【文章內(nèi)容簡介】 同類型的設(shè)備 ,例如圖像 打印機(jī) 海量存儲器和通信設(shè)備端點(diǎn)可通過 Set Mode 命令配置為 4 種不同的模式 ， 分別為 ： 表 端點(diǎn)模式 模式 0 NonISO 模式 非同步傳輸 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 青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 4 種模式具體說明見下表： 表 模式 0（非同步模式） 端點(diǎn)數(shù) 端點(diǎn)索引 傳輸類型 端點(diǎn)類型 方向 最大信息包規(guī)格（字節(jié)） 0 0 1 控制輸出 控制輸入 默認(rèn) 默認(rèn) 輸出 輸入 16 16 1 2 3 普通輸出 普通輸入 普通 普通 輸出 輸入 16 16 2 4 5 普通輸出 普通輸入 普通 普通 輸出 輸入 464 464 表 模式 1（同步輸出模式） 端點(diǎn)數(shù) 端點(diǎn)索引 傳輸類型 端點(diǎn)類型 方向 最大信息包規(guī)格（字節(jié)） 0 0 1 控制輸出 控制輸入 默認(rèn) 默認(rèn) 輸出 輸入 16 16 1 2 3 普通輸出 普通輸入 普通 普通 輸出 輸入 16 16 2 4 同步輸出 同步 輸出 4128 表 模式 2（同步輸入模式） 端點(diǎn)數(shù) 端點(diǎn)索引 傳輸類型 端點(diǎn)類型 方向 最大信息包規(guī)格（字節(jié)） 0 0 1 控制輸出 控制輸入 默認(rèn) 默認(rèn) 輸出 輸入 16 16 1 2 3 普通輸出 普通輸入 普通 普通 輸出 輸入 16 16 2 4 同步輸入 同步 輸入 4128 青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 表 模式 3（同步輸入 /輸出模式） 端點(diǎn)數(shù) 端點(diǎn)索引 傳輸類型 端點(diǎn)類型 方向 最大信息包規(guī)格（字節(jié)） 0 0 1 控制輸出 控制輸入 默認(rèn) 默認(rèn) 輸出 輸入 16 16 1 2 3 普通輸出 普通輸入 普通 普通 輸出 輸入 16 16 2 4 5 同步輸出 同步輸入 同步 同步 輸出 輸入 464 464 表格說明： 主端點(diǎn) (端點(diǎn) 2)在 有些方面是比較特別的 ,它是進(jìn)行吞吐大數(shù)據(jù)的主要端點(diǎn) ,同樣地它執(zhí)行主機(jī)的特性以減輕傳輸大數(shù)據(jù)的任務(wù) : 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。 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/O 操作交叉進(jìn)行。 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)。 可配置為同步傳輸或非同步（批量和中斷）傳輸 [7]。 青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 芯片引腳配置 PDIUSBD12 芯 片采用 TSSOP28 塑料極小型封裝 ，一共 28 個引 腳 ， 本體寬度 為 。 圖 芯片引腳配置 下面對其引腳和命令字作具體說明。 表 PDIUSBD12 芯片引腳說明 管腳 符號 類型 描述 1 DATA0 IO2 雙向數(shù)據(jù)位 0 2 DATA1 IO2 雙向數(shù)據(jù)位 1 3 DATA2 IO2 雙向數(shù)據(jù)位 2 4 DATA3 IO2 雙向數(shù)據(jù)位 3 5 GND P 地 6 DATA4 IO2 雙向數(shù)據(jù)位 4 7 DATA5 IO2 雙向數(shù)據(jù)位 5 青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 8 DATA6 IO2 雙向數(shù)據(jù)位 6 9 DATA7 IO2 雙向數(shù)據(jù)位 7 10 ALE I 在多路地址 /數(shù)據(jù)總線中，下降沿關(guān)閉地址信息鎖存。將其固定為低電平用于單地址 /數(shù)據(jù)總線配置 11 CS_N I 片選（低有效） 12 SUSPEND I,OD4 器件處于掛起狀態(tài) 13 CLKOUT O2 可編程時鐘輸出 14 INT_N OD4 中斷（低有效） 15 RD_N I 讀選通（低有效） 16 WR_N I 寫選通（低有效） 17 DMREQ O4 DMA 請求 18 DMACK_N I DMA 應(yīng)答（低有效） 19 EOT_N I DMA 傳輸結(jié)束（低有效）。 EOT_N 僅當(dāng)DMACK_N 和 RD_N 或 WR_N 一起激活才有效 20 RESET_N I 復(fù)位（低有效且不同步）。片內(nèi)上電復(fù)位電路，該管腳可固定接 VCC 21 GL_N OD8 GoodLinkLED 指示器（低有效） 22 XTAL1 I 晶振連接端 1（ 6MHz） 23 XTAL2 O 晶振連接端 2（ 6MHz）。如果采用外部時鐘信號取代晶振，可連接 XTAL1,XTAL2 應(yīng)當(dāng)懸空 24 VCC P 電源電壓（ ） ,要 使器件工作在 ，對 VCC 和腳 都提供 25 D+ A USB D數(shù)據(jù)線 26 D A USB D+數(shù)據(jù)線 27 P 調(diào)整輸出。要使器件工作在 ，對 VCC和腳 都提供 28 A0 I 地址位。 A0=1 選擇命令指令， A0=0 選擇數(shù)據(jù)。該位在多路地址 /數(shù)據(jù)總線配置時應(yīng)接高電平 注： O2： 2mA 驅(qū)動輸出 OD4： 4mA 驅(qū)動開漏輸出 青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 OD8： 8mA 驅(qū)動開漏輸出 IO2： 4mA 輸出 隨著科技的發(fā)展，芯片集成度越來越高，封裝也變得越來越小， PDIUSBD12芯片不是采用標(biāo)準(zhǔn) DIP 直插的引腳，因而需要有一個 SOP 轉(zhuǎn) DIP 的轉(zhuǎn)接板，這樣方便采用電路板設(shè)計硬件電路，同時也方便程序下載完成后系統(tǒng)的調(diào)試。即使有了轉(zhuǎn)接板，采用貼片封裝的 PDIUSBD12 芯片也需要手工焊接在轉(zhuǎn)接板上，這一點(diǎn)需要特別注意，不能長時間焊接，以免芯片過熱以致?lián)p壞。 PDIUSBD12 與一般需要提供時鐘信號的芯片不同，該芯片需要標(biāo)準(zhǔn)的 6MHz的時鐘信號，因而采用晶振的時候需要特別注意，不能隨意選擇，這一點(diǎn)與 51系列單片 機(jī)能有選擇的采用晶振的情況不同。 芯片內(nèi)部有各個寄存器，根據(jù)寄存器相關(guān)命令編寫 C 語言程序（可以采用由局部到整體的方法），這樣對 USB 傳輸協(xié)議的認(rèn)識更清楚，程序流程也容易理解，脈絡(luò)清晰。在程序中， Main 函數(shù)作為程序設(shè)備 Reset 時的程序入口，調(diào)用了一些初始化設(shè)備的函數(shù)，比如各種寄存器如中斷寄存器，定時器，計數(shù)器等，初始化D12 芯片并完成連接等工作，然后程序進(jìn)入循環(huán)等待階段，等待著中斷的發(fā)生。 由于沒有采用 PCB 制板，手工焊接要十分注意電源干擾的問題，電源和地之間要加上濾波電容。 USB 接口芯片與單片機(jī)之間的引 線要盡量短，本設(shè)計采用并行傳輸，數(shù)據(jù)傳輸占用了 8 個 IO 口，個引腳連線要盡量平行，避免交叉，以免信號線相互干擾，造成數(shù)據(jù)傳輸不爭取或者 USB 總線不能正常復(fù)位。 PDIUSBD12 芯片的 GoodLinkLED 指示器短接普通發(fā)光二極管時，要注意連接限流電阻，不能超過該芯片的輸入電流額定值，否則可能造成芯片工作不正常，并且與電腦或者其他 USB Host 芯片不能正常建立連接。 對該芯片的各個管腳和具體功能建立了一定認(rèn)識的基礎(chǔ)上，就能順利完成各部分硬件電路的設(shè)計和軟件功能調(diào)試。 青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 第 3 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 本章對系統(tǒng)硬 件部分的設(shè)計作出了詳細(xì)的介紹，主要是 51 單片機(jī)外圍電路設(shè)計，鍵盤設(shè)計， PDIUSBD12 芯片的外圍電路及其與單片機(jī)的接口設(shè)計。并給出了 PDIUSBD12 的時序說明。 單片機(jī) 硬件設(shè)計 系統(tǒng)供電 本設(shè)計采用的單片機(jī)芯片為 STC89C52，這是新一代超強(qiáng)抗干擾、高速、低功耗的單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)的 8051 單片機(jī)。燒寫程序代碼時需要有一個上電握手過程，因而下載程序時不能采用 USB 供電，否則可能導(dǎo)致下載失敗。因而需要在設(shè)計時需要有一個外接電源。 電源采用常規(guī)的 L7805 穩(wěn)壓芯片供電。 用 78 系列三端穩(wěn)壓 IC 來組成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件極少，電路內(nèi)部還有過流、過熱及調(diào)整管的保護(hù)電路，使用起來可靠、方便，而且價格便宜。 系統(tǒng)正常工作時， 7805 輸出電流不大，因而可以不加散熱片，下圖為穩(wěn)壓電路圖： 圖 電源電路電路 青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 18 C1 C15 和 C16 分別為輸入端和輸出端濾波電容， 保證系統(tǒng)供電穩(wěn)定。程序燒寫完畢，利用 USB 連接線將該系統(tǒng)與 PC 機(jī)成功連接后，復(fù)位單片機(jī)， PC 機(jī)提示發(fā)現(xiàn)新硬件（人體輸入學(xué)設(shè)備）后，說明系統(tǒng)能正常運(yùn)行，這時可以移除外接電源，采用 USB 接口供電。 USB 口最大能提供 500 mA 電流 ，足夠驅(qū)動單片機(jī)及其外圍電路工作。 單片機(jī)電路 設(shè)計 系統(tǒng)控制芯片為 STC89C52，單片機(jī)外圍器件連接如下圖： 圖 單片機(jī)外圍電路 系統(tǒng)采用 晶振，該晶振 結(jié)合單片機(jī)內(nèi)部的電路，產(chǎn)生單片機(jī)所必須的時鐘頻率，單片機(jī)的一切指令的執(zhí)行都是建立在這個基礎(chǔ)上的，晶振的提供的時鐘頻率越高，那單片機(jī)的運(yùn)行速度也就越快 ,實時性越好。 青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 19 單片機(jī)在開機(jī)時都需要復(fù)位，以便中央處理器 CPU 以及其他功能部件都處于一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。 STC89C51 系列單片機(jī)的 RST 引腳是復(fù) 位信號的輸入端。復(fù)位信號是高電平有效，持續(xù)時間要有 24 個時鐘周期以上。上電復(fù)位時可接大約 10K 的下拉電阻。 將 P0 口與 PDIUSBD12 連接，實際是一個并行接口。 PDIUSBD12 帶有一個普通的并行接口，易于使用，快速而且可以與主流的微控制器直接接口。對一個微控制器而言 PDIUSBD12 看起來就象一個帶 8 位數(shù)據(jù)總線和一個地址位占用 2個位置的存儲器件。 STC89C52 的多位地址和數(shù)據(jù)總線可直接與 PDIUSBD12 的數(shù)據(jù)總線相連。將 P0 口作為數(shù)據(jù)傳輸接口時，需加 10K 上拉電阻。 LED0、 LED LED3 為鍵盤上的指示燈，分別代表 Num Lock、 Caps Lock、Scroll Lock。當(dāng)按鍵有對應(yīng)的按鍵事件發(fā)生時，相應(yīng)的燈會亮起，以指示用戶當(dāng)前的鍵盤操作狀態(tài)。 青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 20 鍵盤設(shè)計 將按鍵安裝在手套里面，手指觸手可及，不必尋找按鍵，操作方便，而且方便攜帶，這是本設(shè)計的一大特色，電路設(shè)計如下： 圖 鍵盤設(shè)計電路 鍵盤部分的設(shè)計基于左右手的規(guī)則，左右手的大拇指負(fù)責(zé)切換輸入模式，可選高電平觸發(fā)和低電平觸發(fā)，這樣，兩個按鍵可以實現(xiàn)四種模式的切換，其余各鍵設(shè)置為低電平觸發(fā)，正常輸入字符。 將 鍵盤引線接在單片機(jī)上，單片機(jī)實時掃描按鍵，分析是否有按鍵事件發(fā)生，如果有按鍵按下，根據(jù)按下的按鍵和模式按鍵計算具體鍵值，將處理好的鍵值送USB 接口芯片處理，這樣完成一次按鍵檢測過程。 按鍵檢測部分實時性要求很高，如果采用單一判斷單片機(jī)的 IO 口高低電平，由于程序流程多，完成一次按鍵檢測延時很大，無法達(dá)到設(shè)計的要求，因而可以在軟件部分利用單片機(jī)的定時計數(shù)器，每隔一定的時間對鍵盤檢測一次，具體參見軟件設(shè)計部分的內(nèi)容。 青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 21 PDIUSBD12 驅(qū)動電路 USB 接口芯片電路 PDIUSBD12 與單片 機(jī)的接口電路上文已作出說明，本設(shè)計中 PDIUSBD12所用晶振為 6MHz，這是根據(jù)芯片手冊的要求而設(shè)計。 電路原理圖如下： 圖 PDIUSBD12 外圍電路 青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 22 USB 接口芯片電路說明 芯片的 ALE 將其固定為低電平用于單地址 /數(shù)據(jù)總線配置。 CS_N 為片選，低有效，因而也接低電平。 SUSPEND 接低電平是防止總線掛起，使器件一直處于工作狀態(tài)。 RD_N（讀選通）和 WR_N（寫選通）直接與單片機(jī)的 RD WR 連接，控制方便。 DMREQ 為 DMA 請求端， DMACK_N 為 DMA 應(yīng)答端 (低有效 ),EOT_N 為 DMA 傳輸結(jié)束端（低有效），且 EOT_N 僅當(dāng) DMACK_N 和 RD_N 或 WR_N 一起激活時才有效。將這三個端口通過 1K 電阻接高電平即可。 接口芯片采用 USB 口供電，該系統(tǒng)有一個電源指示燈 LED3 和一個通訊指示燈 LED4。其中 LED4 接 21 引腳， 在枚舉中 LED 指示根據(jù)通信的狀況間歇閃爍 。 當(dāng) PDIUSBD12 成功地枚舉和配置后 LED 指示將一直點(diǎn)亮 ， 隨后與 PDIUSBD12 之間成功的傳輸 （ 帶應(yīng)答 ） 將關(guān)閉 LED， 處于掛起狀態(tài)時 ， LED 將會關(guān)閉 。 該