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隨著計算機技術(shù)和信息技術(shù)的飛速發(fā)展，計算機外設(shè)種類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)合制定的總線接口規(guī)范即通用串行總線(Universal Serial Bus，USB)的出現(xiàn)，為解決這一矛盾提出了最好的解決方案。USB具有以下特點： (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，他允許在任何時候連接和斷開外設(shè)，當(dāng)外設(shè)被連接時，系統(tǒng)會自動檢測到外設(shè)并準(zhǔn)備使用。 (3)他易于擴展 通過根集線器可攜帶127個設(shè)備，真正實現(xiàn)多個外設(shè)共用一個接口。 此外，USB還有可靠性高、成本低、功耗小等優(yōu)點而倍受歡迎。 目前供于開發(fā)USB設(shè)備的芯片很多，但主要有2類：一類是帶USB接口的微控制器(MCU)，這些微控制器有些是從底層專用于USB控制的，比如Cypress半導(dǎo)體公司的CY7C63xxx(低速)、CY7C64013(全速)，這類微控制器有自己的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(nèi)核)，比如Intel公司的8x931，8x930，Cypress半導(dǎo)體公司的EZ-USB；另一類是純粹的USB接口芯片，他需要一個外部微控制器控制，比如朗訊公司的USS820／825，National半導(dǎo)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(shè)備開發(fā)之前必須根據(jù)具體要求選用合適的USB接口芯片，以降低開發(fā)成本、減少開發(fā)時間。本文以PDIUSBDl2為USB接口芯片，以ADuC812為控制器完成了USB接口的設(shè)計。 1 PDIUSBD12芯片和ADuC812芯片簡介 1.1 PDIUSBD12簡介 PDIUSBD12是Philips公司推出的一款特點突出USB接口芯片。該芯片使用8位并行數(shù)據(jù)線連接到MCU，1位地址線用來區(qū)分寫命令或讀寫數(shù)據(jù)，他支持3個USB端點，1個端點能保存128B，另2個能保存256B。 PDIUSBD12完全遵從USB 1．1協(xié)議，他內(nèi)部集成有串行接口引擎(SIE)、320bFIFO存儲器、收發(fā)器(Transceiver)和電壓調(diào)節(jié)器，其原理框圖如圖1所示。還有可編程的時鐘輸出和狀態(tài)LED輸出(GoodLinkTM)，可控制的軟件連接(SoftConnectTM)以及內(nèi)部上電復(fù)位和低電壓復(fù)位電路。有2種電源供電方式：內(nèi)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。 對外部微控制器沒有任何限制，開發(fā)者可以選用自己熟悉的MCU來控制。多種中斷方式方便于塊傳輸(Bulk)和同步傳輸(1sochronous)，使用塊傳輸方式時的速度可達1Mb／s，同步傳輸?shù)乃俣瓤蛇_1 Mb／s。他適合大多數(shù)USB設(shè)備類的設(shè)計：圖像設(shè)備類、大容量存儲設(shè)備類、通信設(shè)備類、打印設(shè)備類、人機接口設(shè)備類等。 1．2 ADuC812簡介 ADuC812是美國AD公司首先投入市場的微處理器，其內(nèi)部集成了完整的8052內(nèi)核、1個8通道的12位ADC、2個12位的電壓輸出DAC，除了8052的256 b RAM外，還有640 b Flash數(shù)據(jù)存儲器，8 kb Flash程序存儲器。 另外該MCU還有看門狗定時器、電源監(jiān)視器、ADC與數(shù)據(jù)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、I2C兼容的SPI和標(biāo)準(zhǔn)UART串行I／O等。他采用52腳PQF封裝，大小約為1cm2。 同時，AD公司還為ADuC812的開發(fā)提供了完整的硬件調(diào)試工具和開發(fā)仿真軟件，使得開發(fā)變得簡單方便。因此，ADuC812由于體積小、功耗低、性價比高而極具誘人的應(yīng)用前景。 2 硬件電路設(shè)計 由PDIUSBDl2和ADuC812構(gòu)成的USB接口電路如圖2所示。PDIUSBDl2的8位并行數(shù)據(jù)接人ADuC812的PO口，地址線A15(P2．7)作為PDIUSBDl2的片選，地址線A14(P2．6)作為PDIUSBDl2的命令或數(shù)據(jù)的選擇線。在片選信號有效的前提下(P2．7＝0)，當(dāng)P2．6＝1時，給PDIUSBDl2發(fā)命令；當(dāng)P2．6＝0時，給PDIUSBDl2寫數(shù)據(jù)或從PDIUSBDl2的Buffer中讀數(shù)據(jù)；因此，地址0x7FFF發(fā)命令，地址0x3FFF讀寫數(shù)據(jù)。PDIUSBDl2與ADuC812的數(shù)據(jù)交換采用中斷方式(外部中斷0)。他的一個輸出(GL_N)接LED對其狀態(tài)進行監(jiān)控，這個LED在USB被連接時會發(fā)光，在進行數(shù)據(jù)傳輸時會閃爍，LED常亮或一直不亮說明USB接口有問題。 USB設(shè)備通過4線電纜接入主機或USB Hub，這4線分別是：Vcc(總線電源)，GND(地線)，D+和D一(數(shù)據(jù)線)。主機通過D+和D一上的電壓變化來檢測到設(shè)備的狀態(tài)，當(dāng)沒有設(shè)備連接到USB端口時，D+和D一線上的下拉電阻就將2條數(shù)據(jù)線拉到近地，當(dāng)檢測到任一條數(shù)據(jù)線電壓接近Vcc，而其他保持近地電壓，那么主機就知道該設(shè)備已經(jīng)準(zhǔn)備好了。 主機通過檢測是哪一條數(shù)據(jù)線電壓變高來確定設(shè)備是全速或低速，當(dāng)D+數(shù)據(jù)線高時，就為全速；當(dāng)D一數(shù)據(jù)線低時，就為低速。PDIUSBBDl2的全速模式通過軟連接(SoftConnectTM)在D十上接1個1．5k12的上拉電阻。 3 固件設(shè)計 當(dāng)設(shè)備連接到主機以后，主機通過給PDIUSBD12的端點0發(fā)送包含標(biāo)準(zhǔn)USB請求的控制傳輸(即Setup包)，PDIUSBD12產(chǎn)生一個中斷給MCU(INT0)，MCU通過讀PDIUSBD12的中斷寄存器和最后一次傳輸狀態(tài)寄存器來對每一個請求作出響應(yīng)，并通過PDIUSBD12的端點0回送請求信息。主機從返回的信息中讀取描述數(shù)據(jù)，分配和載人一個設(shè)備驅(qū)動程序并對設(shè)備進行配置。設(shè)備被配置好后，就可以使用配置中支持的端點來傳輸數(shù)據(jù)。這一部分工作由MCU來控制完成，并且該控制程序需要固化在ADuC812的內(nèi)部ROM中，稱之為固件(firmware)。 PDIUSBD12的端點0有3個狀態(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)系來正確地處理控制傳輸。把主機通過PDIUSBD12的端點0給設(shè)備發(fā)USB請求設(shè)為OUTs，通過端點0接收數(shù)據(jù)設(shè)為INs。MCU處理來自主機的Setup包(Control Out)的軟件流程圖如圖4所示，MCU通過PDIUSBD12的控制端點。給主機發(fā)送描述符數(shù)據(jù)(Control In)的軟件流程圖如圖5所示。PDIUSBDl2的描述符數(shù)據(jù)必須嚴(yán)格遵循USBl．1協(xié)議第九章(Chap9)的規(guī)定，描述符數(shù)據(jù)包括設(shè)備描述符、配置描述符、接口描述符、端點描述符、字符串描述符。 完成PDIUSBD12的固件(Firmware)程序后，在USB設(shè)備驅(qū)動程序的開發(fā)中筆者使用了Jungo公司的WinDriver 5．03，應(yīng)用程序的開發(fā)使用的是VC 6．0。 4 結(jié) 語 該USB接口適合于高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與主機進行數(shù)據(jù)通信，同時，他也為便攜式系統(tǒng)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(yīng)用在PC的外設(shè)上，特別是USB 2．0協(xié)議推出后，數(shù)據(jù)傳輸能力和速度大大提高，使得USB數(shù)碼相機、數(shù)碼攝像機能在短時間內(nèi)完成大容量的圖像傳輸。此外，USB的突出特點使得他必將在更廣闊的領(lǐng)域得到應(yīng)用。 |
