usb接口在單片機通信中的設計應用畢業論文(存儲版)

　　

【正文】 單片機程序控制才能正常工作，這里可以檢測D12芯片外圍的晶振是否工作，只要將時鐘信號輸入端接到示波器上，如果看到振動現象就說明晶振電路沒有問題。固件程序的編寫運用的是單片機語言，它的編譯仿真用是在wave6000的輔助下進行的；由于驅動程序是在Win Driver下生成的，應用程序是基于驅動程序提供的接口上工作的，所以驅動程序和應用程序的調試是在Win Driver軟件輔助下進行的。當設備能實現此功能時，說明系統固件程序編寫正確。選中Pipe00時，點擊Read/Write To Pipe，將彈出一個PipeControl的窗口。第三階段：系統軟件模塊的設計。限于自己的能力和開發條件，本系統還有待改進和完善的地方。在該系統設計與開發過程中，我將大學五年學到的知識連接起來了，將它們運用到實際中。第二階段：系統硬件電路圖的設計和電路的測試。對USB設備來說，將在Resource窗口中看到2個管線：Pipe00—控制管線，Pipe81—數據管線（中斷方式）。主機也可以為計數器設置新的計數值，即主機向設備送1字節的報文，設備收到后立即用該值替換計數器的計數值，計數器以這個新值開始計數。 系統軟件調試及系統測試系統軟件程序編寫完畢以后，我們需要對它進行調試。由于本系統中單片機的外部時鐘輸入是由D12芯片的CLKOUT腳引入，所以在測試過程中，必須重新為單片機引入一個12M的時鐘脈沖。為方便調試，硬件部分一開始只搭建了USB基本功能模塊，即由AT89S52和PDIUSBD12以及其外圍器件構成的模塊。本系統的應用程序的開發是為了更好的實現數據的傳輸，把USB設備中數據的傳輸過程動態地呈現出來，讓使用者能夠直觀地看到主機對設備的控制，即數據的接收和發送。打開Driver Wizard，建立一個新的工程，在彈出的Card Information窗口中，就可以看到要生成驅動程序的設備信息，有接口類型、生產廠商和Product ID 3個設備信息。使用DDK開發過程靈活，開發出的驅動程序的代碼效率高，與操作系統結合好。7) 取消I/O請求。總線驅動按順序使用IRP與總線通信，最終總線直接驅動硬件，總線驅動為Windows系統提供不需要用戶編程的代碼。應用程序必須運行在用戶模式下，一般不允許直接操作I/O端口，除非驅動預留了端口。主機軟件開發在本系統中占很大的分量也是本系統設計的難點之一。讀中斷狀態寄存器判斷中斷類型端點0輸出端點0輸入端點2輸入輸出SOF包掛起總線重置接收SETUPBAO BAO 響應設備要求讀傳輸狀態寄存器自定義自定義 中斷處理程序流程圖注意：在對端點0、1和2的輸出/輸入引發中斷的處理時，必須要做這樣一步操作：讀上次傳輸狀態寄存器（40～45）。以下是初始化D12的單片機語句：d12m(0xf3)。D12delay（）函數的原型為void d12delay(void),它的功能是在兩次對D12芯片的操作間加入一定的延時，這個函數只能在上面3個函數中使用。主程序中斷處理程序USB協議USB電氣接口驅動擴展功能 設備固件功能結構圖 2) USB電氣接口驅動（）USB電氣接口驅動（）實現的功能是與PDIUSBD12接口芯片之間的通信。主程序完成的工作是上電初始化PDIUSBD1給全局變量置初值、初始化中斷系統，初始化完成之后進入死循環，等待D12的中斷信號。每一個接口可能對應一個或多個端點，其端點數目由接口描述符的bNumEndpoints字段設定。其中，設備描述符（device descriptor），配置描述符（configuration descriptor），接口描述符（interface descriptor）和端點描述符（endpoint descriptor）為每個USB設備所必須有的，字符串描述符（string descriptor），各設備類不同的類描述符（class descriptor）及報告描述符（report descriptor）則可以根據不同的設備進行添加或刪減。其中，USB設備中單片機控制器的固件程序的設計與實現是本章的重點。這樣連接使得以2808為主的這個Flash存儲器模塊有如以下的地址分配：2808的命令口（只寫）：21h； 2808的地址口（只寫）：22h；2808的數據口（讀）：24h； 2808的數據口（寫）：20h。1117提供電流限制和熱保護。該Flash芯片采用NAND技術集成，與傳統的NOR技術相比性能優越、集成度非常高，所以才能以低廉的成本獲得大的容量。從電路原理圖中可以清楚看到設備的單片機系統的構成，幾個外圍器件的數據端口都接在單片機系統的數據總線上，讀/寫使能信號也接在一起，而它們的片選端有效則由不同的地址組合確定。該端口控制PDIUSBD12的命令和數據狀態。片內有上電復位電路，此腳可以一直接高電平。(9) 并行和DMA接口[14]一個普通的并行接口定義成易于使用，快速而且可以與主流的微控制器直接接口。在枚舉中，LED指示根據通信的狀況間歇閃爍。(6) SoftConnectTM+（用于高速USB器件）置為高實現的。這樣就可使用低成本的6M晶振。同樣，PDIUSBD12理想地適用于許多外設，例如：打印機，掃描儀，外部的存儲設備（Zip驅動器）和數碼相機等等。圖中單片機的P0口接74LS373后，引出地址總線A0～A7，本系統中外部空間的高8位地址沒有使用，故不再列出；P0口引出的AD0～AD7本為地址/數據分時復用總線，在這樣連接之后就不可以考慮地址出現的時間，只用做數據總線；單片機接外部振蕩時鐘源，由PDIUSBD12提供，這是因為D12可以外接6MHZ石英晶振，在內部用鎖相環（PLL）倍頻產生高頻時鐘，并通過編程產生4MHZ至48MHZ時鐘輸出提供給單片機，這種方式比較靈活，而且也為USB接口芯片減小了相應的高頻電磁干擾。PDIUSBD12片內集成了6MHZ—8MHZ時鐘乘法鎖相環(PLL)，這樣就可以使用低成本的6MHZ晶振。XTAL2:振蕩器反相放大器的輸出端。這個ALE使能標志位（地址為8EH的SFR的第0位）的設置對微控制器處于外部執行模式下無效。DISRTO默認狀態下，復位高電平有效。對P3端口寫“1”時，內部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。 P1口引腳第二功能引腳號第二功能T2（定時器/計數器T2的外部計數輸入），時鐘輸出T2EX（定時器/計數器T2的捕捉/重載觸發信號和方向控制）MOSI（在系統編程用）MISO（在系統編程用）SCK（在系統編程用） P2口：P2口是一個具有內部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2輸出緩沖器能驅動4個TTL 邏輯電平。在這種模式下，P0具有內部上拉電阻。1) AT89S52單片機的主要性能：（1）與MCS51單片機產品兼容 （2）8K字節在系統可編程Flash存儲器（3）1000次擦寫周期 （4）全靜態操作：0Hz～33Hz （5）三級加密程序存儲器 （6）32個可編程I/O口線 （7）三個16位定時器/計數器 （8）八個中斷源 （9）全雙工UART串行通道 （10）低功耗空閑和掉電模式 （11）掉電后中斷可喚醒 （12）看門狗定時器 （13）雙數據指針 （14）掉電標識符2) AT89S52單片機的標準功能8k字節Flash，256字節RAM，32位I/O口線，看門狗定時器，2個數據指針，三個16位定時器/計數器，一個6向量2級中斷結構，全雙工串行口，片內晶振及時鐘電路。2 系統硬件電路設計 設備電路系統概述USB設備的硬件通常是由處理器和接口電路實現組成。USB接口芯片，是指芯片廠商生產的可以用單片機控制的，帶有USB電氣接口，并完成將USB總線中的物理信號同單片機可以識別的TTL電平信號之間相互轉換的接口芯片。主機定時啟動中斷傳輸，看設備端點是否有任何數據可用。2）事務 事務是主機和一個設備之間使用一個或多個包的離散交互。4)同步傳輸:主要用于主機和設備與時間有關的信息傳輸，具有周期性、連續性等特點。任何一個USB設備都必須支持與一個控制傳輸類型相對應的端點0。但是，當前配置中的所有接口（和它們的端點)可以同時是活動的。流管道傳輸的數據包的內容不具有USB要求的結構，它是單向傳輸的；流管道支持批量、等時和中斷傳輸方式。USB協議規范中定義了USB的設備類型，比如音頻、通信、HID、HUB等設備類。為了防止出現環形接入的情況，在USB中使用了分層的拓撲結構。7)成本低廉(1)組件與電纜價格便宜。(2)同步負荷可以使用總線上全部帶寬。(4)支持動態接入和動態配置。 單片機控制器USB接口芯片 Flash存儲器芯片輸入輸出模塊LPT并行接口PS/2串行接口 設備系統結構框圖[1] 1 USB技術 USB總線概述 USB總線簡介USB(Universal Serial Bus)的中文含義是通用串行總線。 系統實現功能系統是一個人機接口設備（HID），主要完成的是USB設備的基本功能，即主機對設備的列舉和中斷方式的數據傳輸。然而,使用51系列芯片,在要求高傳輸率的場合根本無法滿足要求,這樣在51系列芯片的串口通信中會形成一個速度瓶頸。隨著大量支持USB的個人電腦的普及，USB逐步成為PC機的標準接口已經是大勢所趨。現在生產的PC幾乎都配備了USB接口,Microsoft 的Windows9NT以及Linux、FreeBSD等流行操作系統都增加了對 USB的支持。 　　除了線路紊亂與安裝模糊混淆外，這些線路都是不可以隨意插拔的，必須在開機前裝好才能正常使用。USB控制器一般有兩種類型：一種是MCU 集成在芯片里面的，如Intel 的8X930AX、CYPRESS的EZUSB、SIEMENS的C541U以及MOTOLORA、National Semiconductors 等公司的產品。8K FLASH一般已經夠用，通常無需外擴程序存儲器，理論可寫入次數1000)、256B RAM數據存儲器(8051為128)、3個定時計數器(8051為2個)、WDT(8051沒有)、ISP(8051沒有)。為了豐富設備的功能，對系統還做了一定的擴充，還擴展了8位撥碼開關輸入和8位發光二極管LED輸出，另外還實現以下設備功能：1) 簡單的演示設備用于演示HID設備配置過程和中斷傳輸方式下基本數據交換過程。為了實現整個計算機系統中總線的一致性，以Intel公司為主，并聯合Compaq，HewlettPackard，Lucent，Microsoft，NEC以及Philips共七家公司共同開發的一種快速的、雙向的、同步傳輸的并可以熱拔插的新型通用串行總線，簡稱USB總線。(3)支持對多個設備的同時操作(多連接)。(3)提供了用于控制緩沖區的流控功能。8)易于升級[10] USB協議簡介 USB物理體系結構USB總線設備以星型的拓撲結構實現與主機的物理連接。復合設備根HUB主機設備設備HUB設備設備HUB設備設備 USB物理總線拓撲結構USB的電纜有4根線，兩根傳送的是十5V電源，另外兩根是數據線。在USB協議規范中用4位地址標識端點地址，每個設備最多有16個端點。為了保證三個階段的數據傳輸，消息管道定義了一個數據結構使命令可靠地被識別和傳輸。當設備第一次使用缺省管道插入時，主機讀取這些描述符。鍵盤，鼠標和游戲桿都屬于這種類型。 USB低層通信協議USB協議定義串行數據線路上發生的動作。這個包包括一個11位的幀號，這個幀號從0到Ox7FF連續變化，并重新折回0，SOF包被所有高速設備看到。 PID類型[17]PID類型PID名PID[3:0]描述標記（Token）輸出（OUT）0001B在主機到功能部件的事務中有地址+端口號輸入（IN）1001B在功能部件到主機的事務中有地址+端口號幀開始（SOF）0101B幀開始標記和幀號建立（SETUP）1101B在主機到功能部件建立一個控制管道的事務中有地址+端口號數據(DATA)數據0（DATA0）0011B偶數據包PID數據1（DATA1）1011B奇數據包PID握手（Handshake）確認（ACK）0010B接收器收到無錯誤數據包不確認（NAK）1010B接收設備部不能接受數據，或發送設備不能發送數據停止（STALL）1110B端口掛起，或一個控制管道請求不被支持。采用這種結構開發USB設備成本較低，可靠性高。 51系列單片機最小系統 AT89S52單片機的介紹和選用單片機采用51系列兼容的AT89S52單片機。掉電保護方式下，RAM內容被保存，振蕩器被凍結，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止[16]。P1口: P1口是一個具有內部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1輸出緩沖器能驅動4個TTL 邏輯電平。在訪問外部程序存儲器或用16位地址讀取外部數據存儲器（例如執行MOVXDPTR）時，P2口送出高八位地址。在flash編程和校驗時，P3口也接收一些控制信號。在一般情況下，ALE以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖