【正文】 主循環(huán)向協(xié)議處理程序發(fā)出請(qǐng)
。相似的控制端點(diǎn)在數(shù)據(jù)包處理時(shí)采用了同樣的概念。 主循環(huán)：發(fā)送 USB請(qǐng)求、讀入數(shù)據(jù)、采集通道和處理 USB總線事件等等 標(biāo)準(zhǔn)請(qǐng)求 廠商請(qǐng)求 中斷服務(wù)程序 PDIUSBD12 命令接口 硬件提取層 — 第 25 頁(yè) 共 56 頁(yè) — 圖 45 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的固件結(jié)構(gòu) 由于這種結(jié)構(gòu)，主循環(huán)不關(guān)心數(shù)據(jù)是來(lái)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)。 PDIUSBD12 的固件設(shè)計(jì)成完全的中斷驅(qū) 動(dòng)，當(dāng) CPU處理前臺(tái)任務(wù)時(shí)， USB的傳輸可在后臺(tái)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(shí)簡(jiǎn)化了編程和調(diào)試。 — 第 24 頁(yè) 共 56 頁(yè) — 固件結(jié)構(gòu) 本數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的固件有著如下 圖 42的積木式結(jié)構(gòu)： 圖 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)固件結(jié)構(gòu) 圖 42 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)固件結(jié)構(gòu) 固件設(shè)計(jì)的目標(biāo)就是使 PDIUSBD12在 USB上達(dá)到最大的傳輸速率。在其頭文件里需定義 USB規(guī)范中的各種描述符格式，包括設(shè)備描述表、配置描述表、接口描述 表、端點(diǎn)描述表、字符串描述表以及描述表類型。在發(fā)出連接 USB命令后，主機(jī)先讀取設(shè)備描述符，然后發(fā)出設(shè)置 USB地址 SETUP包，設(shè)置 USB地址后，進(jìn)行主機(jī)客戶驅(qū)動(dòng)與設(shè)備初始化。主機(jī)一般會(huì)從 USB設(shè)備獲取配置信息后再確定此設(shè)備有哪些功能。 PDIUSBD12固件程序的編寫 USB設(shè)備啟動(dòng)流程如下： 1. USB設(shè)備接入 USB口，發(fā)出連接 USB命令； 2. 主機(jī)發(fā)出讀設(shè)備描述符兩次； 3. 主機(jī)根據(jù)設(shè)備描述符 —廠商 ID、產(chǎn)品 ID，啟動(dòng)相應(yīng)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序； — 第 23 頁(yè) 共 56 頁(yè) — 4. 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序初始化 USB設(shè)備； ① 讀設(shè)備描述符； ② 讀配置描述符； ③ 選擇接口、端點(diǎn)（管道），確定傳輸方式。單片機(jī)先給 PDIUSBD12的命令地址發(fā)命令，根據(jù)不同命令的要求再發(fā)送或讀出不同的數(shù)據(jù)。 PDIUSBD12的命令字分為三種 ：初始化命令字、數(shù)據(jù)流命令字和通用命令字。在 USB單片機(jī)程序中，要完成對(duì)各種令牌包的響應(yīng)，其中比較難處理的是 SETUP包，主要是端口 0的編程。主機(jī)首先要發(fā)令牌包給 USB設(shè)備（這里是 PDIUSBD12）， PDIUSBD12接收到令牌包后就給單片機(jī)發(fā)中斷。 根 據(jù) USB協(xié)議，任何傳輸都是由主機(jī)開(kāi)始的。因此，編寫固件程序的一個(gè)最主要的目的就時(shí)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 USB協(xié)議、中斷處理等，它不是單純的軟件，而是軟件和硬件的結(jié)合，開(kāi)發(fā)者需要對(duì)端口、中斷和硬件結(jié)構(gòu)非常熟悉。 ABS文件由 OH51轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的 Hex文件，以供調(diào)試器 dScope51或 tScope51使用進(jìn)行源代碼級(jí)調(diào)試，也可由仿真器使用直接對(duì)目標(biāo)板進(jìn)行調(diào)試，也可以直接寫入程序存貯器如 EPROM中。然后分別由 C51及 A51編譯器編譯生成目標(biāo)文件 (.OBJ)。 Keil C51的工具包中， uVision是 C51 for Windows的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境 (IDE)，可以完成編輯、編譯、連接、調(diào)試、仿真等整個(gè)開(kāi)發(fā)流程。另外重要的一點(diǎn)，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會(huì)到 Keil C51生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語(yǔ)句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。 圖 41 A/D 轉(zhuǎn)換程序流程圖 固件的開(kāi)發(fā) Keil C51是美國(guó) Keil Software公司出品的 51系列兼容單片機(jī) C語(yǔ)言軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)， 與匯編相比， C語(yǔ)言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)，因而易學(xué)易用?！? 第 21 頁(yè) 共 56 頁(yè) — 第四章 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) A/D 轉(zhuǎn)換時(shí)序控制 采用延時(shí)等待 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束方式，分別對(duì) 8 路模擬信號(hào)輪流采樣一次，并依次把結(jié)果存入存儲(chǔ)器。設(shè)備應(yīng)用程序從緩沖區(qū)里取數(shù)據(jù)顯示，通過(guò)數(shù)值來(lái)說(shuō)明 USB接口的采集速率比一般的串行總線速度高。此外 89051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(shí)鐘輸出為 89C51提供時(shí)鐘輸入。 89C51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。編程時(shí)注意啟動(dòng) AD0809后， EOC在一定時(shí)間才能變成低電平。 CLKOUT 是 D12 的時(shí)鐘輸出，可以通過(guò)固件編程改變其頻率，在調(diào)試固件時(shí)，可作為參考。 INT_N 是 USB 中斷請(qǐng)求腳，發(fā)出 USB 中斷請(qǐng)求； GL_N 是 GooDLink 指示燈，在調(diào)試過(guò)程中非常有用，在通信時(shí)會(huì)不停閃爍。多路地址 /數(shù)據(jù)總線 ALE 接單片機(jī)的 ALE 腳，這樣使用傳送指令可以與 D12 接口，對(duì) D12 操作就象對(duì) D12 操作一樣，此時(shí) 忽略 A0（命令口和數(shù)據(jù)口地址線）的輸入。該過(guò)程持續(xù)到 PDIUSBD12 通過(guò) EOT_N 接收到一個(gè) DMA 終止信息，這時(shí)產(chǎn)生一個(gè)中斷指示本地 CPU， DMA 操作已經(jīng)完成。在單周期 DMA 中， DMREQ— 第 18 頁(yè) 共 56 頁(yè) — 在每單個(gè)應(yīng)答后直到被 DMACK_N 重新激活之前保持無(wú)效。在 DMA 控制器編程之后，本地 CPU 在初始化傳輸時(shí)，將 PDIUSBD12 中的 DMA 使能位置位。典型的，對(duì) DMA控制器的傳輸模式，字節(jié)計(jì)數(shù)寄存器和地址計(jì)數(shù)器進(jìn)行正確的編程。使用 DMA 控制器， PDIUSBD12 的主端點(diǎn)和本地共享存儲(chǔ)器間的數(shù)據(jù)傳輸可自主進(jìn)行，而不需要本地 CPU 的干預(yù)。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（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；支持主端點(diǎn)與本地共享 RAM 之間直接讀取的 DMA 傳輸；還支持單周期和突發(fā)模式的 DMA 傳輸。這就允許微控制器以其自己的速率對(duì) USB 信息包進(jìn)行讀寫。該特性降低了現(xiàn)場(chǎng)支持和熱線的成本。 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。隨后與 PDIUSBD12 之間成功的傳輸（帶應(yīng)答）將關(guān)閉 LED。在枚舉中，LED 指示根據(jù)通信的狀況間歇閃爍。 SoftConnectTM是 PHILIPS 半導(dǎo)體一項(xiàng)尚未獲批準(zhǔn)的專利技術(shù)。 USB 總線連接可以重新初始化而不需要拔出電纜。 上拉電陰集成在 PDIUSBD12 片內(nèi)，默認(rèn)狀態(tài)下不與 VＣＣ 相連，其連接的建立是通過(guò)外部／系統(tǒng)微控制器發(fā)送命令來(lái)實(shí)現(xiàn)的。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。 P L L 鎖 相 環(huán)位 時(shí) 鐘 恢 復(fù) 電 路串 行 接 口 引 擎模 擬 收 發(fā) 器3 . 3 VD +1 . 5 k? 6 M H z 內(nèi) 部 R A M存 儲(chǔ) 管 理 單 元并 口 和 D M A 接 口電 壓 調(diào) 整 器D + D — 第 17 頁(yè) 共 56 頁(yè) — 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，能跟蹤 USB 規(guī)定范圍內(nèi)的抖動(dòng)和頻漂。 PLL 鎖相環(huán)：片內(nèi)集成了 6MHz 時(shí)鐘乘法 PLL，這樣就可使用低成本的 6MHz晶振， EMI 也隨之降低。該電壓還作為輸出連接到外部 的上拉電阻。 圖 34 PDIUSBD12 內(nèi)部結(jié)構(gòu) 說(shuō)明： 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。 D12 芯片的主要特點(diǎn)包括： （ 1）符合 版本規(guī)范； （ 2）可與任何外部微控制器 /微處理器實(shí)現(xiàn)高速并行接口 (2MB/s)； （ 3）采用 GoodLink 技術(shù)的連接指示器，在通信時(shí)使 LED 閃爍； （ 4）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； （ 5）在批量 和等時(shí)模式下均可實(shí)現(xiàn) 1Mb/s 的數(shù)據(jù)傳輸率； （ 6）完全自治的直接內(nèi)存存取 DMA 操作。 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。 — 第 16 頁(yè) 共 56 頁(yè) — PDIUSBD12 所具有的低掛起功耗連同 LazyClock輸出可以滿足使用 ACPI、 OnNOW和 USB電源管理的要求。 PDIUSBD12完全符合 ，它還符合大多數(shù)器件的分類規(guī)格：成像類、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。 這種實(shí)現(xiàn) USB接口的標(biāo)準(zhǔn)組件使得設(shè)計(jì)者可以在各種不同類型微控制器中選擇出最合適的微控制器。 — 第 15 頁(yè) 共 56 頁(yè) — 圖 33 AT89C51管腳圖 主要特性： (1)4K字節(jié)可編程 FLASH存儲(chǔ)器 (壽命： 1000寫 /擦循環(huán) ) (2)全靜態(tài)工作： 0Hz24KHz (3)三級(jí)程序存儲(chǔ)器保密鎖定 (4)128*8位內(nèi)部 RAM (5)32條可編程 I/O線 (6)兩個(gè) 16位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 (7)6個(gè)中斷源 (8)可編程串行通道 (9)低功耗的閑置和掉電模式 (10)片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 PDIUSBD12 介紹 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。該器件采用 ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS51指令集和輸出管腳相兼容。 （ 6）當(dāng) EOC變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，這時(shí)給 OE為高電平，轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)就輸出給單片機(jī)了。 （ 4）在 ST端給出一個(gè)至少有 100ns寬的正脈沖信號(hào)。 （ 2）初始化時(shí)，使 ST和 OE信號(hào)全為低電平。當(dāng) OE=1時(shí)，轉(zhuǎn)換所得數(shù)據(jù)出現(xiàn)在 D7DO腳，當(dāng) OE=0時(shí) D7DO腳對(duì)外是高阻抗。 OE: 允許輸出端。 EOC: EOC為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào) ,當(dāng) EOC為高電平時(shí)，表明轉(zhuǎn)換結(jié)束；否則，表明正在進(jìn)行 A/D轉(zhuǎn)換。因 ADC0809的內(nèi)部沒(méi)有時(shí)鐘電路，所需時(shí)鐘信號(hào)必須由外界提 供，通常使用頻率為 500KHZ. START: 啟動(dòng)脈沖輸入端。 VREF（＋）， VREF（－）為參考電壓輸入。 OE＝ 1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)； OE＝ 0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻狀態(tài)。當(dāng) EOC為高電平時(shí)，表明轉(zhuǎn)C B A 選擇的通道 0 0 0 IN0 0 0 1 IN1 0 1 0 IN2 0 1 1 IN3 1 0 0 IN4 1 0 1 IN5 1 1 0 IN6 1 1 1 IN7 — 第 14 頁(yè) 共 56 頁(yè) — 換結(jié)束；否則，表明正在進(jìn)行 A/D轉(zhuǎn)換。 表 31 數(shù)字量輸出及控制線： 11條 ST為轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào) :當(dāng) ST上跳沿時(shí)，所有內(nèi)部寄存器清零；下跳沿時(shí)，開(kāi)始進(jìn)行 A/D轉(zhuǎn)換；在轉(zhuǎn)換期間， ST應(yīng)保持低電平。 ADC0809對(duì)輸入模擬量要求信號(hào)單極性，電壓范圍是 0－ 5V，若信號(hào)太小，必須進(jìn)行放大；輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過(guò)程中應(yīng)該保持不變，如若模擬量變化太快，則需在輸入前增加采樣保持電路。當(dāng) ALE線為高電平時(shí)，地址鎖存與譯碼器將A， B， C三條地址線的地址信號(hào)進(jìn)行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通道的模擬量進(jìn)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。但其優(yōu)點(diǎn)是用戶可以選擇任何一種己熟悉的微控制器，而且這種芯片價(jià)格也相對(duì)便宜。 這些 USB控制芯片只負(fù)責(zé)處理 USB相關(guān)的通信工作，而且必須由外部微控制器的控制才能正常工作。即 使用戶不熟悉這些芯片的結(jié)構(gòu)，但是介紹這些微控制器的書籍和關(guān)于他們的范例程序、開(kāi)發(fā)工具等都可以作為設(shè)計(jì)時(shí)的參考。 內(nèi)嵌通用微控制器的 USB控制芯片可以說(shuō)是在通用微控制器的基礎(chǔ)上擴(kuò)展了 USB功能。而不需要外接微控制器的芯片又可以分為專門為 USB設(shè)計(jì)的芯片和嵌入通用微控制器內(nèi)核的芯片。 現(xiàn)場(chǎng)電信號(hào) A / D轉(zhuǎn)換器 USB接口芯片 PC機(jī) MCU — 第 12 頁(yè) 共 56 頁(yè) — 要實(shí)現(xiàn)一個(gè) USB設(shè)備，首先面對(duì)的問(wèn)題就是選擇一種適合的 USB控制芯片。 圖 31 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件組成框圖 芯片選擇 USB數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件主要由微控制器 AT89C51,A/D轉(zhuǎn)換芯片 ADC0809,USB接口芯片 PDIUSBDI2組成。一旦存滿，串行接口引擎 SIE 立刻對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，包括同步模式識(shí)別、并／串轉(zhuǎn)換、位填充 /不填充、 CRC 校驗(yàn)、 PID 確認(rèn)、地址識(shí)別以及握手鑒定，處理完畢后數(shù)據(jù)由模擬收 /發(fā)器通過(guò) D+、 D發(fā)送至 PC。主要包括 5 個(gè)組成部分：中央處理器選用 AT89C51 芯片，完成各部分控制功能和 USB 傳輸協(xié)議； A/D 轉(zhuǎn)換器和接口電路主要完成數(shù)據(jù)采集，并讀入 MCU 處理；復(fù)位電路完成對(duì)MCU 的上電復(fù)位和