基于單片機msp430f449的usb接口數據傳輸系統設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 MSP430 單片機的硬件接口電路的電路原理如圖 所示。圖中，單片機的 接 TLC0834 的片選信號， 用于產生 A/D 轉換的時鐘， I/O口位，可用于對模擬輸入進行配置及輸出轉換所得的數據。在這里，模擬信號以單端方式輸入，參考電壓為 5V，即 A/D 模擬量的輸入范圍為 0～ 5V。 圖 TLC0834 引腳圖 19 圖 TLC0834 與 MSP430 單片機的硬件電路圖 PDIUSBD12 與 MSP430 單片機的連接 PDIUSBD12 引腳 說明 PDIUSBD12 引腳圖如圖 所示，引腳說明如表 所列。 圖 PDIUSBD12 引腳圖 20 表 PDIUSBD12 引腳說明 21 PDIUSBD12 與 MSP430 單片機的連接 圖 的 是采用了 MSP430系列 微控制器與 PDIUSBD12集成電路相互連接的 原理 圖。 圖 PDIUSBD12 與 MSP430 單片機的原理圖 由于 MSP430 系列單片機 是 近些年以來， 應用比較廣泛的一種單片機微控制器，軟件開發工作者在其基 礎上開發大量的軟件開發平臺，大多數電子工程師對其都比較熟悉 的原因 。因此，可以利用比較熟悉的微處理器（ MSP430）進行核心程序的設計，即用 MSP430 來實現其所需的功能，具體將數據信號轉換 22 為符合 USB 規則的信號，則完全由 PDIUSBD12 來完成。 這樣以來，既可以利用 單片機 中豐富的軟件資源，又可以利用 USB 總線技術的即插即用、熱插拔等特性，可以使開發設備的成本降低、縮短開發產品的時間周期。 在這樣的連接中， ALE 始終接低電平，說明采用單獨地址和數據總線配置。D0腳接 MSP430單片機的 I/O引腳， 控制是命令還是數據輸入到 PDIUSBD12的數據總線相連接， CLKOUT 時鐘輸出為 MSP430 提供時鐘輸入。 本設計系統的原理圖及制版圖的繪制 Protel99SE 能實現從電學概念設計到輸出物理生產數據，以及這之間的所有分析、驗證和設計數據管理。因而今天的 Protel 已不是單純的 PCB（印制電路板）設計工具，而是一個系統工具，覆蓋了以 PCB 為核心的整個物理設計 。 Protel99SE 共分 5 個模塊，分別是原理圖設計、 PCB 設計（包含信號完整性分析）、自動布線器、原理圖混合信號仿真、 PLD 設計。 圖 為本設計的 Protel 原理圖。 做 PCB 板就是把設計好的原理圖變成一塊實實在在的 PCB 電路板 ,請別小看這一過程 ,有很多原理上行得通的東西在工程中卻難以實現 ,或是別人能實現的東西另一些人卻實現不了 ,因此說做一塊 PCB 板不難 ,但要做好一塊PCB 板卻不是一件容易的事情。 同樣的原理設計 ， 同樣的元器件 ， 不同的人制作出來的 PCB 就具有不同的結果 ,那么如何才能做出一塊好的 PCB 板呢 ？結合畢業設計的 經驗 ， 想就以下幾方面談談自己的 想法 : 23 接 受到一個設計任務 ,首先要明確其設計目標，如果是普通的 PCB 板 ,只要做到布局布線合理整齊 ,機械尺寸準確無誤即可 ,如有中負載線和長線 ,就要采用一定的手段進行處理 。 圖 基于 MSP430F449 的 USB 接口數據傳輸系統原理圖 ，如板子層數，采用元器件的封裝外形，板子的機械強度等。在做 PCB 板子前，要做 到 對該設計的設計目標心中有數。 元器件的布局首先要考慮的一個因素就是電性能，把連線關系密切的元器件盡量放在一起，尤其對一些高速線，布局時就要使它盡可能地短，功率信 號和小信號器件要分開。在滿足電路性能的前提下，還要考慮元器件擺放整齊、美觀，便于測試，板子的機械尺寸，插座的位置等也需認真考慮。 24 制版圖如下圖 所示： 圖 基于 MSP430F449 的 USB 接口數據傳輸系統制版圖 25 3 基于 MSP430 單片機的 USB 接口數據傳輸系統軟件設計 單片機軟件開發 單片機生產廠家不斷增多，單片機品種層出不窮。單片機廣泛選擇是當今產品開發的一個重要環節。每個單片機系列的指令系統不同，與指令系統對應的匯編助記符就不同。匯編語 言的不兼容性使得一種單片機上編制的程序，在另一種單片機上不能運行，單片機重新選型后程序必須重新編制。匯編語言的難記、難讀及容易搞混，即使自己編制的程序過一段時間修改時，往往要重讀很大部分，經過長時間回憶才能找到問題所在。修改別人的匯編程序，若程序的注釋說明不詳細、程序的思路不清晰、子程序使用不夠多，此時還不如自己重新編制。 用 C 語言編程是單片機軟件開發的必然趨勢。 C 語言是一種編譯型程序設計語言，她兼顧了多種高級語言的特點，并具備匯編語言的功能。 C 語言有功能豐富的庫函數、運算速度快、編譯效率高、可移植性好，而 且可以直接實現對系統硬件的控制。 C 語言是一種結構化程序設計語言，支持當前程序設計中廣泛采用的自頂向下結構化程序設計技術。采用 C 語言編譯器可以自動完成變量存儲單元的分配，編程者專注于應用軟件部分的設計即可，大大加快了軟件的開發速度。采用 C 語言可以很容易進入單片機程序的移植工作，有利于產品中單片機的重新選型。 C 語言的可讀性，可以輕松的借鑒前人的開發經驗，提高自己的軟件設計水平。對于 C 語言生成代碼的時空效率，程序代碼長度增加 20%，程序執行速度約減慢 20%。這在片內程序存儲器不斷擴大、晶振頻率不斷提高的今天，已不是主要考慮的問題。在非常注重代碼效率的場 26 合，可以是以 C 語言為主，匯編語言為輔。在可移植性方面，單片機 C 語言都符合 ANSIC 標準，差別主要是片內資源的不同配置及使用，這可以通過采用不同的頭文件，經過少量的加工就可以實現。 隨著國內單片機開發工具研制水平的提高，現在的單片仿真器普遍支持 C語言程序調試，為單片機編程使用 C 語言提供了便利的條件。 單片機固件結構及功能 固件結構 PDIUSBD12 是一款帶有并行總線 和局部 DMA 傳輸能力的高速 USB 接口器件， 固件 設計的日標就是使 PDIUSBD12 在 USB 上達到最大的傳輸速率。PDIUSBD12 的固件設計成完全的中斷驅動。當 CPU 處理前臺任務時， USB 的傳輸可在后臺進行。這就確保了最佳的傳輸速率和更好的軟件結構，同時簡化了編程和調試。 后臺 ISR 中斷服務程序和前臺主程序循環之間的數據交換，通過事件標志和數據緩沖區來實現，例如 PDIUSBD12 的批量輸出端點，可使用循環的數據緩沖區，當 PDIUSBD12 從 USB 收到一個數據包，那么就對 CPU 產生一個中斷請求，CPU 立即響應 中斷。 在 ISR 中固件將數據包從 PDIUSBD12 內部緩沖區移到循環數據緩沖區，并在隨后清零 PDIUSBD12 的內部緩沖區，以使能接收新的數據包， CPU 可以繼續它當前的前臺任務， 直到完成。例如，打印當前頁，然后返回到主循環，檢查循環緩沖區內是否有新的數 據并開始其它的前臺任務。 由于這種結構主循環不關心數據是來自 USB,串口還是并口，它只檢查循 27 環緩沖區內需要處理的新數據，這個概念很重要，這樣主循環程序專注于數據的處理，而 ISR能夠以最大可能的速度進行數據的傳輸，相似的控制端點在數據包處理時采用了同樣的概念， ISR接收和保存數據緩沖區中的控制傳輸并設置相應的標志寄存器，主循環 向協議處理程序發出請求，由于所有的標準器件級別和廠商請求都是在協議處理程序 中進行處理， ISR 得以保持它的效率，而且一旦增加新的請求只需要在協議層進行修改。固件結構和數據流向如圖 所示。 圖 固件結構和數據流向 各模塊程序的分工如下 : PDIUSBD12 命令接口 :對 PDIUSBDI2 器件進行操作的模塊子程序集。 中斷服務程序 :當 PDIUSBD12 向單片機發出中斷請求時，讀取 PDIUSBD12 28 的中斷 傳輸來的數據，并設定事件標志“ EPPFLAGS” 和 Setup 包數據緩沖區“ CONTROL_ XFER” 傳輸給主循環程序 . 標準設備請求處理程序 :對 USB 的標準設備請求進行處理 . 廠商請求處理程序 :對用戶添加的廠商請求進行處理 主循環程序 :發送 USB 請求，處理 USB 總線事件用戶功能處理等 固件功能 固件實現的功能主要有 : (1)設備枚舉 :這是固件的一個非常重要的任務，它使主機和設備建立通 信關系并使主機為設備加載正確的驅動程序。 (2)數據傳輸 :開發板和主機可以進行雙向數據傳輸。其中最關鍵的是設 備向主機傳輸數據的功能，目前開發板可以達到 400KB/S 的傳輸速度。 (3)狀態監控 :開發板的狀態監控采用控制傳輸，具備雙向狀態數據傳輸功能。主機可以方便地了解并控制設備的運行狀態，這一點對于調試非常關鍵。 (4) LED 燈控制 :目前有三種狀態 :暗、亮和閃爍。用于直觀顯示開發板 運行狀態，主機通過控制傳輸對 LED 進行控制。 主循環流程圖 MCU 一旦上電就需要初始化其所有端口、存儲區、定時器和中斷服務程序。之后 MCU 將重新連接 USB，包括將 Soft Connect 寄存器設置為 ON。這些過程是很重要 的，因為它確保了在 MCU 準備好服務 D12 之前 D12 不會進行操作。 在主循環程序中， MCU 對鍵盤進行輪詢。如果任何一個特定的按鍵被按下，