更为方便实
用而越来越得到更多的应用，实现无线传输的方案也是多种
多样
[1-2]
口、并行接口等接口实现通信。本文中通过USB2.0接口实
现了一个无线通信系统，系统的连接如图1所示。
。本文中设计并实现了一种应用无线传输技术的单片
机系统，该系统中使用USB2.0接口与上位机相连，将数据
传输到下位机，数据经无线传输后控制手持式便携设备。应
用该系统的教学仿真器已经在实际中进行了应用，且得到了
很好的效果。
图1 无线传输系统连接
由图1中可以看出，上位机接收用户操作，通过USB2.0
接口发出，传输到下位机，数据经下位机处理后经无线发送
设备发出。无线接收设备接收到发射出的信号后，将相应的
信息显示在手持设备上，从而实现了上位机与手持设备之间
的无线通信。这里，在手持设备上使用LED显示上位机同步
信息，因此，设计出无线传输系统的系统结构图如下页图2
所示。
1 系统的设计
为了实现计算机对某些系统的控制，常常使用单片机
对下位机进行控制，而上位机和下位机之间可以通过串行接
收稿日期：2009-01-16。
作者简介：董 玮（1975-），女，副教授，主要从事嵌入式系统设计与
开发的研究工作；周鲁宁（1978-），男，助教，主要从事自
动化控制的研究工作。
4
（1）数据发送平台的实现
数据发送平台工作原理如图3所示，是将PC机产生的
动作数据通过USB接口芯片接收到接收处理器内，然后由接
收处理器进行地址和数据的混编处理后，再送入无线数据发
送处理器，最后把数据和地址一同通过处理器的串行通信口
送入无线发送模块将混合数据发送出去。
图2 无线传输系统结构
2 系统的具体实现
2.1 USB2.0接口转串行接口的功能实现
由于下位机与上位机的连接采用目前较为流行的
USB2.0接口，以便于广泛的应用，但是由于下位机所使用的
51单片机不支持USB接口，只支持标准的双工串行接口，因
此需要在USB接口与串行接口之间进行数据转换。这里采用
[3]
FT232BM芯片
完成此项功能。
图3 数据发送平台电路
（2）数据接收平台的实现
数据接收平台工作原理如图4所示，是将发送平台的数
据正确的接收到平台上，当整套硬件平台通电后接收平台会
不断接收到由发送平台发送过来的连接码，这个连接码在整
个无线接收区域所有无线接收平台都会接收到此连接码，当
发送平台得到要发送的数据后，就会进入数据传送协议，接
收平台也会按照自编的接收协议来接收数据，当数据由无线
接收模块接收后通过接收处理器的串口传入接收处理器，再
由接收处理器对接收到的混合数据进行地址和数据分离后
传给接收平台显示处理器驱动相应的LED发光二极管。
FT232BM的主要功能是进行USB和串口之间的协议转
换。芯片一方面可从主机接收USB数据，并将其转换为串口
的数据流格式发送给外设，另一方面外设可通过串口将数据
转换为USB的数据格式传回主机。中间的转换工作全部由芯
片自动完成，开发者无须考虑固件的设计。FT232BM内部主
要由USB收发器、串行接口引擎USB协议引擎和先进先出
（FIFO）控制器等构成。USB收发器提供USB1.1/2.0的全速
物理接口到USB总线，支持UHCI/OHCI主控制器；串行接口
引擎主要用于完成USB数据的串/并双向转换，并按照USB1.1
规范来完成USB数据流的位填充/位反填充，以及循环冗余
校验码（CRC5/CRC16）的产生和检错，USB协议引擎管理来
自USB设备控制端口的数据流；FIFO控制器处理外部接口和
收发缓冲区间的数据转换。FIFO控制器实现与单片机（如
AT89C51等）的接口，主要通过2根数据线P30和P31及读
写控制线来完成和单片机的数据交互。FT232BM内含两个
FIFO数据缓冲区，一个是128字节的接收缓冲区，另一个是
384字节的发送缓冲区。
2.2 无线数据传输的实现
根据系统的设计，无线数据传输部分由无线发射模块
和无线接收模块两部分组成，无线发射模块选用GDTX6，它
具有功率大发射频率稳定不受周边温度变化而改变等特点；
无线接收模块选用GD-R5B，它是VHF/UHF超高频无线数据传
送高品质超外差接收模块，采用超高频，低噪声大规模集成
电路，是具有极高性价比，有完善的抗静电保护，可靠性高
及远距离传输的接收模块。
图4 数据接收平台电路
（3）数据传输协议的实现
由于数据发送平台与数据接收平台之间的通讯是无线
数据连接，因此也需要一定的协议。这个协议的实现是当发
送平台通电后会一直向整个无线有效范围内发送连接码，连
接码的发送频率是稳定的，接收平台通电后会一直接收到来
5
自发送平台的连接码，但接收到连接码后会放弃并不保存。
当上位机向下发送数据时，发送平台开始进入发送协议状
态，首先发同步码，然后是地址码，地址发送后发送数据，
最后发送结束码，图5为发送程序流程图。接收平台当接收
到同步码后，进入数据协议接收状态，首先接收地址码，接
收后会在内部快速验证是否和本地址一致，如果不一致将退
出协议，如果一致则开始接收数据，最后接收结束码并进行
校验，如果数据正确则把接收的数据传送显示，否则丢弃数
据，图6为接收程序流程图。
3 系统的实际应用
该无线数据传输系统已经在教学中进行了实际应用，开
发者在该系统的基础上制作了“计算机硬件开发平台”以及
“基本逻辑门演示系统”两个教学仿真器。
“计算机硬件开发平台”作为一个基础的硬件开发平
台，整体电路简单明了、与上位机接口方便且功能齐全，使
开发者在平台上作二次开发容易，初学者也非常容易上手，
方便计算机硬件爱好者的学习。
“基本逻辑门演示系统”使用VB开发了上位机的演示
界面，可以演示常用的逻辑门功能，系统调用Windows的API
函数来对PC机的COM1口进行数据发送，通过无线数据传输，
在手持便携设备上由LED显示与上位机同样的操作结果，从
而实现了无线控制。
4 结语
使用USB2.0接口以及无线数据传输模块设计实现的系
统，不仅设计合理，而且使用方便，在实际中已经进行了应
图5 发送程序流程
用，有很高的实用价值。今后，系统将采用蓝牙通信进行优
化
参考文献
[1] 阎红艳. 一种实现无线数据传输的设计方案[J]. 通信技术，2009，
42（06）：24-26.
[2] 刘小冲，陈常英，赵俊,等. 一种甚高速运动体近距离无线数据传输
系统[J]. 通信技术，2008，41（04）：16-18.
[3] 夏建锋，肖华军，包丽惠. 基于FT8U232BM的USB-HART通信接口的
开发[J]. 自动化仪表，2006，27（05）：73-79.
[4] 彭述清，施心陵，苗爱敏,等. 嵌入式蓝牙协议的数据传输实现[J].
通信技术，2009，42（09）：32-34.
[5] 戴小梅，庄亦琪. 微微网同频干扰对蓝牙数据传输的影响[J]. 通信
[4-5]
，进一步提高通信性能。
图6 接收程序流程
（上接第3页）
约束程度的差异为依据，用判决反馈方式实现SNR的精估
计。仿真表明，该算法能以较小的计算复杂度，在低SNR
下实现LDPC编码的BPSK系统较高精度的SNR估计。而
且，因该算法采用的参数都是通用的译码软信息及采用EM
算法容易计算的参数，它还可扩展到采用其他调制方式的
通信系统。
参考文献
[1] MacKay D J. Good Error-Correcting Codes Based on Very Sparse
Matrices[J]. IEEE Transaction on Information Theory, 1999,
45(02):399-431.
[2] Summers T A, Wilson S G. SNR Mismatch and Online Estimation
in Turbo Decoding [J]. IRE Transaction on Communications, 1998,
46(04): 421-423.
技术，2007，40（11）：60-62.
[3] Pauluzzi D R, Beaulieu N C. A Comparison of SNR Estimation
Techniques for the AWGN Channel[J]. IEEE Transaction on
Communications, 2000, 48(10):1681-1691.
[4] 李妍，赵艳杰，李怀金.一种SSB信号频域信噪比估计算法[J]. 通
信技术, 2009, 42(03): 19-21.
[5] 刘晨，王大鸣.ISI信道下的突发通信信噪比估计[J].通信技术,
2008, 41(09): 17-22.
[6] Wu N, Wang H, Kuang J M. Code-aided SNR Estimation Based on
Expectation Maximisation Algorithm[J]. Electronics Letters,
2008, 44(15):123-124.
[7] Lee D U, Valles E L, Villasenor J D, et al. Joint LDPC Decoding
and Timing Recovery Using Code Constraint Feedback[J]. IEEE
Communication Letters, 2006, 10 (03):189-191.
[8] IEEE P802.11n. Draft IEEE Standard for Local Metropolitan
Networks-Specific Requirements. Annex P: LDPC Matrix
Definitions[S]. New York: IEEE 802.11n, 2006.
6