【正文】 而函數(shù)。但是，如果有較高中斷優(yōu)先級的中斷產(chǎn)生，就會在這個函數(shù)返回之前，先完成 中斷操作。 // 使能遠程喚醒功能 GpifInit ()； // 初始化 GPIF 寄存器 } （ 2） void TD_Poll(void) 河南師范大學本科畢業(yè)論文 31 在設(shè)備運行過程中，通過設(shè)置一個 while()循環(huán)，該函數(shù)被不停的重復調(diào)用。 // 因為是雙重緩沖，所以寫兩次 AUTOPTRSETUP |= 0x01。 // 設(shè)置端點 2 的字節(jié)計數(shù) SYNCDELAY。 // 設(shè)置端點 6 有效， IN，批量傳輸，雙重緩沖 SYNCDELAY。 // 設(shè)置端點 2 有效， OUT，批量傳輸，雙重緩沖 SYNCDELAY。 // 設(shè)置端點 1IN 有效，批量傳輸 SYNCDELAY。 // 設(shè)置 IFCLK 時鐘頻率為 48MHz EP1OUTCFG = 0xA0。 ～ bmCLKSPD) | bmCLKSPD1) 。 （ 1） void TD_Init(void) 該函數(shù)對全局變量進行了初始化，比 如設(shè)置 CPU（增強型 8051）的時鐘頻率，通過配置相應(yīng)的寄存器完成端點的方向、類型、緩沖區(qū)的大小和深度等配置。 圖 FX2 固件的典型流程圖 河南師范大學本科畢業(yè)論文 30 固件中的函數(shù)都是通過主函數(shù)的調(diào)用來實現(xiàn)一定的功能，有些函數(shù)只是返回一個值，做為判斷一個跳轉(zhuǎn)的條件。 2) 如果發(fā)現(xiàn) USB 設(shè)備請求，則執(zhí)行 USB 請求操作。復位上電時，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)備初始河南師范大學本科畢業(yè)論文 29 化為非配置狀態(tài)，然后開中斷。這個框架實現(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雜，需要調(diào)用大量函數(shù)，但基本框架卻相對簡單，包括以下三個基本的過程 [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最主要的目的就是讓Windows 可以檢測和識別設(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，以實現(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 語言生成的源程序編譯連接成目標代碼 .HEX 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)大型軟件時更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。 Keil C51 軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強大的集成開發(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、可維護性上都有明顯的優(yōu)勢，易學易用。只有通過 Keil C 將程序編譯連接生成 .HEX 文件后，才能通過 EZUSB 控制面板下載固件，進行 USB 調(diào)試。 固 件開發(fā)環(huán)境 本設(shè)計中 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。這里所說的固件實際上是指運行在 USB 控制器(CY7C68013)中的可執(zhí)行代碼。圖 311 為 EEPROM 硬件電路。 河南師范大學本科畢業(yè)論文 26 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， SCL， SDA 為 I2C 總線的時鐘和數(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 ＋ 電源是 CY7C68013 所需芯片供電電壓。它包含一個 35kHz 的振蕩器，推動四個低電阻 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 點亮。本設(shè) 計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)各個部分所需的電源。 圖 35 A/D 轉(zhuǎn)換電路圖 河南師范大學本科畢業(yè)論文 24 圖 36 MAX125 時鐘電路 電源轉(zhuǎn)換電路設(shè)計 在本設(shè)計中，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，不需要輸入信號源，直接可產(chǎn)生頻率。本設(shè)計中 MAX125 采用的是內(nèi)部基準電壓，所以將 REFIN 引腳通過 F 的電容接地、 REFOUT 引腳通過 F 電容接地。當 INT 引腳的電平變低時， MAX125 轉(zhuǎn)換結(jié)束， CY7C68013 開始讀取數(shù)據(jù)。將 MAX125 的 INT 引腳與圖 34 USB 控制器電路 河南師范大學本科畢業(yè)論文 23 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 去抖動的手動復位輸入 [17][18]。 河南師范大學本科畢業(yè)論文 22 RESET 引腳為芯片的復位引腳，該引腳有一個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， USB 系統(tǒng)掛起； PLL 和晶振停止工作，當外部 邏輯觸發(fā) WAKEUP，晶振重新工作之后， PLL 趨于穩(wěn)定；同時，8051 也會收到一個喚醒中斷。 SCL 和 SDA 分別為 I2C 總線的時鐘線和數(shù)據(jù)線，在 CY7C68013 中， I2C 控制器是漏極開路的，因此將這兩個引腳分別通過一個 電源上。 DMINUS 和 DPLUS 為 USB 的 D＋、 D信號線， 分別和 USBB 型連接器的相應(yīng)引腳相接。 CY7C68013 內(nèi)部計數(shù)器把 24MHz 的頻率分頻為內(nèi)部 8051 需要的默認的 12MHz 的時鐘頻率。 CY7C68013 用自己的片內(nèi)晶振電路和一個外部 24MHz 晶振組成系統(tǒng)的時鐘電路。 圖 33 MAX125 引腳分布 河南師范大學本科畢業(yè)論文 21 USB 控制器電路設(shè)計 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，這部分電路主要負責讀取和傳輸 A/D轉(zhuǎn)換芯片 MAX125 轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)，并負責與 PC的通信。 17V，而且某個通道的損壞不會影響整個電路的正常工作。 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”。當插上外圍設(shè)備時，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)動程序使 8051 脫離復位狀態(tài)，并開始運行固件應(yīng)用程序。 河南師范大學本科畢業(yè)論文 20 ③ 主機根據(jù)設(shè)備應(yīng)答 ID，安裝下載固件的設(shè)備驅(qū)動程序。 CY7C68013 的枚舉和重枚舉 （ 1） FX2 的枚舉 當首次插入一個 USB 設(shè)備時，要經(jīng)過以下幾個步驟： ① 主機向地址 0 發(fā)送 Get_Descriptor/Device(獲取描述符 /設(shè)備 )的要求。 5) 增強型工業(yè)標準 8051 微控制器，并具有以下特點： 1）時鐘頻率高達 48MHz，很大程度地提高了其運行速度。 2) 四個可編程 BULK/INTERRUPT/ISOCHRONOUS 端點，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行，這就為定時信號提供了很好的可編程解決方案，比如時序電路等。 FIFO 也可能被 GPIF 的內(nèi)部 FX2 時鐘發(fā)生器控制，這時， GPIF 就用作一個內(nèi)部主機，直接和 FIFO 連接并產(chǎn)生用戶定義的控制信號來控制外部的邏輯接口。正因為如此， CPU 通常不參與到端點 FIFO 和外部接口之間的高帶寬的數(shù)據(jù)通路上。 高級的 USB 協(xié)議對帶寬的要求不是很嚴格，因此 FX2 的 CPU 非常合適通過控制端點處理主機請求。對于典型的基于 FX2 的 USB 設(shè) 備， CY7C68013 的 CPU 具有雙重功能： 1) 它執(zhí)行高級的 USB 協(xié)議，該功能通過控制端點（端點 0）服務(wù)與主機請求實現(xiàn)。為了適應(yīng) 增加的帶寬， FX2 端點 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)的傳送所消耗的時間。最終，SIE 傳輸來自或者將要到達 USB 接口的數(shù)據(jù)。它在一個芯片內(nèi)集成了 USB 收發(fā)器， SIE（串行接口引擎）， CPU（增強型 8051 微控制器）和一個 GPIF（通用可編程接口），如圖 32所示，是 FX2 56pin 封裝結(jié)構(gòu)簡圖。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，將詳細介紹 FX2 的特點。 芯片性能介紹 CY7C68013[14]的性能特點 CY7C68013 屬于 Cypress 公司的 EZUSB FX2 系列。 3) 模擬信號類型：通常 AD 器件的模擬輸入信號都是電壓信號，而 DA 器件輸出的模擬信號有電壓 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，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)點是CPU 只需要訪問一系列寄存器和存儲器，便可實現(xiàn) USB 口的數(shù)據(jù)傳輸；從而簡化了程序的設(shè) 計，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試代碼，使設(shè)計者從復雜的協(xié)議解釋中得到解脫。如 Cypress 公司基于增強型 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，芯片提供一個串行或并行的數(shù)據(jù)總線來與控制器進行連接。 1） 單獨運作的 USB 接口芯片 所謂 USB 接口芯片，即是僅包含 USB 的串行接口引擎（ SIE）、 FIFO 內(nèi)存、收發(fā)器以及電壓調(diào)節(jié)器等的芯片。 USB 控制器以 GPIF（通用可編程接口） Master 模式控制數(shù)據(jù)采集和讀取，并通過 CY7C68013 GPIF 的‘波形圖’控制 MAX125 的采集和讀取數(shù)據(jù)的時序。數(shù)據(jù)采集系 統(tǒng)的軟件部分主要由三部分組成： USB 固件程序、 USB 設(shè)備驅(qū)動程序以及應(yīng)用程序；三部分程序之間相互協(xié)作來完成整個采集系統(tǒng)的功能。 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在總體上分為硬件和軟件兩大部分。其工作流程如下：傳感器采集到的模擬信號經(jīng)過調(diào)理后，由模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (MAX125)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號； CY7C68013 負責把MAX125 轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)據(jù)讀取到其內(nèi)部 FIFO 緩沖區(qū)，由程序判斷 MAX125 的轉(zhuǎn)換結(jié)束中斷信號來決定 MAX125 上的數(shù)據(jù)是否有效。同步頭等效于 7 個 0 后接一個 1（ 0x80）的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。這樣，在每七個位周期時間內(nèi)，就給了接收器邏輯一次數(shù)據(jù)跳變，從而保證了數(shù)據(jù)和時鐘鎖定。 圖 213 采用 NRZI 編碼和差分信號的傳輸方式 河南師范大學本科畢業(yè)論文 14 圖 NRZI 數(shù)據(jù)編碼 位填充 數(shù)據(jù)編碼序列： 圖 215 位填充 為了保證足夠的信號跳 變，傳輸設(shè)備在總線上發(fā)送包時都使用位填充技術(shù)，如圖 215 所示。上面的圖的高電平表示數(shù)據(jù)線上的 1