【正文】 根據(jù)上面的分析，對(duì)應(yīng)的寄存器 EP6CFG 的值在初始化時(shí)就設(shè)置為 0xE0。河南師范大學(xué)本科畢業(yè)論文35表 43 端點(diǎn)類型定義表表 44 緩沖區(qū)深度定義 在本設(shè)計(jì)中，將 EP6 配置為大小為 1024 字節(jié)的雙緩沖區(qū)端點(diǎn)。如表 44 所示?？梢詾?512 bytes (SIZE＝0)或者 1024 bytes(SIZE＝1)，這里要注意的是，端點(diǎn) 4 和 8 的緩沖區(qū)的大小只能定義為 512 bytes。如表 43 所示。即定義端點(diǎn)為輸入（DIR=1）端點(diǎn)或者為輸出（DIR=0）端點(diǎn)。VALID＝1 時(shí)端點(diǎn)有效；VALID＝0 時(shí)端點(diǎn)無效。表 41 端點(diǎn) 6 和 8 的配置選擇河南師范大學(xué)本科畢業(yè)論文34 端點(diǎn)寄存器的設(shè)置 與端點(diǎn)設(shè)置相關(guān)的寄存器有 EPxCFG、FIFORESET、EPxFIFOCFG 等，8 位寄存器 EPxCFG 的各位所代表的參數(shù)如表 42 所示。多緩沖可以很大程度地改善 USB 帶寬，使突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸趨于平穩(wěn)，減少傳輸數(shù)據(jù)的兩邊互相等待的時(shí)間。雙重（Double）緩沖的意思是說，數(shù)據(jù)的一個(gè)包可能正在被 USB 數(shù)據(jù)裝載或者清空，而同時(shí)另一個(gè)包（來自同一個(gè)端點(diǎn)）可以正在由外部的接口邏輯使用。當(dāng)控制傳輸要求有數(shù)據(jù)階段時(shí)，F(xiàn)X2 固件讀取或者填充 EP0 緩沖區(qū)。CY7C68013 芯片共有七個(gè)端點(diǎn)，即EP0、EP1OUT、EP1IN、EPEPEP6 和 EP8。 端點(diǎn)緩沖區(qū)的分配在 USB 規(guī)范中，定義了端點(diǎn)作為發(fā)送數(shù)據(jù)的起始點(diǎn)或者是接收數(shù)據(jù)的目的地。當(dāng)應(yīng)用程序要求 CPU 處理外部邏輯和 USB 之間的數(shù)據(jù)流時(shí)（或者根本就沒有連接外部邏輯時(shí)） ，固件可以將端點(diǎn)緩沖區(qū)作為 RAM 塊或（使用特定的自動(dòng)增量指針）FIFO 訪問[39]。為了保證 480Mb/s 高速的傳輸速率，外部邏輯經(jīng)常在沒有 FX2 內(nèi)嵌的 CPU 參與的情況下，直接與端點(diǎn) FIFO 交換數(shù)據(jù)。河南師范大學(xué)本科畢業(yè)論文33 設(shè)備端點(diǎn)的配置 端點(diǎn)配置是在 TD_Init()函數(shù)中實(shí)現(xiàn)的。而函數(shù) TD_ Resume(void)則跟蹤外部的回復(fù)（resume）事件，當(dāng)調(diào)用這個(gè)函數(shù)后，設(shè)備將回復(fù)至全功率模式。但是，如果有較高中斷優(yōu)先級(jí)的中斷產(chǎn)生，就會(huì)在這個(gè)函數(shù)返回之前，先完成中斷操作。 // 使能遠(yuǎn)程喚醒功能 GpifInit ()； // 初始化 GPIF 寄存器}（2）void TD_Poll(void) 在設(shè)備運(yùn)行過程中，通過設(shè)置一個(gè) while()循環(huán)，該函數(shù)被不停的重復(fù)調(diào)用。 // 因?yàn)槭请p重緩沖，所以寫兩次 AUTOPTRSETUP |= 0x01。 // 設(shè)置端點(diǎn) 2 的字節(jié)計(jì)數(shù) SYNCDELAY。 // 設(shè)置端點(diǎn) 6 有效，IN，批量傳輸，雙重緩沖 SYNCDELAY。 // 設(shè)置端點(diǎn) 2 有效，OUT，批量傳輸，雙重緩沖 SYNCDELAY。 // 設(shè)置端點(diǎn) 1IN 有效，批量傳輸 SYNCDELAY。 // 設(shè)置 IFCLK 時(shí)鐘頻率為 48MHz EP1OUTCFG = 0xA0。 ～bmCLKSPD) | bmCLKSPD1) 。 （1）void TD_Init(void) 該函數(shù)對(duì)全局變量進(jìn)行了初始化，比如設(shè)置 CPU（增強(qiáng)型 8051）的時(shí)鐘頻率，通過配置相應(yīng)的寄存器完成端點(diǎn)的方向、類型、緩沖區(qū)的大小和深度等配置。河南師范大學(xué)本科畢業(yè)論文31圖 FX2 固件的典型流程圖 固件中的函數(shù)都是通過主函數(shù)的調(diào)用來實(shí)現(xiàn)一定的功能，有些函數(shù)只是返回一個(gè)值，做為判斷一個(gè)跳轉(zhuǎn)的條件。 2) 如果發(fā)現(xiàn) USB 設(shè)備請(qǐng)求，則執(zhí)行 USB 請(qǐng)求操作。復(fù)位上電時(shí)，河南師范大學(xué)本科畢業(yè)論文30固件先初始化一些全局變量，然后調(diào)用用戶初始化函數(shù) TD_Init()，將 USB 設(shè)備初始化為非配置狀態(tài)，然后開中斷。這個(gè)框架實(shí)現(xiàn)了與 USB 兼容的外圍設(shè)備所需的基本功能。 3) 中斷處理：包括處理各種中斷的程序代碼。 FX2 固件典型架構(gòu) 編寫固件程序比較復(fù)雜，需要調(diào)用大量函數(shù)，但基本框架卻相對(duì)簡(jiǎn)單，包括以下三個(gè)基本的過程 [22]： 1) 初始化：包括處理器和 EZUSB 寄存器的初始化。傳輸數(shù)據(jù)過程中，發(fā)送的數(shù)據(jù)以包的形式寫入器件的緩沖區(qū)，當(dāng)緩沖區(qū)被寫滿或者數(shù)據(jù)發(fā)送完畢后，USB 設(shè)置寄存器滿標(biāo)志。但是，固件并不是能包辦一切的，它必須和硬件相互配合，才能完成 USB 所要求的傳輸?shù)热蝿?wù)。因此，編寫固件程序的一個(gè)最主要的目的就是讓W(xué)indows 可以檢測(cè)和識(shí)別設(shè)備。它的操作方式與硬件聯(lián)系緊密，包括 USB 設(shè)備的連接、列舉、重列舉、USB 協(xié)議和中斷處理等等。USB 控制器芯片借助 CPU 執(zhí)行固件程序來控制芯片的活動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸功能。利用該系統(tǒng)提供的 C51 編譯器，我們可以把C 文件，然后利用 USB 線和ControlPanel 工具將該文件下載到 CY7C68013 中。在開發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級(jí)語言的優(yōu)勢(shì)。Keil C51 軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全Windows 界面。與匯編相比，C 語言在功能、結(jié)構(gòu)、可讀性、可維護(hù)性上都有明顯的優(yōu)勢(shì)，易學(xué)易用。只有通過 Keil C 文件后，才能通過 EZUSB 控制面板下載固件，進(jìn)行 USB 調(diào)試。 固件開發(fā)環(huán)境本設(shè)計(jì)中 CY7C68013 的固件開發(fā)使用了兩種支持環(huán)境：Cypress 的開發(fā)包（EZUSB Control Panel）和 Keil C。這里所說的固件實(shí)際上是指運(yùn)行在 USB 控制器(CY7C68013)中的可執(zhí)行代碼。圖 311 為 EEPROM 硬件電路。河南師范大學(xué)本科畢業(yè)論文27圖 310 24LC64 引腳其中 A2,A1,A0 為用戶配置地址，在 USB 接口硬件系統(tǒng)中，此地址必須為001，WP 為寫保護(hù)，SCL，SDA 為 I2C 總線的時(shí)鐘和數(shù)據(jù)線。24LC64 可以一次寫入 32 字節(jié)，可以任意或連續(xù)的讀出 8K 字節(jié)數(shù)據(jù)。該部分電路主要芯片選用具有 I C 總線接口的 EEPROM 芯片 24LC64。連接電路如圖 39 所示。 + 電源設(shè)計(jì)＋ 電源是 CY7C68013 所需芯片供電電壓。它包含一個(gè) 35kHz 的振蕩器，推動(dòng)四個(gè)低電阻 MOSFET 開關(guān)，產(chǎn)生 26 Ω 的低輸出電阻以及 99%的電壓變換效率。連接電路如圖 38 所示。D1 為電源指示燈，上電后 D1 點(diǎn)亮。本設(shè)計(jì)采用了總線電源供電與外接供電兩種方式；通過跳針可以選擇其中一種作為系統(tǒng)各個(gè)部分所需的電源。圖 35 A/D 轉(zhuǎn)換電路圖河南師范大學(xué)本科畢業(yè)論文25 圖 36 MAX125 時(shí)鐘電路 電源轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)在本設(shè)計(jì)中，需要三種大小不同的供電電源，除了 MAX125 需要的 5V 供電電源外，還有 CY7C68013 需要的＋ 的供電電源。晶振內(nèi)部有晶體和振蕩電路，不需要輸入信號(hào)源，直接可產(chǎn)生頻率。本設(shè)計(jì)中 MAX125 采用的是內(nèi)部基準(zhǔn)電壓，所以將 REFIN 引腳通過 的電容接地、REFOUT 引腳通過 電容接地。當(dāng) INT 引腳的電平變低時(shí)，MAX125 轉(zhuǎn)換結(jié)束，CY7C68013 開始讀取數(shù)據(jù)。將 MAX125 的 INT 引圖 34 USB 控制器電路河南師范大學(xué)本科畢業(yè)論文24腳與 CY7C68013 的 RDY0 引腳相連，作為讀取數(shù)據(jù)的使能條件。A/D 通道設(shè)計(jì)電路原理圖如圖 34 所示。IMP811 是在低功耗微處理器、微控制器和數(shù)字系統(tǒng)中用來監(jiān)視 、 和 電源工作的低功耗監(jiān)控電路，具有去抖動(dòng)的手動(dòng)復(fù)位輸入 [17][18]。河南師范大學(xué)本科畢業(yè)論文23 RESET 引腳為芯片的復(fù)位引腳，該引腳有一個(gè)滯后作用并且低電平有效。WAKEUP 為喚醒引腳，在 8051 和芯片的其他部分為低功耗狀態(tài)時(shí)，USB 系統(tǒng)掛起；PLL 和晶振停止工作，當(dāng)外部邏輯觸發(fā) WAKEUP，晶振重新工作之后，PLL 趨于穩(wěn)定；同時(shí)，8051 也會(huì)收到一個(gè)喚醒中斷。SCL 和 SDA 分別為 I2C 總線的時(shí)鐘線和數(shù)據(jù)線，在 CY7C68013 中，I2C 控制器是漏極開路的，因此將這兩個(gè)引腳分別通過一個(gè) 的上拉電阻連接到 電源上。DMINUS 和 DPLUS 為 USB 的 D＋、D信號(hào)線，分別和 USBB 型連接器的相應(yīng)引腳相接。CY7C68013 內(nèi)部計(jì)數(shù)器把 24MHz 的頻率分頻為內(nèi)部 8051 需要的默認(rèn)的 12MHz 的時(shí)鐘頻率。 CY7C68013 用自己的片內(nèi)晶振電路和一個(gè)外部 24MHz 晶振組成系統(tǒng)的時(shí)鐘電路。 圖 33 MAX125 引腳分布河南師范大學(xué)本科畢業(yè)論文22 USB 控制器電路設(shè)計(jì) USB 控制器及其外圍電路組成了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)讀取和傳輸模塊，這部分電路主要負(fù)責(zé)讀取和傳輸 A/D 轉(zhuǎn)換芯片 MAX125 轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)，并負(fù)責(zé)與 PC 的通信。17V，而且某個(gè)通道的損壞不會(huì)影響整個(gè)電路的正常工作。MAX125 采用雙極性供電，輸入電壓范圍為177。這兩步的過程稱為“重枚舉” 。當(dāng)插上外圍設(shè)備時(shí)，設(shè)備首先通過 USB 總線下載的是 8051 的固件和設(shè)備描述符。 以上的過程，就稱為“FX2 的枚舉” 。 ⑤ 固件裝載設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序使 8051 脫離復(fù)位狀態(tài)，并開始運(yùn)行固件應(yīng)用程序。 ③ 主機(jī)根據(jù)設(shè)備應(yīng)答 ID，安裝下載固件的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。 CY7C68013 的枚舉和重枚舉（1） FX2 的枚舉河南師范大學(xué)本科畢業(yè)論文21 當(dāng)首次插入一個(gè) USB 設(shè)備時(shí)，要經(jīng)過以下幾個(gè)步驟： ① 主機(jī)向地址 0 發(fā)送 Get_Descriptor/Device(獲取描述符/設(shè)備)的要求。5) 增強(qiáng)型工業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 8051 微控制器，并具有以下特點(diǎn)：1）時(shí)鐘頻率高達(dá) 48MHz，很大程度地提高了其運(yùn)行速度。 2) 四個(gè)可編程 BULK/INTERRUPT/ISOCHRONOUS 端點(diǎn)，可以是雙緩沖區(qū)，三緩沖區(qū)或者四緩沖區(qū)，這樣可以根據(jù)外部數(shù)據(jù)的速率調(diào)整緩沖區(qū)的寬度和深度，以適應(yīng)不同的需要。GPIF 能以比 FIFO 數(shù)據(jù)速率還要快的速度運(yùn)行，這就為定時(shí)信號(hào)提供了很好的可編程解決方案，比如時(shí)序電路等。 FIFO 也可能被 GPIF 的內(nèi)部 FX2 時(shí)鐘發(fā)生器控制，這時(shí)，GPIF 就用作一個(gè)內(nèi)部主機(jī)，直接和 FIFO 連接并產(chǎn)生用戶定義的控制信號(hào)來控制外部的邏輯接口。正因?yàn)槿绱耍珻PU 通常不參與到端點(diǎn) FIFO 和外部接口之間的高帶寬的數(shù)據(jù)通路上。高級(jí)的 USB 協(xié)議對(duì)帶寬的要求不是很嚴(yán)格，因此 FX2 的 CPU 非常合適通過控制端點(diǎn)處理主機(jī)請(qǐng)求。對(duì)于典型的基于 FX2 的 USB 設(shè)備，CY7C68013 的 CPU 具有雙重功能：圖 32 FX2 56－pin 封裝結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖河南師范大學(xué)本科畢業(yè)論文20 1) 它執(zhí)行高級(jí)的 USB 協(xié)議，該功能通過控制端點(diǎn)（端點(diǎn) 0）服務(wù)與主機(jī)請(qǐng)求實(shí)現(xiàn)。為了適應(yīng) 增加的帶寬，F(xiàn)X2 端點(diǎn) FIFO（First In First Out）和 Slave FIFO（同外部邏輯或處理器連接的緩沖區(qū)）組合在一起，這樣可以節(jié)省內(nèi)部數(shù)據(jù)之間數(shù)據(jù)的傳送所消耗的時(shí)間。最終，SIE 傳輸來自或者將要到達(dá) USB 接口的數(shù)據(jù)。它在一個(gè)芯片內(nèi)集成了 USB 收發(fā)器，SIE（串行接口引擎） ，CPU（增強(qiáng)型 8051 微控制器）和一個(gè) GPIF（通用可編程接口） ，如圖 32 所示，是 FX2 56pin 封裝結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。論文中選用的是 56pin SSOP 封裝的 CY7C68013，考慮到 FX2 系列芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)相同，將詳細(xì)介紹 FX2 的特點(diǎn)。 芯片性能介紹 CY7C68013[14]的性能特點(diǎn) CY7C68013 屬于 Cypress 公司的 EZUSB FX2 系列。 3) 模擬信號(hào)類型：通常 AD 器件的模擬輸入信號(hào)都是電壓信號(hào)，而 DA 器件輸出的模擬信號(hào)有電壓和電流兩種。常見的 AD 器件有 8 位，10 位，12 位，14 位，16 位等。選擇 A/D 轉(zhuǎn)換芯片要考慮一些參數(shù)指標(biāo)，如芯片精度、芯片的轉(zhuǎn)換速度和芯片的轉(zhuǎn)換量程等。 模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的選擇 目前，隨著數(shù)據(jù)采集應(yīng)用的日益普遍，為了滿足不同場(chǎng)合和分辨率的要求，模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片也是種類繁多。內(nèi)含 USB 單元的微處理器的優(yōu)點(diǎn)是 CPU 只需要訪問一系列寄存器和存儲(chǔ)器，便可實(shí)現(xiàn) USB 口的數(shù)據(jù)傳輸；從而簡(jiǎn)化了程序的設(shè)計(jì)，開發(fā)難度減小，而且許多供應(yīng)商還提供許多范例電路和測(cè)試代碼，使設(shè)計(jì)者從復(fù)雜的協(xié)議解釋中得到解脫。如 Cypress 公司基于增強(qiáng)型 8051 內(nèi)核的 EZUSB FX 系列 [13] ，Motorola 公司基于 68HC08 系列的 68HC08JB8，Atmel 公司基于AVR 的 AT76C711 等 USB 控制芯片。這種類型的接口芯片常用的有 Philips 公司的PDIUSB111A 與 12 系列[13]，National Semiconductor 公司推出USBN9602/9603 以及 NetChip 公司的 NET2888 與 NET2890 等等。這類的芯片只處理 USB 相關(guān)的通信工作，必須外加一個(gè)微控制器（MCU）來管理USB 控制器的寄存器、設(shè)備描述符的獲取和數(shù)據(jù)包的交換等，芯片提供一個(gè)串行