【導(dǎo)讀】行接口總線，具有非常廣闊的應(yīng)用前景。輸過(guò)程的應(yīng)用程序。具體研究?jī)?nèi)容如下：。研究了USB總線的原理和規(guī)范，并掌握了數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制和總線工作方式。設(shè)備都可以歸結(jié)為控制器和USB電氣接口這兩個(gè)基本部分的組合。這一部分重點(diǎn)闡述了系統(tǒng)固件的實(shí)現(xiàn)，以及如何運(yùn)用軟件工具Win

　　

【正文】 ， K9F2808U0A 做 Flash 存儲(chǔ)器 ，并擴(kuò)展了串行 接口 。 MCU 與 D12 之間通過(guò)并行傳輸交換數(shù)據(jù)，然后由 D12 轉(zhuǎn)換為串行數(shù)據(jù)通過(guò) USB 電纜發(fā)送出去。主機(jī)可以控制 Flashrom的讀寫(xiě)，這一功能的加入是為了方便將來(lái)大容量存儲(chǔ)設(shè)備的實(shí)現(xiàn)。 各芯片的簡(jiǎn)介和連接方式 AT89C51 單片機(jī)的簡(jiǎn)介和連接方式 單片機(jī)采用 51 系列兼容的 AT89C51 單片機(jī)。單片機(jī)控制器部分的電路原理圖如圖31 所示。圖中單片機(jī)的 P0 口接 8位 D 鎖存器 74LS373 后，引出地址總線 A0～ A7，本系統(tǒng)中外部空間的高 8位地址沒(méi)有使用 ，故不再列出； P0 口引出的 AD0～ AD7 本為地址 /數(shù)據(jù)分時(shí)復(fù)用總線，在這樣連接之后就不可以考慮地址出現(xiàn)的時(shí)間，只用做數(shù)據(jù)總線；單片機(jī)接外部振蕩時(shí)鐘源，由 PDIUSBD12 提供，這是因?yàn)?D12 可以外接 6MHZ 石英晶振，在內(nèi)部用鎖相環(huán)（ PLL）倍頻產(chǎn)生高頻時(shí)鐘，并通過(guò)編程產(chǎn)生 4MHZ 至 48MHZ 時(shí)鐘輸出提供給單片機(jī)，這種方式比較靈活，而且也為 USB 接口芯片減小了相應(yīng)的高頻電磁干擾。 USB接口的設(shè)計(jì) 第 24 頁(yè) 共 57 頁(yè) 12345678161514131211109R P 11 K * 8D1LEDD2LEDD3LEDD5LEDD4LEDD6LEDD7LEDD8LED1243S1S W D I P 2C51 0 μ FR31KR51KR41KD03Q02D14Q15D27Q26D38Q39D413Q412D514Q515D617Q616D718Q719OE1LE11U27 4 L S 3 7 3+ 5 VE A / V P31X119X218R E S E T9RD17WR16I N T 012I N T 113T014T115P 1 01P 1 12P 1 23P 1 34P 1 45P 1 56P 1 67P 1 78P 0 039P 0 138P 0 237P 0 336P 0 435P 0 534P 0 633P 0 732P 2 021P 2 122P 2 223P 2 324P 2 425P 2 526P 2 627P 2 728P S E N29A L E / P30T X D11R X D10U1A T 8 9 C 5 1+ 5 V+ 5 V+ 5 VGND12345678161514131211109S2I N P U T+ 3 .3 V1 2 3 4 5 6 7 816 15 14 13 12 11 10 9R P 21 0 K * 8B018B117B216B315B414B513B612B711A02A13A24A35A46A57A68A79D I R1E19GND10Vcc20U57 4 L V 2 4 5+ 3 .3 VGNDU S B I N TM C U C L KAD0AD1AD2AD3AD4AD5AD6AD7AD0AD1AD2AD3AD4AD5AD6AD7.. .A D [7 . . 0 ]A0A1A2A3A4A5A6A7P 2 0P 2 1P 2 2P 2 3P 2 4P 2 5P 2 6P 2 7P 2 [7 . . 0 ]P 2 0P 2 1P 2 2P 2 3P 2 4P 2 5P 2 6P 2 7P S / 2 D A T AP S / 2 C L KC 1 50 .1 μ F 圖 31 AT89C51和外圍器件 在構(gòu)建最小系統(tǒng)的同時(shí)，為了方便調(diào)試，還為單片機(jī)擴(kuò)展了 8 位 LED 輸出和 8位撥碼開(kāi)關(guān)控制的電 平輸入，分別接在 AT89C51 的 P1口和 P2 口上， LED 可備調(diào)試設(shè)備固件程序時(shí)使用。 LED 輸出直接通過(guò) 1KΩ上拉電阻排接到 +5V 電源上，以低電平驅(qū)動(dòng)；撥碼開(kāi)關(guān)輸入則由于與 LPT 并口接口擴(kuò)展有沖突，沒(méi)有直接連接在單片機(jī) P2口上，而是通過(guò) 74LV245 三態(tài)門(mén)緩沖器連接三態(tài)門(mén)作為總線開(kāi)關(guān)，它的使能端由單片機(jī)的 口控制，即在使用這一模塊時(shí)限制了模式選擇開(kāi)關(guān)的低位應(yīng)為低電平。 接口芯片 PDIUSBD12 的簡(jiǎn)介和連接方法 A PDIUSBD12簡(jiǎn)介 PDIUSBD12是一款性價(jià)比很高的 USB器件。它通 常用作微控制器系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)與微控制器進(jìn)行通信的高速通用并行接口。它還支持本地的 DMA傳輸。 PDIUSBD12完全符合 ， 還符合大多數(shù)器件的分類(lèi)規(guī)格：成像類(lèi)，海量存儲(chǔ)器件，通信器件，打印設(shè)備以及人機(jī)接口設(shè)備。同樣 ， PDIUSBD12理想地適用于許多外設(shè)，例如：打印機(jī)，掃描儀，外部的存儲(chǔ)設(shè)備（ Zip驅(qū)動(dòng)器）和數(shù)碼相機(jī)等等。華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 25 頁(yè) 共 57 頁(yè) 它使得當(dāng)前使用 SCSI的系統(tǒng)可以立即降低成本。 PDIUSBD12所具有的低掛起功耗連同 Lazy Clock輸出可以滿足使用 ACPI, On NOW和USB電源管理的要求低的 操作功耗可應(yīng)用于使用總線供電的外設(shè)。 此外它還集成了許多特性包括 SoftConTM， GoodLinkTM， 可編程時(shí)鐘輸出，低頻晶振和終止寄存器集合。 B PDIUSBD12的特性 a 符合通用串行總線 b 高性能 USB接口器件集成了 SIE FIFO存儲(chǔ)器收發(fā)器以及電壓調(diào)整器 c 符合大多數(shù)器件的分類(lèi)規(guī)格 d 可與任何外部微控制器 /微處理實(shí)現(xiàn)高速并行接口 2M字節(jié) /秒 e 完全自治的直接內(nèi)存存取 DMA操作 f 集成 320字節(jié)多結(jié)構(gòu) FIFO存儲(chǔ)器 g 主端點(diǎn)的雙緩沖配置增加了數(shù)據(jù)吞吐量并輕 松實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸 h 在批量模式和同步模式下均可實(shí)現(xiàn) 1M字節(jié) /秒的數(shù)據(jù)傳輸速率 i 具有良好 EMI特性的總線供電能力 j 在掛起時(shí)可控制 LazyClock輸出 k 可通過(guò)軟件控制與 USB的連接 l 采用 GoodLink技術(shù)的連接指示器 ,在通訊時(shí)使 LED閃爍 m 可編程的時(shí)鐘頻率輸出 n 符合 ACPI OnNOW和 USB電源管理的要求 o 內(nèi)部上電復(fù)位和低電壓復(fù)位電路 p 具有高錯(cuò)誤恢復(fù)率 (99%)的全掃描設(shè)計(jì)確保了高品質(zhì) q 雙電源操作 ? 或擴(kuò)展的 5V電源 ,范圍 為 ～ r 多中斷模式實(shí)現(xiàn)批量和同步傳輸 C 管腳介紹 PDIUSBD12 共有 28 個(gè)管腳，其分布如下圖： USB接口的設(shè)計(jì) 第 26 頁(yè) 共 57 頁(yè) 各管腳功能如下： 表 3－ 1 PDIUSBD12管腳說(shuō)明 管腳 符號(hào) 類(lèi)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 接地 6 DATA4 IO2 雙向數(shù)據(jù)位 4 7 DATA5 IO2 雙向數(shù)據(jù)位 5 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 地址鎖存使能。在多路地址 /數(shù)據(jù)總線中，下降沿關(guān)閉地址信息鎖存。將其固定為低電平時(shí)，用于單地址 /數(shù)據(jù)總線配置。 華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 27 頁(yè) 共 57 頁(yè) 11 CS_N I 片選（低電平有效） 12 SUSPEND I,OD4 器件處于掛起狀態(tài) 13 CLKOUT O2 可編程時(shí)鐘輸出 14 INT_N OD4 中斷（低電平有效） 15 RD_N I 讀選通（低電平有效） 16 WR_N I 寫(xiě)選通（低電平有效） 17 DMREQ O4 DMA請(qǐng)求 18 DMACK_N I DMA應(yīng)答（低電平有效） 19 EOT_N I DMA 傳輸結(jié)束（低電平有效），需與 DMACK_N、 RD_N 或WR_N一同激活 20 RESET_N I 復(fù)位（低電平有效且不同步）。片內(nèi)有上電復(fù)位電路，可固定接 VCC 21 GL_N OD8 GoodLink LED指示器，（低電平有效） 22 XTAL_1 I 晶振連接端 1（ 6MHz） 23 XTAL_2 O 晶振連接端 2（ 6MHz）。當(dāng)采用外部時(shí)鐘信號(hào)取代晶振時(shí)，接 XTAL_1， XTAL_2應(yīng)當(dāng)懸空 24 VCC P 電源電壓（ ～ ），要使器件工作在 ，對(duì) VCC和 。 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(duì) 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(shí)可忽略，應(yīng)將其接高電平。 注： O2表示 2mA 驅(qū)動(dòng)輸出 ， O4 表示 4mA 驅(qū)動(dòng)開(kāi)漏輸出， OD4 表示 4mA 驅(qū)動(dòng)開(kāi) 漏輸出， OD8 表示 8mA 驅(qū)動(dòng)開(kāi)漏輸出， IO2 表示 4mA 輸出。 USB接口的設(shè)計(jì) 第 28 頁(yè) 共 57 頁(yè) D PDIUSBD12 的結(jié)構(gòu)原理框圖及說(shuō)明 圖 32 PDIUSBD12的結(jié)構(gòu)原理框圖 a 模擬收發(fā)器 集成的收發(fā)器接口可通過(guò)終端電阻直接與 USB電纜相連。 b 電壓調(diào)整器 片內(nèi)集成了一個(gè) 。該電壓還作為輸出連接到外部 的上拉電阻?？蛇x擇 PDIUSBD12提供的帶 內(nèi)部上拉電阻的軟件連接技術(shù)。 c PLL 片內(nèi)集成了 6M到 48M時(shí)鐘乘法 PLL， 這樣就可使用低成本的 6M晶振 ， EMI也隨之降低 。PLL的工作不需要外部元件。 d 位時(shí)鐘恢復(fù) 位時(shí)鐘恢復(fù)電路使用 4X過(guò)采樣規(guī)則，從進(jìn)入的 USB數(shù)據(jù)流中恢復(fù)時(shí)鐘。它能跟蹤 USB規(guī)定范圍內(nèi)的抖動(dòng)和頻漂。 e Philips 串行接口引擎 PSIE Philips SIE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(shí)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(shí)別和握手評(píng)估 /產(chǎn)生。 f SoftConnectTM 與 USB的連接是通過(guò) 上拉電阻將 D+（ 用于高速 USB器件）置為高 實(shí)現(xiàn)的。 Ω 上拉電阻集成在 PDIUSBD12片內(nèi)，默認(rèn)狀態(tài)下不與 VCC相連。連接的建立通過(guò)外部 /系統(tǒng)微控制器發(fā)送命令來(lái)實(shí)現(xiàn)。這就允許系統(tǒng)微控制器在決定與 USB建立連接之前完成 初華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 29 頁(yè) 共 57 頁(yè) 始化時(shí)序。 USB總線連接可以重新初始化而不需要拔出電纜。 PDIUSBD12在連接可以建立之前會(huì)檢測(cè) VBUS是否可用。 VBUS可通過(guò) EOT_N管腳進(jìn)行檢測(cè)。 g GoodLinkTM GoodLinkTM技術(shù)可提供良好的 USB連接指示。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(shí)， LED將會(huì)關(guān)閉。該特性為 USB器件，集線器和 USB通信狀態(tài)提供了用戶友好的指示。作為一個(gè)診斷工具，它對(duì)隔離故障的設(shè)備是很有用的。該特性降低了現(xiàn)場(chǎng)支持和熱線的成本。 h 存儲(chǔ)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(shí)， MMU和集成 RAM作為 USB之間速度差異的緩沖區(qū)。這就允許微控制器以它自己的速率對(duì) USB信息包進(jìn)行讀寫(xiě)。 i 并行和 DMA接口 一個(gè)普通的并行接口定義成易于使用，快速而且可以 與主流的微控制器直接接口。對(duì)一個(gè)微控制器而言， PDIUSBD12看起來(lái)就像一個(gè)帶 8位數(shù)據(jù)總線和一個(gè)地址位（占用 2個(gè)位置的）存儲(chǔ)器件。 PDIUSBD12支持多路復(fù)用和非復(fù)用的地址和數(shù)據(jù)總線。還支持主端點(diǎn)與本地共享 RAM之間直接讀取的 DMA傳輸。支持單周期和突發(fā)模式的 DMA傳輸。 E PDIUSBD12 與單片機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)連接方法 圖 3－ 3 PDIUSBD12與單片機(jī) 89C51的標(biāo)準(zhǔn)連接方法 在該例中， ALE 接為低電平，表示一個(gè)獨(dú)立的地址和數(shù)據(jù)總線配置。 PDIUSBD12 的A0腳與 80C51 的任意一個(gè) I/O 口相 連，該端口控制 PDIUSBD12 的命令和數(shù)據(jù)狀態(tài)。 80C51USB接口的設(shè)計(jì) 第 30 頁(yè) 共 57 頁(yè) 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， 80C51 的頻率輸入可由PDIUSBD12 的 CLKOUT 提供。 D12可以選擇 5V和 。使用 5V電源供電時(shí)，要在 腳接 10μ F和 F的去耦電容， Vcc接 5V；使用 ，需要把 Vcc和 腳都接 ，設(shè)備選擇的是 5V電源供電。 D12與單片機(jī)連接時(shí)可以給它加接 6M的石英晶體，單片機(jī)的外部時(shí)鐘則由 D12的 CLKOUT引腳 提供，時(shí)鐘輸出的頻率為 12M。 圖 34是 D12器件和它的外圍電路原理圖， 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(hào)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(huì)引起沖突）。 Vcc24D79Vout3.327D －25GND5D+26I N T14D68C L K O U T13D57E O T19D46D M A C K18D34D M R E Q17D23S U S P E N D12D12GL21D01X T A L 223R E S E T20X T A L 122A028CS11A L E10RD15WR16U3P D I U S B D 121234J1U S B B P O R T+ 5VC210μ FC1 FR118ΩR218ΩR71KR61K+ 5VC330pFC430pFY16M H zD9LED+ 5V+ 5V+ 5V+ 5VGNDU S B I N TM C U C L KAD0AD1AD2AD3AD4AD5AD6AD7A0A5WRRDD －D+C9 FC 10 F 圖 34 PDIUSBD12外圍電路 Flash 存儲(chǔ)器的擴(kuò)展設(shè)計(jì) 為實(shí)現(xiàn) Flash移動(dòng)存儲(chǔ)器的功能，擴(kuò)展了一塊容量為 16M 8字節(jié)的 FlashE2PROM芯片Samsung K9F2808。該 Flash芯 片采用 NAND技術(shù)集成，與傳統(tǒng)的 NOR技術(shù)相比性能優(yōu)越、集成度非常高，所以才能以低廉的成本獲得大的容量。該芯片允許一百萬(wàn)次以上的編程和擦除，并能保持?jǐn)?shù)據(jù)、達(dá) 10年以上。且有硬件數(shù)據(jù)保護(hù)機(jī)制，防止誤操作引起的數(shù)據(jù)華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 31 頁(yè) 共 57 頁(yè) 丟失。 由于考慮到單片機(jī)編程方便和 USB總線供電等因素，系統(tǒng)電路板的主要部件都使用了 5V電源，而 2808要求 ～ V電源供電。為了給 2808供電，附加了電壓轉(zhuǎn)換芯片CM1117，將 5V電源電壓轉(zhuǎn)換為 ,如圖 3