【正文】 地被識別和傳輸。消息管道是雙向的，它只支持控制傳輸方式。一個設備對主機表現為一組合適的端點，一組相關的端點稱為一個接口，有多個接口的設備稱為組合設備。最后，設備可以有多組接口。每一組稱為一個配置，一次只能有一個配置是活動的。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。大多數的設備只有一個配置和一個接口。主機從設備讀取各種描述符，了解有什么配置、接口和端點可用。當設備第一次使用缺省管道插入時，主機讀取這些描述符。主機操作系統(tǒng)要為發(fā)現的每個配置或接口建立內核設備[19]。 USB傳輸類型在USB級，設備可以使用4種不同的傳輸類型通信:控制傳輸、中斷傳輸、批量傳輸和等時傳輸。如果從頭設計一個USB設備，必須決定那些傳輸類型是合適的。1)控制傳輸:主要用于命令袱態(tài)操作，由主機軟件發(fā)起的請求/響應通信過程，具有突發(fā)性,非周期的特點。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。2)中斷傳輸:單向的并且對于主機來說只有輸入的通信方式。主要用于定時查詢設備是否有中斷數據要傳送，用來支持那些偶然需要少量數據通信，但服務時間受限制的設備。鍵盤，鼠標和游戲桿都屬于這種類型。3)批量傳輸:主要用于沒有帶寬和間隔時間要求的大量數據的傳送和接收。它具有非周期和突發(fā)性強等特點。它并不能保證傳輸的速率，但可以保證傳輸的可靠性，出現錯誤的時候會要求發(fā)送方重發(fā)。打印機和掃描儀屬于這種類型。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(xù)性等特點。它要求有一個恒定的速率。例如進行語音業(yè)務傳輸時，使用等時傳輸方式是很好的選擇。 USB低層通信協(xié)議USB協(xié)議定義串行數據線路上發(fā)生的動作?？捎玫臄祿鬏敃r間(帶寬)被劃分成幀，每個幀lms長，一個全速的數據幀最多含有1500字節(jié)，而對于低速的幀最多含有187字節(jié)。1）包 在串行線路上傳輸的最小數據塊是包，它僅沿一個方向發(fā)送，要么來自主機， 要么發(fā)送給主機。一個包通常由同步信號、包標志(PID)、地址、傳送的數據和CRC等組成。PID由8位組成，其中后4位是糾錯位。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。一個事務通常由主機開始，一般分三個階段，第一階段發(fā)送令牌(token)包，第二階段發(fā)送是數據(data)包(可以沿任何一個方向發(fā)送)，在數據包傳送完之后，就會由設備返回一個握手(handshake)包。3）幀開始(SOF)SOF包由主機發(fā)送，指示一個幀的開始。這個包包括一個11位的幀號，這個幀號從0到Ox7FF連續(xù)變化，并重新折回0，SOF包被所有高速設備看到。像任何其它包一樣，SOF包可能被破壞。4）事務包結構控制傳輸涉及主機給設備發(fā)送一個SETUP包、任一方向的0個或多個DATA包以及一個握手包。IN包或OUT包開始所有其它的傳輸。設備端點的定義確定它是中斷傳輸、塊傳輸還是同步傳輸。主機定時啟動中斷傳輸，看設備端點是否有任何數據可用。設備端點可以返回數據。另外，設備可能發(fā)送NAK，指示沒有可用的數據，或者狀態(tài)沒有改變[4]。 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(fā)送設備不能發(fā)送數據停止（STALL）1110B端口掛起，或一個控制管道請求不被支持。專用（Special）前同步（PRE）1100B主機發(fā)送的前同步字。打開到低速設備的下行總線通信。 USB接口技術在進行一個USB設備開發(fā)之前，首先要根據具體使用要求選擇合適的USB控制器。實現USB設備與計算機之間的接口連接，通常的做法有以下的兩種：一種是采用分離的USB接口芯片和微處理芯片。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。USB接口芯片常見的有PHILIPS的PDIUSBD11(I2C接口)，PDIUSBD11A，PDIUSBD12(并行接口)，National Semiconductor的USBN9602,USBN9604等。接口芯片作為單片機的外圍器件與單片機及單片機的其它外圍電路共同組成的USB設備。采用這種結構開發(fā)USB設備成本較低，可靠性高。另一種就是采用帶有USB接口電路的單片機，這種單片機的芯片上集成了USB接口電路，可以直接處理USB傳輸線上的數據。如Intel的8X930AX,CYPRESS的EZUSB,SIEMENS的C541以及MOTOLORA，National Semiconductors等公司的產品。采用這種結構的設備外圍電路簡單，設計方便，周期短，但這些要采用專業(yè)的開發(fā)設備，且投資高[2]。因此，選擇的方案是功能強大，支持總線供電和設備自供電兩種方式的PDIUSBD12作為接口芯片來設計USB設備接口，單片機控制器作為下位機，通過USB接口芯片和USB總線與PC機交換數據，并實現USB設備的邏輯功能。2 系統(tǒng)硬件電路設計 設備電路系統(tǒng)概述USB設備的硬件通常是由處理器和接口電路實現組成。本系統(tǒng)實際上是AT89S52和PDIUSBD12單片機組成的單片機系統(tǒng)。其核心就是單片機控制器，它負責完成設備所有的控制功能；USB接口芯片和其它輸入輸出模塊作為單片機的外圍部件掛接在系統(tǒng)總線上，所有器件在單片機的控制下協(xié)同工作。 51系列單片機最小系統(tǒng) 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。AT89S52是低功耗，高性能，采用COMS工藝的8位單片機。其片內具有8KB的可在線編程的Flash存儲器，比80C51單片機多4K的程序存儲器。該單片機采用了ATMEL公司的高密度，非易失性存儲技術，與工業(yè)標準型80C51單片機的指令系統(tǒng)與引腳完全兼容；片內的Flash存儲器可在線重新編程，或使用通用的非易失性存儲器編程器；通用的8位CPU與在線可編程Flash集成在一塊芯片上，從而使AT89S52功能更加完善，應用更加靈活；具有較高的性能價格比，使其在嵌入式控制系統(tǒng)中有著廣泛的應用前景。所以我選用AT89S52單片機做此畢業(yè)設計。1) AT89S52單片機的主要性能：（1）與MCS51單片機產品兼容 （2）8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash存儲器（3）1000次擦寫周期 （4）全靜態(tài)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(jié)Flash，256字節(jié)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。另外，AT89S52可降至0Hz靜態(tài)輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時器/計數器、串口、中斷繼續(xù)工作。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]。3) AT89S52引腳及其功能：AT89S52有40個管腳： AT89S52引腳圖功能說明：VCC: 電源GND: 接地P0口: P0口是一個8位漏極開路的雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅動8個TTL邏輯電平。對P0端口寫“1”時，引腳用作高阻抗輸入。當訪問外部程序和數據存儲器時，P0口也被作為低8位地址/數據復用。在這種模式下，P0具有內部上拉電阻。在flash編程時，P0口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗時，輸出指令字節(jié)。程序校驗時，需要外部上拉電阻。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。對P1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。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。此外，（）和時器/計數器2的觸發(fā)輸入（）,。在flash編程和校驗時，P1口接收低8位地址字節(jié)。 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(fā)信號和方向控制）MOSI（在系統(tǒng)編程用）MISO（在系統(tǒng)編程用）SCK（在系統(tǒng)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。對P2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。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。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(zhí)行MOVX@DPTR）時，P2口送出高八位地址。在這種應用中，P2口使用很強的內部上拉發(fā)送1。在使用8位地址（如MOVX@RI）訪問外部數據存儲器時，P2口輸出P2鎖存器的內容。在flash編程和校驗時，P2口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號。P3口：P3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。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。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。P3口亦作為AT89S52特殊功能（第二功能）使用。在flash編程和校驗時，P3口也接收一些控制信號。 P3口引腳第二功能引腳號第二功能RXD（串行輸入）TXD（串行輸出）INT0(外部中斷0)INT0(外部中斷0)T0（定時器0外部輸入）T1（定時器1外部輸入）WR(外部數據存儲器寫選通)RD(外部數據存儲器寫選通)RST:復位輸入。晶振工作時，RST腳持續(xù)2 個機器周期高電平將使單片機復位。看門狗計時完成后，RST腳輸出96 個晶振周期的高電平。特殊寄存器AUXR(地址8EH)上的DISRTO位可以使此功能無效。DISRTO默認狀態(tài)下，復位高電平有效。ALE/PROG:地址鎖存控制信號（ALE）是訪問外部程序存儲器時，鎖存低8 位地址的輸出脈沖。在flash編程時，此引腳（PROG）也用作編程輸入脈沖。在一般情況下，ALE以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可用來作為外部定時器或時鐘使用。然而，特別強調，在每次訪問外部數據存儲器時，ALE脈沖將會跳過。如果需要，通過將地址為8EH的SFR的第0位置 “1”，ALE操作將無效。這一位置 “1”，ALE僅在執(zhí)行MOVX或MOVC指令時有效。否則，ALE將被微弱拉高。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(zhí)行模式下無效。PSEN:外部程序存儲器選通信號（PSEN）是外部程序存儲器選通信號。當AT89S52從外部程序存儲器執(zhí)行外部代碼時，PSEN在每個機器周期被激活兩次，而在訪問外部數據存儲器時，PSEN將不被激活。EA/VPP:訪問外部程序存儲器控制信號。為使能從0000H到FFFFH的外部程序存儲器讀取指令，EA必須接GND。為了執(zhí)行內部程序指令，EA應該接VCC。在flash編程期間，EA也接收12伏VPP電壓。XTAL1:振蕩器反相放大器和內部時鐘發(fā)生電路的輸入端。XTAL2:振蕩器反相放大器的輸出端。 AT89S52與PDIUSBD12構建的最小系統(tǒng)在設備電路中，真正起到USB設備實質作用的只有單片機和USB接口芯片，所以本系統(tǒng)的重點是AT89S52單片機和PDIUSBD12接口芯片組成的單片機系統(tǒng)，也是最小系統(tǒng)。當P27=1時，89S52給PDIUSBD12發(fā)命令；當P27=0時，向PDIUSBD12寫數據或從PDIUSBD12讀數據。PDIUSBD12的GL_N接LED，對其工作狀態(tài)進行監(jiān)控，LED在USB被連接時會發(fā)光，在進行數據傳輸時會閃爍，LED常亮或一直不亮說明USB接口有問題。R1，R2是串聯(lián)終端電阻。L1，L2是磁珠，分別串聯(lián)在電源和地中，USB總線電源從L1引入。因為是設備自供電，可以不接L1。對于自供電設備的電源必須要與總線的電源進行隔離，自供電電源與USB總線的電源之間只能共地，同時設備不能通過USB口向VBUS輸出電流。PDIUSBD12片內集成了6MHZ—8MHZ時鐘乘法鎖相環(huán)(PLL)，這樣就可以使用低成本的6MHZ晶振。同時，PDIUSBD12的時鐘輸出可以作為微處理器的外部晶振輸入[11]。 P101P112P123P134P145P156P167P178RESET9RXD10TXD11INT012INT113WR16RD17X218X119P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728