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隨著(zhù)計算機技術(shù)和信息技術(shù)的飛速發(fā)展，計算機外設種類(lèi)的增多與有限的主板插槽和端口之間的矛盾日益突出，由Intel，Microsoft等公司聯(lián)合制定的總線(xiàn)接口規范即通用串行總線(xiàn)(Universal Serial Bus，USB)的出現，為解決這一矛盾提出了最好的解決方案。USB具有以下特點(diǎn)： (1)有較高的傳輸速率 USBl．1支持全速和低速2種方式。全速速率為12 Mb／s，低速速率為1．5 Mb／s；USB 2．0除支持USB 1．1的2種速度方式外，還增加了速率可達480Mb／s的高速方式。 (2)他的使用方便靈活， USB支持即插即用和熱插拔，他允許在任何時(shí)候連接和斷開(kāi)外設，當外設被連接時(shí)，系統會(huì )自動(dòng)檢測到外設并準備使用。 (3)他易于擴展 通過(guò)根集線(xiàn)器可攜帶127個(gè)設備，真正實(shí)現多個(gè)外設共用一個(gè)接口。 此外，USB還有可靠性高、成本低、功耗小等優(yōu)點(diǎn)而倍受歡迎。 目前供于開(kāi)發(fā)USB設備的芯片很多，但主要有2類(lèi)：一類(lèi)是帶USB接口的微控制器(MCU)，這些微控制器有些是從底層專(zhuān)用于USB控制的，比如Cypress半導體公司的CY7C63xxx(低速)、CY7C64013(全速)，這類(lèi)微控制器有自己的系統結構和指令；有些微控制器只是增加了USB接口的通用芯片(基于8051內核)，比如Intel公司的8x931，8x930，Cypress半導體公司的EZ-USB；另一類(lèi)是純粹的USB接口芯片，他需要一個(gè)外部微控制器控制，比如朗訊公司的USS820／825，National半導體公司的USBN9602，NetChip公司的NET2888，Philips公司的PDIUSBDll(I2C)和PDIUSBDl2(并行接口)。因此在USB設備開(kāi)發(fā)之前必須根據具體要求選用合適的USB接口芯片，以降低開(kāi)發(fā)成本、減少開(kāi)發(fā)時(shí)間。本文以PDIUSBDl2為USB接口芯片，以ADuC812為控制器完成了USB接口的設計。 1 PDIUSBD12芯片和ADuC812芯片簡(jiǎn)介 1.1 PDIUSBD12簡(jiǎn)介 PDIUSBD12是Philips公司推出的一款特點(diǎn)突出USB接口芯片。該芯片使用8位并行數據線(xiàn)連接到MCU，1位地址線(xiàn)用來(lái)區分寫(xiě)命令或讀寫(xiě)數據，他支持3個(gè)USB端點(diǎn)，1個(gè)端點(diǎn)能保存128B，另2個(gè)能保存256B。 PDIUSBD12完全遵從USB 1．1協(xié)議，他內部集成有串行接口引擎(SIE)、320bFIFO存儲器、收發(fā)器(Transceiver)和電壓調節器，其原理框圖如圖1所示。還有可編程的時(shí)鐘輸出和狀態(tài)LED輸出(GoodLinkTM)，可控制的軟件連接(SoftConnectTM)以及內部上電復位和低電壓復位電路。有2種電源供電方式：內部3．3±0．3V電源和外部電源(電壓范圍3．6～5．5 V)。溫度范圍為一40℃～+85℃，采用28腳SSOP封裝。 對外部微控制器沒(méi)有任何限制，開(kāi)發(fā)者可以選用自己熟悉的MCU來(lái)控制。多種中斷方式方便于塊傳輸(Bulk)和同步傳輸(1sochronous)，使用塊傳輸方式時(shí)的速度可達1Mb／s，同步傳輸的速度可達1 Mb／s。他適合大多數USB設備類(lèi)的設計：圖像設備類(lèi)、大容量存儲設備類(lèi)、通信設備類(lèi)、打印設備類(lèi)、人機接口設備類(lèi)等。 1．2 ADuC812簡(jiǎn)介 ADuC812是美國AD公司首先投入市場(chǎng)的微處理器，其內部集成了完整的8052內核、1個(gè)8通道的12位ADC、2個(gè)12位的電壓輸出DAC，除了8052的256 b RAM外，還有640 b Flash數據存儲器，8 kb Flash程序存儲器。 另外該MCU還有看門(mén)狗定時(shí)器、電源監視器、ADC與數據存儲器之間的DMA功能，以及為多處理器接口和I／O擴展提供了32條可編程的I／O線(xiàn)、I2C兼容的SPI和標準UART串行I／O等。他采用52腳PQF封裝，大小約為1cm2。 同時(shí)，AD公司還為ADuC812的開(kāi)發(fā)提供了完整的硬件調試工具和開(kāi)發(fā)仿真軟件，使得開(kāi)發(fā)變得簡(jiǎn)單方便。因此，ADuC812由于體積小、功耗低、性?xún)r(jià)比高而極具誘人的應用前景。 2 硬件電路設計 由PDIUSBDl2和ADuC812構成的USB接口電路如圖2所示。PDIUSBDl2的8位并行數據接人ADuC812的PO口，地址線(xiàn)A15(P2．7)作為PDIUSBDl2的片選，地址線(xiàn)A14(P2．6)作為PDIUSBDl2的命令或數據的選擇線(xiàn)。在片選信號有效的前提下(P2．7＝0)，當P2．6＝1時(shí)，給PDIUSBDl2發(fā)命令；當P2．6＝0時(shí)，給PDIUSBDl2寫(xiě)數據或從PDIUSBDl2的Buffer中讀數據；因此，地址0x7FFF發(fā)命令，地址0x3FFF讀寫(xiě)數據。PDIUSBDl2與ADuC812的數據交換采用中斷方式(外部中斷0)。他的一個(gè)輸出(GL_N)接LED對其狀態(tài)進(jìn)行監控，這個(gè)LED在USB被連接時(shí)會(huì )發(fā)光，在進(jìn)行數據傳輸時(shí)會(huì )閃爍，LED常亮或一直不亮說(shuō)明USB接口有問(wèn)題。 USB設備通過(guò)4線(xiàn)電纜接入主機或USB Hub，這4線(xiàn)分別是：Vcc(總線(xiàn)電源)，GND(地線(xiàn))，D+和D一(數據線(xiàn))。主機通過(guò)D+和D一上的電壓變化來(lái)檢測到設備的狀態(tài)，當沒(méi)有設備連接到USB端口時(shí)，D+和D一線(xiàn)上的下拉電阻就將2條數據線(xiàn)拉到近地，當檢測到任一條數據線(xiàn)電壓接近Vcc，而其他保持近地電壓，那么主機就知道該設備已經(jīng)準備好了。 主機通過(guò)檢測是哪一條數據線(xiàn)電壓變高來(lái)確定設備是全速或低速，當D+數據線(xiàn)高時(shí)，就為全速；當D一數據線(xiàn)低時(shí)，就為低速。PDIUSBBDl2的全速模式通過(guò)軟連接(SoftConnectTM)在D十上接1個(gè)1．5k12的上拉電阻。 3 固件設計 當設備連接到主機以后，主機通過(guò)給PDIUSBD12的端點(diǎn)0發(fā)送包含標準USB請求的控制傳輸(即Setup包)，PDIUSBD12產(chǎn)生一個(gè)中斷給MCU(INT0)，MCU通過(guò)讀PDIUSBD12的中斷寄存器和最后一次傳輸狀態(tài)寄存器來(lái)對每一個(gè)請求作出響應，并通過(guò)PDIUSBD12的端點(diǎn)0回送請求信息。主機從返回的信息中讀取描述數據，分配和載人一個(gè)設備驅動(dòng)程序并對設備進(jìn)行配置。設備被配置好后，就可以使用配置中支持的端點(diǎn)來(lái)傳輸數據。這一部分工作由MCU來(lái)控制完成，并且該控制程序需要固化在A(yíng)DuC812的內部ROM中，稱(chēng)之為固件(firmware)。 PDIUSBD12的端點(diǎn)0有3個(gè)狀態(tài)，其變化關(guān)系如圖3所示，固件程序必須利用這3種狀態(tài)關(guān)系來(lái)正確地處理控制傳輸。把主機通過(guò)PDIUSBD12的端點(diǎn)0給設備發(fā)USB請求設為OUTs，通過(guò)端點(diǎn)0接收數據設為INs。MCU處理來(lái)自主機的Setup包(Control Out)的軟件流程圖如圖4所示，MCU通過(guò)PDIUSBD12的控制端點(diǎn)。給主機發(fā)送描述符數據(Control In)的軟件流程圖如圖5所示。PDIUSBDl2的描述符數據必須嚴格遵循USBl．1協(xié)議第九章(Chap9)的規定，描述符數據包括設備描述符、配置描述符、接口描述符、端點(diǎn)描述符、字符串描述符。 完成PDIUSBD12的固件(Firmware)程序后，在USB設備驅動(dòng)程序的開(kāi)發(fā)中筆者使用了Jungo公司的WinDriver 5．03，應用程序的開(kāi)發(fā)使用的是VC 6．0。 4 結 語(yǔ) 該USB接口適合于高速數據采集系統與主機進(jìn)行數據通信，同時(shí)，他也為便攜式系統提供了方便、快捷和可靠的接口解決方案。目前，USB已經(jīng)廣泛地應用在PC的外設上，特別是USB 2．0協(xié)議推出后，數據傳輸能力和速度大大提高，使得USB數碼相機、數碼攝像機能在短時(shí)間內完成大容量的圖像傳輸。此外，USB的突出特點(diǎn)使得他必將在更廣闊的領(lǐng)域得到應用。 |
