【文章內(nèi)容簡介】 同步傳輸) 模式 1 ISOOUT 模式(同步輸出傳輸) 模式 2 ISOIN 模式(同步輸入傳輸) 模式 3 ISOIO 模式(同步輸入輸出傳輸)USB 電纜可以允許使用不同長度的電纜，最長可達(dá)幾米。為了提供可靠的輸入電壓和適當(dāng)?shù)慕K端阻抗，在電纜的每一端帶偏壓的終端。該終端可以發(fā)現(xiàn)任一端口上 USB 設(shè)備的“插入”和 “拔除”操作，并能區(qū)分全速和低速設(shè)備。圖 2 指示了高速 USB 設(shè)備在集線器的終端位置及其所連的功能設(shè)備，從中可以看出在電纜的下行端的電阻 Rpu 是接在 D+線上的，在低速設(shè)備中， Rpu 電阻是接在 D線上的。PD工 USBD12 的軟連接 (SoftCon)技術(shù)使得在電路設(shè)計中可以省去此電阻，并可以通過軟件設(shè)置。圖 PDIUSBD12 的原理圖(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。(2)電壓調(diào)整器:片內(nèi)集成了一個 3. 3V 的調(diào)整器用于模擬收發(fā)器的供電，該電壓還作為輸出連接到外部上拉電阻。可選擇 D12 提供的帶有上拉電阻的軟件連接技術(shù)。(3)倍頻電路(PLL)片內(nèi)集成了 6M 到 48M 時鐘乘法 PLL，就可使用低成本的 6M晶振。(4) 位時鐘恢復(fù):位時鐘恢復(fù)電路使用 4X 過采樣規(guī)則，從進(jìn)入的 USB 數(shù)據(jù)流中恢復(fù)時鐘。它能跟蹤 USB 規(guī)定范圍內(nèi)的抖動和頻漂。(5)串行接口引擎(SIE): 串行接口引擎實(shí)現(xiàn)了全部的 USB 協(xié)議層，完全由硬件實(shí)現(xiàn)而不需要固件的參與。該模塊的功能包括同步模式的識別、并行/串行轉(zhuǎn)換、位填充/解除填充、CRC 校驗(yàn)/ 產(chǎn)生、PID 校驗(yàn)/產(chǎn)生、地址識別和握手評估等。(6)存儲器管理單元(ME) 和集成 RAM:在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸并與微處理器的并口相連時，MMU 和集成 RAM 作為 USB 間傳輸?shù)木彌_區(qū)，允許 MCU 以它自己速率對USB 信息包讀寫。PDIUSBD12 內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖 所示：圖 PDIUSBD12 的內(nèi)部框圖 PDIUSBD12 的端點(diǎn)描述端點(diǎn)(Endpoint) 是一個 USB 設(shè)備唯一可以確認(rèn)的部分，它是主機(jī)與設(shè)備之間的通信流終點(diǎn)。一系列相互獨(dú)立的端點(diǎn)在一起構(gòu)成了 USB 邏輯設(shè)備。 (1)端點(diǎn) 0 要求:所有 USB 設(shè)備都需要實(shí)現(xiàn)一個缺省的控制方法。這種方法將端點(diǎn) 0 作為輸入端點(diǎn)，同時也將端點(diǎn) 0 作為輸出端點(diǎn)。USB 系統(tǒng)用這個缺省方法初始化及一般地使用邏輯設(shè)備(即設(shè)置此設(shè)備)。缺省控制通道支持了對控制的傳送，一旦設(shè)備接上，并加電，且又收到一個總線復(fù)位命令，端點(diǎn) 0 就是可訪問的了。(2)非 0 端點(diǎn)要求 :設(shè)備可以有除 0 以外的其它端點(diǎn)，這取決于這些設(shè)備的實(shí)現(xiàn)。低速設(shè)備在 0 號輸入及輸出端點(diǎn)外，只能有 2 個額外的可選端點(diǎn)。而高速設(shè)備可具有的額外端點(diǎn)數(shù)僅受限于協(xié)議的定義，協(xié)議中規(guī)定，最多 15 個額外的輸入端點(diǎn)和最6MHZD+ 電壓調(diào)整器ANALOGTX/AXsoftconnectD上行端口PLL位時鐘恢復(fù)PHILIPSSIE內(nèi) 存 管理 單 元集成RAM并行和DAM接口D+多 15 個額外的輸出端點(diǎn)。非 0 端點(diǎn)在被配置前處于未知狀態(tài)，在設(shè)備配置以后才能使用。 D12 的端點(diǎn)適用于不同類型的設(shè)備，并可通過 “Set Mode”命令配置為 4 種不同的模式:模式 0(非同步模式)，模式 1(同步輸出模式 )，模式 2(同步輸入模式)，模式3(同步輸入輸出模式) 。本設(shè)計中只用到了模式 0 配置，同步模式配置未使用。端點(diǎn)可用來存放從主機(jī)接受到或者設(shè)備發(fā)送來的數(shù)據(jù)，每個端點(diǎn)都有屬于自己的緩沖區(qū)。模式 0 配置下的端點(diǎn)緩沖區(qū)如表 所示。 端點(diǎn) 2(主端點(diǎn)) 是進(jìn)行吞吐大數(shù)據(jù)量的主要端點(diǎn)，具有 64 字節(jié)雙緩沖區(qū)結(jié)構(gòu)，可以減輕傳輸大量數(shù)據(jù)的任務(wù):(1)雙緩沖。允許 USB 與本地 CPU 之間的并行讀寫操作這樣就增加了數(shù)據(jù)的吞吐量緩沖區(qū)切換是自動處理的這導(dǎo)致了透明的緩沖區(qū)操作。(2)支持 DMA 直接存儲器訪問操作。可以和對其它端點(diǎn)的正常 I/0 操作交叉進(jìn)行。(3) DMA 操作中的自動指針處理。在跨過緩沖區(qū)邊界時不需要本地 CPU 的干預(yù)。(4)可配置為同步傳輸或非同步批量和中斷傳輸。表 端點(diǎn)緩沖區(qū)配置(模式 0)端點(diǎn)號 端點(diǎn)索 引傳輸類型 端點(diǎn)類型 方向 緩沖區(qū)長度（字節(jié)）0 0 控制輸出 默認(rèn) 輸出 160 1 控制輸出 默認(rèn) 輸入 161 2 普通輸出 普通 輸出 161 3 普通輸出 普通 輸入 162 4 普通輸出 普通 輸出 642 5 普通輸出 普通 輸入 64 PDIUSBD12 的指令集 PDIUSBD12 有自己的專用指令集，用于設(shè)置 USB 芯片、讀取 USB 芯片的狀態(tài)和控制 USB 總線傳輸。D12 芯片內(nèi)有一系列的寄存器對應(yīng)著這些指令，微處理器把要設(shè)置的值按字節(jié)寫入 D12 的這些寄存器，或者從 D12 的這些寄存器中讀出 USB總線的狀態(tài)。D12 有三種基本的類型的命令:初始化、數(shù)據(jù)流和通用命令。(1)初始化命令初始化命令在 USB 總線進(jìn)行枚舉處理時使用，這些命令用于使能端點(diǎn)的功能，還可用來設(shè)置 USB 分配的地址，包括:設(shè)置地址/使能、設(shè)置端點(diǎn)使能、設(shè)置模式(設(shè)置分頻系數(shù)、軟連接、端點(diǎn)模式以及中斷模式等)、DMA 設(shè)置等命令。表 初始化命令指令集命令名 接收者 編碼 數(shù)據(jù)設(shè)置地址使能 器件 D0h 寫 1 字節(jié)設(shè)置端點(diǎn)使能 器件 D8h 寫 1 字節(jié)設(shè)置模式 器件 F3h 寫 2 字節(jié)設(shè)置 DMA 器件 FBh 寫/讀 1 字節(jié)(2)數(shù)據(jù)流命令數(shù)據(jù)流命令用于管理 USB 端點(diǎn)和外部微控制器之間的數(shù)據(jù)傳輸，D12 通過微控制器中斷初始化大量的數(shù)據(jù)流。微控制器利用這些命令訪問和決定端點(diǎn)的 FIFO 是否含有有效的數(shù)據(jù)。包括:讀中斷寄存器、選擇端點(diǎn)、讀最后處理狀態(tài)寄存器、讀緩沖區(qū)、寫緩沖區(qū)、使緩沖區(qū)有效、清除緩沖區(qū)、設(shè)置端點(diǎn)狀態(tài)、應(yīng)答建立等命令。如表 。(3)普通命令:包括發(fā)送恢復(fù)、讀當(dāng)前幀數(shù)目兩個命令。表 普通命令指令集命令指令集發(fā)送恢復(fù) F6h 無讀當(dāng)前楨數(shù) F5h 讀 1 或 2 字節(jié) PDIUSBD12 的管腳配置PD12 共有 28 個管腳，具有 S028 和 TSSOP28 兩種封裝形式，管腳圖如下圖 所示：圖 PBIUSBBI2 的管腳配置表 數(shù)據(jù)流命令指令集數(shù)據(jù)流命令 讀中斷寄存器 器件 F4h 讀 2 字節(jié)選擇端點(diǎn) 控制輸出 00h 讀 1 字節(jié)（可選）控制輸入 01h 讀 1 字節(jié)（可選）端點(diǎn) 1 輸出 02h 讀 1 字節(jié)（可選）端點(diǎn) 1 輸入 03H 讀 1 字節(jié)（可選）端點(diǎn) 2 輸出 04h 讀 1 字節(jié)（可選）端點(diǎn) 2 輸入 05h 讀 1 字節(jié)（可選）讀最后處理狀態(tài) 控制輸出 40h 讀 1 字節(jié)控制輸入 41h 讀 1 字節(jié)端點(diǎn) 1 輸出 42h 讀 1 字節(jié)端點(diǎn) 1 輸入 43h 讀 1 字節(jié)端點(diǎn) 2 輸出 44h 讀 1 字節(jié)端點(diǎn) 2 輸入 45h 讀 1 字節(jié)讀緩沖區(qū) 選擇的端點(diǎn) F0h 寫 n 字節(jié)寫緩沖區(qū) 選擇的端點(diǎn) F0h 寫 n 字節(jié)設(shè)置端點(diǎn)狀態(tài) 控制輸出 40h 寫 1 字節(jié)控制輸入 41h 寫 1 字節(jié)端點(diǎn) 1 輸出 42h 寫 1 字節(jié)端點(diǎn) 1 輸入 43h 寫 1 字節(jié)端點(diǎn) 2 輸出 44h 寫 1 字節(jié)端點(diǎn) 2 輸入 45h 寫 1 字節(jié)應(yīng)答設(shè)置 選擇的端點(diǎn) F1h 無緩沖區(qū)清零 選擇的端點(diǎn) F2h 無使緩沖區(qū)有效 選擇的端點(diǎn) FAh 無 A/D 與單片機(jī)接口電路ADC0809 允許的最大時鐘頻率為 1280kHz，主要管腳功能如下:INOIN7: 8 路模擬量輸入端，可從這 8 個腳輸入 0V5V 待轉(zhuǎn)換的模擬電壓ADDA,ADDB,ADDC:管道地址輸入端。通過編碼的方式來實(shí)現(xiàn)管道地址的選擇。CLOCK:時鐘輸入端。ADC0809 只有在時鐘脈沖信號的同步下才能進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換時鐘頻率越高轉(zhuǎn)換得越快。典型時鐘頻率是 640kHz。 ALE:地址鎖存允許端。START:啟動脈沖輸入端。在時鐘脈沖頻率為 640kHz 時，START 脈寬應(yīng)大于100ns200ns。EOC:轉(zhuǎn)換結(jié)束信號端。在 A/D 轉(zhuǎn)換期間，EOC=0 表示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行，輸出數(shù)據(jù)不可信，轉(zhuǎn)換完畢后立即使 EOC=1 表示轉(zhuǎn)換已經(jīng)完成，輸出數(shù)據(jù)可信。D7DO:轉(zhuǎn)換所得八位輸出數(shù)據(jù)，D7 是最高位，而 DO 是最低位。OE:允許輸出端。OE 端控制輸出鎖存器的三態(tài)門。當(dāng) OE=1 時，轉(zhuǎn)換所得數(shù)據(jù)出現(xiàn)在 D7D0 腳，當(dāng) OE0 時 D7DO 腳對外是高阻抗。89C52 通過 和讀、寫控制線來控制轉(zhuǎn)換器的模擬輸入通道地址鎖存、啟動和允許輸出。編程時注意啟動 AD0809 后，EOC 在一定時間才能變成低電平。 圖 ADC0809 與 89C52 的接口電路 PDIUSBD12 與單片機(jī)接口電路圖 PDIUSBD12 與 89C52 的連接電路PDIUSBD12 與 89C52 的連接電路如圖 所示。89C52 的 ALE 和 PD12 的ALE 相接，表示采用單獨(dú)地址和數(shù)據(jù)總線配置。其 AO 腳接高電平用于控制命令或數(shù)據(jù)輸入到 PDIUSBD I2，也就是編程中 outportcmd()和 outportdata()函數(shù)。此外89C52 的多位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用總線 PO 可直接與 PDIUSBD12 的數(shù)據(jù)總線相連，CLKOUT 時鐘輸出為 89C52 提供時鐘輸入。在該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，用 ADC0809 采集 05V 的電壓信號，經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換后將數(shù)字量存入預(yù)先設(shè)定的緩沖區(qū)里，利用接口芯片 D12 將數(shù)據(jù)送至 USB 總線上。設(shè)備應(yīng)用程序從緩沖區(qū)里取數(shù)據(jù)顯示，通過數(shù)值來說明 USB 接口的采集速率比一般的串行總線速度高。當(dāng)前端的電壓信號不斷變化的同時，在 PC 上可以觀察到數(shù)據(jù)的變化，這就表明利用 USB 接口在數(shù)字采集系統(tǒng)中進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸是能夠?qū)崿F(xiàn)的，而且能夠很好的實(shí)現(xiàn)，硬件電路原理圖祥見附圖B1。 系統(tǒng)的軟件設(shè)計 PDIUSBD12 的固件編程思想PDIUSBD 12 的固件設(shè)計成完全的中斷驅(qū)動。當(dāng) CPU 處理前臺任務(wù)時，USB 的傳輸可在后臺進(jìn)行。這就確保了最佳的傳輸速率和更好的軟件結(jié)構(gòu)，同時簡化了編程和調(diào)試。后臺 ISR(中斷服務(wù)程序)和前臺主程序循環(huán)之間的數(shù)據(jù)交換通過事件標(biāo)志和數(shù)據(jù)緩沖區(qū)來實(shí)現(xiàn)。其原理圖如圖 所示圖 前后臺工作原理 由于這種結(jié)構(gòu)，主循環(huán)不關(guān)心數(shù)據(jù)是來自 USB 串口還是并口，它只檢查循環(huán)緩沖區(qū)內(nèi)需要處理的新數(shù)據(jù)。這個概念很重要，這樣主循環(huán)程序?qū)Ｗ⒂跀?shù)據(jù)的處理而ISR 能夠以最大可能的速度進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。相似的，控制端點(diǎn)在數(shù)據(jù)包處理時采用了同樣的概念。ISR 接收和保存數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中的控制傳輸并設(shè)置相應(yīng)的標(biāo)志寄存器。主循環(huán)向協(xié)議處理程序發(fā)出請求。由于所有的標(biāo)準(zhǔn)器件，級別和廠商請求都是在協(xié)議處理程序中進(jìn)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(xié)議層進(jìn)行修改。 PDIUSBD12 固件編程的結(jié)構(gòu)固件的積木式結(jié)構(gòu)如圖 所示，圖中箭頭表示數(shù)據(jù)傳輸方向。下面是事件標(biāo)志“EPPFLAGS”和 Setup 包數(shù)據(jù)緩沖區(qū)“CONROL_ XFER”的結(jié)構(gòu)體: //事件標(biāo)志 typedef union_ epp_ flags{struct_flags{ unsigned char timer:1。 unsigned char busreset:1。 unsigned char suspend:1。 unsigned char setup_packet:1。 unsigned char remote_wakeup:1。 unsigned char in_isr:1。 unsigned char control_state:2。 unsigned char configuration:1。 unsigned char verbose:1。 unsigned char epl_rxdone:1。 unsigned char setup_dma:1。