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基于PDIUSBD12的USB控制器的设计

作者:时间:2013-10-26来源:网络收藏
USB是一种新型的通用串行总线,它具有即插即用、可热插拔和传输速率高的特点,在工业界已经获得了广泛的支持和应用。迄今为止,各种USB的外设已有上千种,除了象显卡这种需要极高数据量和实时性要求特别高的控制设备,几乎所有的PC外设都可以移植到USB上来。

  一般的USB设备都使用一片微控制器作为其核心部件,通过微控制器强火的控制和运算功能,开发者可以很容易地实现USB设备的智能化。而嵌入式设备的实时、小巧等特性使得USB的协议栈和总线驱动的开发设计显得尤为重要,因为它的好坏会直接对USB主机产生影响,从而会对嵌入式系统性能和稳定产生较大影响。本文以为USB接口芯片,以AT89C52为控制器,给出了一种USB接口的设计方法。

1 芯片介绍

  PHILIPS公司生产接口芯片是一款性价比很高的USB器件,它通常通过其高速并行接口进行和微控制器通信,支持本地的DMA传输,支持3个USB端点,其中一个端点128B容量,另外2个端点具有256B容量。该器件允许在众多可用的微控制器中选择最合适的系统控制器可,允许使用现存的体系结构并使设备软件投资成本减少,是开发低成本,高效率的USB外围设备的最佳途径。

PDIUSBD12特性:

  (1) 符合通用串行总线USB1.1版规范

  (2)高性能USB接口器件集成了SIE FIFO存储器收发器以及电压调整器

  (3) 符合大多数器件的分类规格

  (4) 可与任何外部微控制器/微处理实现高速并行接口2M字节/秒

  (5) 完全自治的直接内存存取DMA操作

  (6) 集成320字节多结构FIFO存储器

  (7) 主端点的双缓冲配置增加了数据吞吐量并轻松实现实时数据传输

  (8) 在批量模式和同步模式下均可实现1M字节/秒的数据传输速率

  (9) 具有良好EMI特性的总线供电能力

  (10) 在挂起时可控制LazyClock输出

  (11) 可通过软件控制与USB的连接

  (12) 采用GoodLink技术的连接指示器,在通信时使LED闪烁

  (13) 可编程的时钟频率输出

  (14) 符合ACPI OnNOW和USB电源管理的要求

  (15) 内部上电复位和低电压复位电路

  (16) 有SO28和TSSOP28两种封装

  (17) 工业级操作温度-40~+85℃

  (18) 高于8kV的在片静电防护电路减少了额外元件的费用

  (19) 具有高错误恢复率(>99%)的全扫描设计确保了高品质

  (20) 双电源操作3.3V或扩展的5V电源,范围为3.6~5.5V

  (21) 多中断模式实现批量和同步传输

2 USB通信模块的硬件电路的设计

  本系统设计采用PDIUSBD12和AT89C52配合完成通信设计。其连线图如图1所示。

  从上图分析知道,AT89C52和PDIUSBD12采用总线方式连接,对AT89C52来说,PDIUSBD12是一个具有8位数据总线的存储设备。PDIUSBD12获取USB总线数据,并对数据作相应协议处理之后以中断的方式通知AT89C52,MCU根据相应的中断请求往PDIUSBD12发送不同请求数据,协同实现USB设备列举和数据传输。当外设经过PDIUSBD12连接到集线器后,集线器就会检测外设的连接状态并向主机报告,一但发现该设备,主机就会发送一系列请求给集线器,以使得集线器在主机和设备之间建立一个通信通道。然后主机试图列举该设备,发送设备描述符等请求可,列举成功后,主机即可以从外设能够被主机识别并能和主机进行通信。之后,USB总线进入数据传输阶段。

3 USB固件程序的设计

  固件是FireWare的中文意思,它实际上足的程序文件,可以采用C语言或是汇编语言编写。它的操作方式与硬件联系紧密,包括USB设备的连接、USB协议、中断处理等,它不是单纯的软件,而是软件和硬件的结合,开发者需要对端口、中断和硬件结构非常熟悉。在本系统中,当PDIUSBD12从USB接受到一个数据包,就对CPU产生一个中断请求,CPU立即响应中断。在ISR(中断服务程序)中,固件读取数据,并将数据保存值到循环数据缓冲区,随后置柏应事件的标志位,CPU继续前台程序,检测事件标志,执行完成相应的事件任务。固件程序一般放入MCU中,当把设备连接到主机上时,上位机可以发现新设备,然后建立连接。因此,编写固件程序的一个最主要的目的就是让Windows可以检测和识别设备。

3.1 固件功能需求

  在本系统设计中,固件程序不仅要协助USB控制芯片PDIUSBD12完成USB通信的任务,而且还要控制采集模块和标准信号源的工作,具体包括:

  (1) 应答主机列举设备的所有请求,完成设备的列举和重列举过程。其中包括用软件来模拟USB设备的断开与从新连接,对接收到的设备包进行分析和判断,对主机的设备请求作出适当的响应工作,直到主机对设备的配制完成。

  (2) 初始化工作,这项工作有两个方面,一是对采集模块和信号源模块的硬件进行初始化工作;二是对USB芯片进行初始化,设置一些特殊功能寄存器的初值,例如开或关中断,配制I/O端口等。

  (3) 当主机发送数据时,要接收数据包并解析数据包的含义,根据事先约定的协议进行相应的操作。对于采集模块具体包括:写入波形数据,选择频率,选择幅度,选择波形类型等。

  (4) 当主机要求回传采集到的数据时,根据设备状态回传数据,或者应答数据未准备好。回传数据后,自动按照原先保存的设置初始化采集参数并启动下一次采集,从而使采集继续下去。

  (5) 响应硬件产生的中断,并作出相应的处理。

  与PDIUSBD12的通信主要是靠给PDIUSBD12发命令和数据来实现的。PDIUSBD12的命令字分为三种:初始化命令字、数据流命令字和通用命令字。PDIUSBD12数据手册给出了各种命令的代码和地址。单片机先给PDIUSBD12的命令地址发命令,根据不同命令的要求再发送或读出不同的数据。

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