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本文主要講述利用TUSB3410 USB-TO-UART橋接芯片實現MSP430微控制器與USB設備通訊的一種接口方案 通過該USB接口可實現高達921 600bit/s的數據傳輸速率，也可通過該接口下載MSP430程序代碼，是一種MSP430系列微控制器的高效USB接口解決方案 硬件設計 系統結構框圖如圖1所示，主機PC與MSP430之間可進行全雙工串口通訊，主機PC經TUSB3410虛擬的一個COM口與MSP430的硬件USART模塊進行通訊，本文重點敘述TUSB3410與MCU之間的軟、硬件設計。 系統采用USB總線供電模式，MCU可通過I2C接口對TUSB3410進行在線編程及外部EEPROM存儲器的配置。 1.TUSB3410接口芯片 TUSB3410為TI公司推出的一款用于USB-TO-UART端口的橋接器，包括通過USB總線與主機進行通信所必需的全部邏輯電路，符合USB2.0規范，支持最高12Mb/s的全速傳輸，支持USB中止、恢復及遠程喚醒功能；同時，其內部包含一個8052的CPU核、16KB RAM、包含I2C引導加載程序的10KB ROM，4個通用I/0口，具有USB總線供電和自帶電源兩種供電模式。 TUSB3410引腳框圖如圖2所示： 2．USB配置 TUSB3410可以支持多種應用，本文所描述的參考設計配置如表1所示。 對于USB的兼容性來說，任意USB設備都具有唯一的VID(廠商識別碼)和PID(產品識別碼)，VID/PID值作為一描述符傳輸給主機PC，并且與存儲在驅動INF文件中的值相匹配，操作系統根據VlD/PID加載不同的驅動程序。 外部EEPROM用于存儲配置參數，如VID/PID信息等，既可通過MCU經12C模塊將EEPROM的鏡像文件寫入EEP-ROM，也可通過專用EEPROM編程器直接對EEPROM進行鏡像文件寫入TUSB3410也通過12C接口讀取EEPROM數據。 3．硬件電路原理 系統原理圖如圖3所示，本文以MSP430F1612(U1)為例，任意一款內部含UART模塊的MSP430微處理器均可與TUSB3410連接，MSP430F1612為MSP430系列中的高端MCU，豐富的資源使得開發具有更多的靈活性。 MSP430F1612選用8MHz晶振工作，MCU的6個引腳P1-P6通過PORT1-PORT6的8引腳插針引出，方便MCU與TUSB3410(U2)及外圍器件的連接；SW1-SW4按鍵和LED1-LED4指示燈均通過I/O口控制，演示測試過程；同時，MCU與標準14針JTAG接口連接用于調試程序或調整電壓值。 系統采用USB總線供電，同時LED5指示燈點亮，TUSB3410(U2)的USB數據信號經雙路USB端口瞬態抵制器SN75240(U3)后連接到標準的USB B型連接口，以增強系統ESD抗干擾能力；USB總線提供的5V電壓經TPS77301(U4)3.6V LDO穩壓后作為MCU系統的VCC電壓。 外部EEPROM(U5)通過12C通訊并存儲USB配置參數，EEPROM的大小根據存儲量選擇，編程時通過短接JP1跳針與EEPROM的SCL信號線相連，同時TUSB3410通過USB將標準的VID/PID值傳送到主機PC。 TUSB3410選用12MHz晶振，與MCU信號連接如表2所示，數據傳輸時，MCU的UART模塊開始工作，支持TUSB3410所有波特率，同時通過12C模塊與外部EEPROM采用在線編程方式直接存儲數據MCU的P3.O/SETO引腳作為TUSB3410的復位腳，當MCU訪問EEPROM時，復位該引腳，當沒有外設連耐也可用該引腳進行復位測試。 4．低成本參考設計 系統的功耗設計可以從兩方面考慮：(1)不使用外部EEP-ROM;(2)不使用外部晶振。 (1)不使用外部EEPROM 利用TUSB3410實現的USB轉UART接口可以不使用外部EEPROM，VID/PID描述符使用TI的默認缺省值，TUSB3410固件從主機PC上下載即可實現通訊，但是，存在兩個問題:①因為不具備唯一VlD值，系統的USB設備兼容性不好；②當主機檢測到兩個不同USB設備，具有相同的VID/PID和序列號時，可能會導到USB設備不能正常工作或發生設備連接沖突所以，通常設計中不推薦采用此方法，除非該系統為獨立總線工作方式，即不與外界任何USB設備同進與主機通訊。 (2)MSP430微控器器不使用外部晶振 TUSB3410由CLKOUT引腳輸出UART波特率或一個固定的3.556MHz的頻率信號，該頻率信號可以作為MCU的外時鐘輸入，這種穩定的頻率信號可作為MCU外設的工作頻率，此時MCU無須連接外部晶振。 當系統選用TUSB3410產生的頻率作為MCU時鐘時，只需修改TUSB3410固件，通過設置MODECNFG配置寄存器的CLKOUTEN位，CLKOUT位使能輸出，同時，CLKSLCT位用于選擇以UART輸出還是固定頻率輸出。 修改后的固件存放在外部EEPROM或存放于系統的驅動程序包中，當存于系統驅動程序包中時，設備連接時修改后的固件自動從操作系統驅動程序中載入，MCU的OSCFAULT位用于檢測是否系統使用外部晶振當TUSB3410輸出7.3728MHz頻率作為MCU的UART模塊的時鐘源時，此時UART傳輸速率可達921 000波特。 軟件設計 MCU固件的主程序流程圖如圖4所示，MCU上電復位后調用InitSystem()初始化程序，初始化外設、看門狗、通用I/O口等，設置系統時鐘為外部8MHz晶振，同時將USARTO設為12C模式與外部EEPROM實時通訊。 MCU初始化時，TUSB3410處于復位狀態，MCU通過12C直接檢測外部EEPROM的有效地址位和ACK應答位，當接收到有效ACK信號時，則調用EEPROM-Verify()程序校驗該EEPROM中的程序是否與MSP430F1612內部Flash存儲的EEPROM鏡像文件一致若檢測到外部EEPROM為空，則調用EEPROM_Write()程序將MSP430F1612內部Flash存儲的EEPROM鏡像寫入EEPROM當EEPROM程序更新后，TUSB3410釋放復位信號，讀取外部EEPROM值，當連接到USB主機控制器時，TUSB3410會將這些數據提供給USB主機核對，同時將MCU復位引腳設為NMI模式，防止MCU意外復位。 初始化后，MCU通過Timer_B7模塊檢測SWl-SW4按鍵狀態，當有鍵按下，捕獲/比較模塊捕捉到按鍵的上升沿信號時產生中斷，同時喚醒MCLJ。 中斷服務程序流程圖如圖5所示，首先將USARTO設為UART異步串口模式，然后以460 800波特進行通訊，一幀數據通信的字符格式為8位數據位和1個停止位，沒有奇偶校驗位當系統要求高速率傳輸時，主機PC需打開虛擬COM口，并MCU配置相匹配，此時MCU傳輸速率可達到921 600波特。 PC主機固件及USB驅動程序不作為本文敘述的重點。 小結 超低功耗MSP430微控制器與TUSB3410實現USB設備的接口設計，具有功耗低、可靠性高、移植性強等特點，同時也可以加以推廣應用到其它便攜式設備開發中。 |
