【正文】 需要單獨(dú)的開發(fā)系統(tǒng)，因此開發(fā)成本較高；而后一種只是一個 9 芯片與 MCU 接口實現(xiàn) USB 通信功能，因此成本較低，而且可靠性高。 本課題選擇的是 PHILIPS 公司的 PDIUSBD12 器件。 PDIUSBD12 芯片特點和內(nèi)部結(jié)構(gòu) PDIUSBD12 是一個性能優(yōu)化的 USB 器件，通常用于基于微控制器的系統(tǒng)并與微控制器通過高速通用并行接口進(jìn)行通信，也支持本地 DMA 傳輸。該器件采用模塊化的方法實現(xiàn)一個 USB 接口，允許在眾多可用的微控制器中選擇最合適的作為系統(tǒng)微控 制器，允許使用現(xiàn)存的體系結(jié)構(gòu)并使固件投資減到最小。這種靈活性減少了開發(fā)時間、風(fēng)險和成本，是開發(fā)低成本且高效的 USB 外圍設(shè)備解決方案的一種最快途徑。 PDIUSBD12 完全符合 規(guī)范，也能適應(yīng)大多數(shù)設(shè)備類規(guī)范的設(shè)計，如成像類、大容量存儲類、通信類、打印類和人工輸入設(shè)備等，因此， PDIUSBD12 非常適合做很多外圍設(shè)備，如打印機(jī)、掃描儀、外部大容量存儲器（ Zip 驅(qū)動器）和數(shù)碼相機(jī)等?，F(xiàn)在用 SCSI 實現(xiàn)的很多設(shè)備如果用 USB 來實現(xiàn)可以直接降低成本。 PDIUSBD12 掛起時的低功耗以及 LazyClock 輸出符合 ACPI 、 OnNOW 和 USB電源管理設(shè)備的要求。低功耗工作允許實現(xiàn)總線供電的外圍設(shè)備。 PDIUSBD12 還集成了像 SoftConnect、 GoodLink、可編程時鐘輸出、低頻晶振和終端電阻等特性。所有這些特性都能在系統(tǒng)實現(xiàn)時節(jié)省成本，同時在外圍設(shè)備上很容易實現(xiàn)更高級的 USB 功能。 PDIUSBD12 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖 所示。 10 圖 PDIUSBD12 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 ① 模擬收發(fā)器。集成的收發(fā)器直接通過終端電阻與 USB 電纜接口。 ② 電壓校準(zhǔn)器。片上集成的 1個 V 電壓校準(zhǔn)器為模擬收發(fā)器供電，也提供連接到外部 kΩ上拉電阻的輸出電壓。 ③ PLL。片上集成 1 個 6~48 MHz 的倍頻 PLL（鎖相環(huán)），允許使用 6 MHz 的晶振， EMI 也由于使用低頻晶振而減小。 PLL 的工作不需要外部器件。 ④ 位時鐘恢復(fù)。位時鐘恢復(fù)電路用 4 倍過采樣原理從輸入的 USB 數(shù)據(jù)流中恢復(fù)時鐘，能跟蹤 USB 規(guī)范中指出的信號抖動和頻率漂移。 ⑤ PHILIPS 串行接口引擎 SIE。 PHILIPS 的 SIE 完全實現(xiàn) USB 協(xié)議層。考慮到速度，它是全硬件的，不需要固件（微程序）介入。這個模塊 的功能包括：同步模式識別、并 /串轉(zhuǎn)換、位填充 /不填充、 CRC 校驗、 PID 確認(rèn)、地址識別以及握手鑒定。 ⑥ SoftConnect。高速設(shè)備與 USB 的連接是靠把 D＋通過 1個 kΩ的上拉電阻接到高電平來建立的。在 PDIUSBD12 中，這個上拉電阻是集成在芯片內(nèi)的， 11 缺省是沒有連接到 VDD，這個連接是靠外部 MCU 發(fā)一個命令來建立的。這使得系統(tǒng)微處理器可以在決定建立 USB 連接之前完成初始化。重新初始化 USB 總線連接也可以不用拔掉電纜來完成。 ⑦ GoodLink。 GoodLink 是靠一個引腳接發(fā)光二極管 實現(xiàn)的。在 USB 設(shè)備枚舉時 LED 指示燈將立即閃亮；當(dāng) PDIUSBD12 被成功枚舉并配置時， LED 指示燈將會始終亮；經(jīng)過 PDIUSBD12 的 USB 數(shù)據(jù)傳輸過程中， LED 將一閃一閃，傳輸成功后 LED 熄滅；在掛起期間， LED 熄滅。這種特性可以使我們知道 PDIUSBD12 的狀態(tài)，方便電路調(diào)試。 ⑧ 存儲器管理單元 MMU 和集成 RAM。 MMU 和集成 RAM 能緩沖 USB（工作在 12Mb/s）數(shù)據(jù)傳輸和微控制器之間并行接口之間的速度差異，這允許微控制器以自己的速度讀寫 USB 包。 ⑨ 并行和 DMA 接口。并行接口容 易使用、速度快并且能直接與主微控制器接口。對于微控制器， PDIUSBD12 可以看成是一個有 8位數(shù)據(jù)總線和 1位地址線的存儲設(shè)備。 PDIUSBD12 支持多路復(fù)用和非多路復(fù)用的地址和數(shù)據(jù)總線。在主端點（端點 2）和局部共享存儲器之間也可使用 DMA（直接存儲器存取）傳輸。它支持單周期模式和塊傳送模式 兩種 DMA 傳輸。 單片機(jī)外圍電路 晶振電路 單片機(jī)內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，引腳 XT2IN 和XT2OUT 分別是此放大器的輸入端和輸出端。這個放大器與作為反饋元件的片外 晶體或陶瓷諧 振器一起構(gòu)成一個自激振蕩器。 12 本設(shè)計系統(tǒng)中的晶振電路如圖 所示 : 圖 本設(shè)計系統(tǒng)中的晶振電路 復(fù)位電路設(shè)計 無論用戶使用哪種類型的單片機(jī)，總要涉及到單片機(jī)復(fù)位電路的設(shè)計。而單片機(jī)復(fù)位電路設(shè)計的好壞，直接影響到整個系統(tǒng)工作的可靠性。許多用戶在設(shè)計完單片機(jī)系統(tǒng)，并在實驗室調(diào)試成功后，在現(xiàn)場卻出現(xiàn)了 “ 死機(jī) ” 、 “ 程序走飛 ” 等現(xiàn)象，這主要是單片機(jī)的復(fù)位電路設(shè)計不可靠引起的。 13 目前為止，單片機(jī)復(fù)位電路主要有四種類型：（ 1）微分型復(fù)位電路；（ 2）積分型復(fù)位電 路；（ 3）比較器型復(fù)位電路；（ 4）看門狗型復(fù)位電路。 1 微分型復(fù)位電路 微分型復(fù)位電路的等效電路如圖 所示 。 圖 微分型復(fù)位電路 2 積分型復(fù)位電路 積分型 復(fù)位電路常常在二次電源開關(guān)相對較短的時間間隔情況下出現(xiàn)異常。這主要是由于放電回路與充電回路相同，導(dǎo)致放電時間常數(shù)較大，從而導(dǎo)致 UC 電壓下降過度。 如圖 所示 圖 積 分型復(fù)位電路 14 3 比較器型復(fù)位電路 比 較器型復(fù)位電路的基本原理 是： 上電復(fù)位時，由于組成了一個 RC低通網(wǎng)絡(luò)，所以比較器的正相輸入端的電壓比負(fù)相端輸入電壓延遲一定時間。而比較器的負(fù)相端網(wǎng)絡(luò)的時間常數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于正相端 RC 網(wǎng)絡(luò)的時間常數(shù)，因此在正端電壓還沒有超過負(fù)端電壓時，比較器輸出低電平，經(jīng)反相器后產(chǎn)生高電平。復(fù)位脈沖的寬度主要取決于正常電壓上升的速度。 4 看門狗型復(fù)位電路 看門狗型復(fù)位電路主要利用 CPU 正常工作時，定時復(fù)位計數(shù)器，使得計數(shù)器的值不超過某一值；當(dāng) CPU 不能正常工作時，由于計數(shù)器不能被復(fù)位，因此其計數(shù)會超過某一值，從而產(chǎn)生復(fù)位脈沖，使得 CPU 恢復(fù)正常工作狀態(tài)。典型應(yīng)用的 Watchdog 復(fù)位電路的可靠性主要取決于軟件設(shè)計，即將定時向復(fù)位電路發(fā)出脈沖的程序放在何處。一般設(shè)計，將此段程序放在定時器中斷服務(wù)子程序中。 本系統(tǒng)中所采用的復(fù)位電路 在本設(shè)計的系統(tǒng)中，由于電路較為簡化，系統(tǒng)性能應(yīng)該較為穩(wěn)定，所以采用微分型的復(fù)位電路，它的電路如圖 所示。 15 圖 本系統(tǒng)中的復(fù)位電路 電源的設(shè)計 由于系統(tǒng)的設(shè)計實現(xiàn)了超低功耗，用紐扣電池供電是非常適合的。 節(jié)省了器件的空間，減輕了重量，大大提高了實用性，攜帶非常方便。在電源的正負(fù)極之間并聯(lián)了一個電容，以增強(qiáng)系統(tǒng)性能的穩(wěn)定性和可靠性。 A/D 轉(zhuǎn)換器的選擇 單片機(jī)控制系統(tǒng)通常要用到 A/D 轉(zhuǎn)換。根據(jù)輸出的信號格式，比較常用的 A/D 轉(zhuǎn)換方式可分為并行 A/D 和串行 A/D。并行方式一般在轉(zhuǎn)換后可直接接收，但芯片的引腳比較多；串行方式所用芯片引腳少，封裝小，在 PCB 板上占用的空間也小，但需要軟件處理才能得到所需要的數(shù)據(jù)。 16 TLC0834 串行 A/D 轉(zhuǎn)換器簡介 ＴＬＣ０８３４ 串行 A/D 轉(zhuǎn)換器 是 ＴＩ 公司生產(chǎn)的 ８ 位逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器具有輸入可配置的多通道多路器和串形輸入輸出方式。其多路器可由軟件配置為單端或差分輸入，也可以配置為偽差分輸入。另外，其輸入基準(zhǔn)電壓大小可以調(diào)整。在全 ８ 位分辨率下，它允許任意小的模擬電壓編碼間隔。由于 TLC0834轉(zhuǎn)換器 采用的是串行輸入結(jié)構(gòu)，因此封裝體積小，可節(jié)省單片機(jī) I/O 資源，價格也較適中。 TLC0834 串行 A/D 轉(zhuǎn)換器 工作特點 TLC0834 轉(zhuǎn)換器 可通過和控制處理器相連的串行數(shù)據(jù)鏈路來傳送控制命令，因而可用軟件對通道進(jìn)行選擇和輸入端進(jìn)行配置 。 輸入配置可在多路器尋址時 序中進(jìn)行。多路器地址可通過 DI 端移入轉(zhuǎn)換器。多路器地址選擇模擬輸入通道可決定輸入是單端輸入還是差分輸入。當(dāng)輸入是差分時，應(yīng)分配輸入通道的極性，并應(yīng)將差分輸入分配到相鄰的輸入通道對中。例如通道 0 和通道 1可被選為一對差分輸入。另外，在選擇差分輸入方式時，極性也可以選擇。一對輸入通道的兩個輸入端的任何一個都可以作為正極或負(fù)極。 通常 TLC0834 轉(zhuǎn)換器 在輸出以最高位（ MSB）開頭的數(shù)據(jù)流后，會以最低位（ LSB）開頭重輸出一遍（前面的數(shù)據(jù)流）。其工作時序如圖 所示。 17 圖 TLC0834 時序圖 TLC0834 串行 A/D 轉(zhuǎn)換器 引腳功能 TLC0834 轉(zhuǎn)換器 的引腳排列如圖 所示，其中 CH0～ CH3 為模擬輸入端；CS 為片選端； DI 為串行數(shù)據(jù)輸入，該端僅在多路器尋址時（ MUX Settling Time）才被檢測； D0 為 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果的三態(tài)串行輸出端； CLK 為時鐘； SARS為轉(zhuǎn)換狀態(tài)輸出端，該端為高電平時，表示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行，為低電平則表示轉(zhuǎn)換完成； REF 為參考電壓輸入端； Vcc 為電源； DGTL GND 為數(shù)字地， ANGL GND 為模擬地。 18 A/D 轉(zhuǎn)換器 與單片機(jī)的接口電路設(shè)計 TLC0834 與