【正文】 址，這樣就使16位數(shù)據(jù)總線和8位數(shù)據(jù)總線的51單片機可以輕松地尋址到16M字節(jié)空間。1117有可調(diào)電壓的版本，通過2個外部電阻可實現(xiàn) ～ 輸出電壓范圍。雖然PS/2接口存在這樣不一致的情況，但是AT89S52單片機的P1～P3端口內(nèi)已經(jīng)集成了上拉電阻，所以不需要在硬件上對此分別考慮。 PDIUSBD12外圍電路 擴展功能電路的設(shè)計系統(tǒng)基本功能電路設(shè)計完畢以后，可以再對系統(tǒng)進(jìn)行擴展。 PDIUSBD12引腳圖 USB外圍電路及其與單片機連接D12與51單片機的連接非常簡單。在多路地址/數(shù)據(jù)復(fù)用總線系統(tǒng)中，ALE下降沿用于鎖存地址；在獨立地址/數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)中，ALE應(yīng)一直接地。(8) 存儲器管理單元MMU和集成RAM在以12M/s的速率傳輸并與微控制器并口相連時，MMU和集成RAM作為USB之間速度差異的緩沖區(qū)。VBUS可通過EOT_N管腳進(jìn)行檢測。完全由硬件實現(xiàn)而不需要固件的參與。(2) 電壓調(diào)整器。 LE為數(shù)據(jù)打入端：當(dāng)LE為“1”時，鎖存器輸出狀態(tài)同輸入狀態(tài)；當(dāng)LE由“1”變“0”時，數(shù)據(jù)打入鎖存器。因為是設(shè)備自供電，可以不接L1。在flash編程期間，EA也接收12伏VPP電壓。這一位置 “1”，ALE僅在執(zhí)行MOVX或MOVC指令時有效?？撮T狗計時完成后，RST腳輸出96 個晶振周期的高電平。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。此外，（）和時器/計數(shù)器2的觸發(fā)輸入（）,。對P0端口寫“1”時，引腳用作高阻抗輸入。該單片機采用了ATMEL公司的高密度，非易失性存儲技術(shù)，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)型80C51單片機的指令系統(tǒng)與引腳完全兼容；片內(nèi)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(yīng)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(yīng)用前景。采用這種結(jié)構(gòu)的設(shè)備外圍電路簡單，設(shè)計方便，周期短，但這些要采用專業(yè)的開發(fā)設(shè)備，且投資高[2]。 USB接口技術(shù)在進(jìn)行一個USB設(shè)備開發(fā)之前，首先要根據(jù)具體使用要求選擇合適的USB控制器。IN包或OUT包開始所有其它的傳輸。一個包通常由同步信號、包標(biāo)志(PID)、地址、傳送的數(shù)據(jù)和CRC等組成。它并不能保證傳輸?shù)乃俾剩梢员ＷC傳輸?shù)目煽啃?，出現(xiàn)錯誤的時候會要求發(fā)送方重發(fā)。如果從頭設(shè)計一個USB設(shè)備，必須決定那些傳輸類型是合適的。最后，設(shè)備可以有多組接口。管道是具有多個特征的信道，如帶寬分配、包大小、管道類別以及數(shù)據(jù)流向。功率不大的外設(shè)可以直接使用USB總線電源供電，而不必外接電源，USB總線最大可以提供5V, 500mA電源，并支持節(jié)約能源的掛機和喚醒模式。主機中包含了一個嵌入的集線器，稱為根集線器(Root hub)通過根集線器，主機可以提供一個或多個接入點。6)與PC工業(yè)協(xié)同作用(1)符合PC即插即用體系結(jié)構(gòu)。(6)具有較小的協(xié)議開銷，總線利用率較高。(2)對最終用戶隱藏了電氣細(xì)節(jié)，例如總線終結(jié)。4) LPT并行接口擴展保留了LPT并行接口，可用于并口打印機信號到USB打印機信號的轉(zhuǎn)換或者其它類型的數(shù)據(jù)傳輸擴展。這種實現(xiàn)USB接口的標(biāo)準(zhǔn)組件,使得我們可以在各種不同類型微控制器中選擇出最合適的微控制器。本文詳細(xì)介紹了利用89s52與PDIUSBD12相連的USB接口電路的應(yīng)用。它還具備連接單一化、軟件自動“偵測”以及熱插拔的功能，也就是說，在電腦不關(guān)機的情況下，就可以將設(shè)備連接到電腦上或是將設(shè)備從電腦上拔下來拿走。USB接口在單片機通信中的設(shè)計應(yīng)用畢業(yè)論文目錄0 引言 1 選題現(xiàn)狀、研究意義以及發(fā)展趨勢 1 系統(tǒng)實現(xiàn)功能 21 USB技術(shù) 4 USB總線概述 4 USB總線簡介 4 USB總線的優(yōu)點 4 USB協(xié)議簡介 5 USB物理體系結(jié)構(gòu) 5 USB設(shè)備邏輯結(jié)構(gòu) 6 USB傳輸類型 8 USB低層通信協(xié)議 8 USB接口技術(shù) 102 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計 11 設(shè)備電路系統(tǒng)概述 11 51系列單片機最小系統(tǒng) 11 AT89S52單片機的介紹和選用 11 AT89S52與PDIUSBD12構(gòu)建的最小系統(tǒng) 15 AT89S52和外圍器件 16 PDIUSBD12外圍電路及其與單片機的連接設(shè)計 17 PDIUSBD12介紹 17 USB外圍電路及其與單片機連接 21 擴展功能電路的設(shè)計 22 PS/2串行接口的擴展設(shè)計 23 Flash存儲器的擴展設(shè)計 23 LPT并行接口的擴展設(shè)計 253 系統(tǒng)軟件設(shè)計 27 固件程序的設(shè)計與實現(xiàn) 27 描述符 27 固件程序的結(jié)構(gòu) 29 驅(qū)動程序的設(shè)計與實現(xiàn) 32 驅(qū)動程序概述 32 WDM設(shè)備驅(qū)動程序結(jié)構(gòu) 33 驅(qū)動程序開發(fā)的工具軟件 33 用Win Driver開發(fā)驅(qū)動程序 34 系統(tǒng)應(yīng)用程序開發(fā) 35 應(yīng)用程序的實現(xiàn)的功能 35 利用Win Driver實現(xiàn)應(yīng)用程序 354 系統(tǒng)調(diào)試 37 系統(tǒng)硬件測試 37 系統(tǒng)軟件調(diào)試及系統(tǒng)測試 37結(jié)論 39致謝語 40參考文獻(xiàn) 41附錄一：原理圖 42附錄二：程序 43附錄三：英文原文 53附錄四：英文譯文 63III袁小棠：應(yīng)用電子技術(shù)教育專業(yè)畢業(yè)設(shè)計 0 引言 選題現(xiàn)狀、研究意義以及發(fā)展趨勢USB（Universal Serial Bus）即通用串行總線，是現(xiàn)在非常流行的一種快速、雙向、廉價、可以進(jìn)行熱插拔的接口，在現(xiàn)在的每一臺PC機上都可以找到一對USB接口。 USB就是要解決上述這些問題，它是一種新規(guī)格的外接串聯(lián)口，提出該規(guī)格的廠商希望用USB來取代現(xiàn)有種種的外接設(shè)備接口。前一種由于開發(fā)時需要單獨的開發(fā)系統(tǒng)，因此開發(fā)成本較高；而后一種只是一個芯片與MCU接口實現(xiàn)USB通信功能，因此成本較低，而且可靠性高。而PDIUSBD12通常用作微控制器系統(tǒng)中實現(xiàn)與微控制器進(jìn)行通信的高速通用并行接口,因此具有廣闊的應(yīng)用前景。3) Flash存儲器擴展利用SamsungK9F2808芯片（16MB的Flash存儲器芯片，數(shù)據(jù)字寬8位）擴展為移動存儲器設(shè)備。根據(jù)USB總線規(guī)范的定義，USB總線主要具有以下優(yōu)點:1)方便最終用戶的使用(1)電纜和連接器具有唯一的型號。(5)支持在主機和設(shè)備間多個數(shù)據(jù)和消息流的傳輸。(2)支持動態(tài)接入和插出(熱插拔)。這種由集線器提供的額外的接入點稱為端口(Port)。利用這種差模傳輸方式，接收端的靈敏度可以達(dá)到不低于200mV。管道(Pipe)實現(xiàn)了在主機的一個內(nèi)存緩沖區(qū)和設(shè)備的端點之間的數(shù)據(jù)傳輸，主機USB系統(tǒng)軟件和設(shè)備的端點0之間的連接稱為缺省管道。一個設(shè)備對主機表現(xiàn)為一組合適的端點，一組相關(guān)的端點稱為一個接口，有多個接口的設(shè)備稱為組合設(shè)備。 USB傳輸類型在USB級，設(shè)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。它具有非周期和突發(fā)性強等特點。1）包 在串行線路上傳輸?shù)淖钚?shù)據(jù)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。4）事務(wù)包結(jié)構(gòu)控制傳輸涉及主機給設(shè)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。打開到低速設(shè)備的下行總線通信。如Intel的8X930AX,CYPRESS的EZUSB,SIEMENS的C541以及MOTOLORA，National Semiconductors等公司的產(chǎn)品。其片內(nèi)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。作為輸出口，每位能驅(qū)動8個TTL邏輯電平。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。在使用8位地址（如MOVXRI）訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。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(fù)位。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。為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令，EA應(yīng)該接VCC。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。74LS373 是一種帶三態(tài)門的8D鎖存器，其中：1D8D為8個輸入端，1Q8Q為8個輸出端。它還支持本地的DMA傳輸。 PDIUSBD12芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖(1) 模擬收發(fā)器集成的收發(fā)器接口可通過終端電阻直接與USB電纜相連。(5) Philips串行接口引擎PSIEPhilips SIE實現(xiàn)了全部的USB協(xié)議層。PDIUSBD12在連接可以建立之前會檢測VBUS是否可用。該特性降低了現(xiàn)場支持和熱線的成本。4) PDIUSBD12引腳極其功能： PDIUSBD12的引腳定義符號類型描述1DATA0IO2雙向數(shù)據(jù)位02DATA1IO2雙向數(shù)據(jù)位13DATA2IO2雙向數(shù)據(jù)位24DATA3IO2雙向數(shù)據(jù)位35GNDP地6DATA4IO2雙向數(shù)據(jù)位47DATA5IO2雙向數(shù)據(jù)位58DATA6IO2雙向數(shù)據(jù)位69DATA7IO2雙向數(shù)據(jù)位710ALEI地址鎖存允許。PDIUSBD12采用28PIN腳模式，SO28和TSSOP28封裝。，D12的D0～D7引腳接系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線，A0接數(shù)據(jù)線A0，片選信號接數(shù)據(jù)線A5，這樣D12的數(shù)據(jù)口地址就可以定為10h，而地址口地址定為11h（由于A5不參與其它芯片的地址譯碼，所以這樣的地址分配不會引起沖突）[5]。補充一點：硬件上鍵盤的PS/2接口與鼠標(biāo)的PS/2接口實際上有區(qū)別，就是PS/2鼠標(biāo)一側(cè)，Data和Clk兩個端口都是集電極開路OC輸出，而在主機的PS/2鼠標(biāo)接口上Data和Clk兩條線與Vcc之間都加了10KΩ的上拉電阻，這樣PS/2鼠標(biāo)的Data和Clk在主機不干預(yù)的情況下會直接浮為高電平；而鍵盤則不是OC輸出，主機的鍵盤接口一側(cè)也沒有上拉電阻。1117是一個低壓差電壓調(diào)節(jié)器,。對于一般的51系列單片機，它的地址總線只有16位，也就是說最多只能尋址到64KB空間。 LPT并行接口的連接[6]注：系統(tǒng)整體電路圖見附錄1所示3 系統(tǒng)軟件設(shè)計硬件開發(fā)完了之后，如果沒有軟件的支持，USB設(shè)備不能實現(xiàn)任何功能，本章介紹系統(tǒng)的軟件設(shè)計。固件程序放入AT89S52的Flash Memory中，當(dāng)把設(shè)備連接到主機上時，上位機可以發(fā)現(xiàn)新設(shè)備，然后建立連接。3) 接口描述符接口描述符用來描述設(shè)備的接口，指明接口的類型和遵循的傳輸協(xié)議等屬性。7) 字符串描述符字符串描述符的結(jié)構(gòu)非常簡單，它以文字形式存放了設(shè)備的一些說明信息。中斷處理子程序要做的工作就是首先D12讀取中斷信息，查看D12收到了什么樣的封包，然后根據(jù)主機的不同要求做出響應(yīng)。d12read( )函數(shù)的原型為 char d12read(void),實現(xiàn)的功能是從D12接口芯片的數(shù)據(jù)口讀一個字節(jié)的數(shù)據(jù)字。D12一共有4條初始化的指令：設(shè)置地址/使能（set address/enable）、設(shè)置端點/使能（set endpoint/enable）、設(shè)置模式（set mode）以及設(shè)置DMA(set DMA)。程序在進(jìn)入中斷處理函數(shù)入口后，先要讀D12的中斷狀態(tài)寄存器（指令F4），從讀出的第1個狀態(tài)字來判斷引發(fā)這一次中斷的是哪一個端點的哪一類傳輸（）。響應(yīng)函數(shù)對設(shè)備要求bmRequest域和Request域的譯碼，確定設(shè)備要求的類別；然后在存放存儲區(qū)的所有描述符中找到合適的描述符；再把這個描述符返回給主機[8]。應(yīng)用層的代碼為操作系統(tǒng)提供函數(shù)，硬件代碼則包括了訪問外部設(shè)備的必要協(xié)議。Windows定義了一套驅(qū)動可以使用的IRP。4) 處理Win32的輸入/輸出（I/O）請求。12) 處理一個可熱插拔的設(shè)備被加入或刪除的情況。Win Driver工具軟件就是這樣的一種開發(fā)工具，但它與VtoolsD、Driver Works等開發(fā)工具又不同。這表明驅(qū)動程序的安裝已經(jīng)完成，之后就可以基于這個驅(qū)動程序來編寫應(yīng)用程序，來控制與設(shè)備的數(shù)據(jù)交換了。開啟設(shè)備之后，就可以顯示設(shè)備和管線信息等USB設(shè)備的固有屬性。首先用眼睛看電路板是否有虛焊、脫焊，有問題的地方重新焊接；然后對照電路原理圖，分模塊以系統(tǒng)的核心器件為中心，發(fā)散到外圍器件，利用萬用表，認(rèn)真檢查每一條線走的是否正確，保證線路的連接沒有問題；電路線路沒有問題后，將電路板上電，然后根據(jù)系統(tǒng)電路的特點，利用萬用表測試，看每一點輸出的電壓是否正常。一開始由于將電源線和地線搞混淆了，電路板上電后，發(fā)現(xiàn)芯片溫度非常高，經(jīng)過仔細(xì)檢查很快排除了這個錯誤。設(shè)備固件程序的功能側(cè)重于設(shè)備的列舉和簡單的中斷方式數(shù)據(jù)傳輸。在Win Driver的界面下，可以直接對USB設(shè)備的管線進(jìn)行讀/寫控制，控制并觀察USB總線上的數(shù)據(jù)傳輸，起到調(diào)試的作用。本系統(tǒng)在生成驅(qū)動程序的過程中，檢測不到D12芯片的ID號，無法生成驅(qū)動，PC機只能檢測到USB設(shè)備，不能正常地和PC機進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。這個階段的工作難度和強度較大，是本系統(tǒng)設(shè)計