【正文】 口是帶內(nèi)部上拉的雙向 I/O 口，向 P2 口寫入 1 時， P2 口被內(nèi)部上拉為高電平，可用作輸入口。 P1(P10 一 P17)： Pl 口是帶內(nèi)部上拉的雙向 I/O 口 ，向 P1 口寫入 1 時， P1 口被內(nèi)部上拉為高電平，可用作輸入口。 P0(P00P07)： P0 口是開漏雙向口，可以寫為 1 使其狀態(tài)為懸浮用作高阻輸入。 AT89C51 的管腳排列如下： 采用 USB接口的高速數(shù)據(jù)采集器硬件設(shè)計 第 21 頁 共 35 頁 圖 AT89C51 的管腳排列 說明： Vss 接地。由于設(shè)計是靜態(tài)的，時鐘可停止而不會丟失用戶數(shù)據(jù)?？臻e模式凍結(jié) CPU，但 RAM、定時器、串口和中斷系統(tǒng)仍然工作。 此外，由于器件采用了靜態(tài)設(shè)計，可提供很寬的操作頻率范圍 (頻率可降至 0)。由先進 CMOS 工藝制造并帶有非易失性 Flash 程序存儲器。如果配置為等時 IN或等時 OUT 則只有一個方向。端點 2(主端點 )的數(shù)據(jù)傳輸方向有處理器模塊通過“ Set Mode”命令配置。它的功能框圖如 所示： 采用 USB接口的高速數(shù)據(jù)采集器硬件設(shè)計 第 20 頁 共 35 頁 圖 PDIUSBD12 功能框圖 PDIUSBD12 提供控制傳輸、中斷傳輸、批量傳輸三種傳輸形式，芯片內(nèi)除缺省控制管道端點 0 外，還有兩個端點。 GL_N 管腳通過一個上拉電阻接 LED， LED 的點亮和熄滅可以顯示當(dāng)前設(shè)備 USB 是否正在傳輸和設(shè)備是否正常。芯片 OUT 管腳輸出 的電壓，通過一個 千歐姆的上拉電阻到 D+線，通知主機外設(shè)位全速模式設(shè)置。由于 USB 的即插即用，實際電路的工作會帶來芯片工作狀態(tài)不定的負(fù)面影響，因此在芯片的 EOT 管腳連接一個 1 千歐姆的上拉電阻到外接電源，同時連接一個 1 兆歐姆的下拉電阻到地。另外 PDUISBD12 芯片所獨有的 Sotf Connect功能非常實用，能使外部的 USB 設(shè)備隨時可以重新初始化。在一般情況下其該芯片可達到 2Mbit /S 的傳輸速率。 INT_N 引腳需與外部微控制器的中斷引腳相連，用于在接口芯片收到或者發(fā)送完畢USB 總線數(shù)據(jù)時通知微控制器進入相應(yīng)的中斷處理。引腳 CS_N 即為該芯片的片選信號引入端。 PDUISBD12 芯片符合 協(xié)議；內(nèi)部集成 T320B 的FIFO(先進先出 )儲存器；支持總線供電 (從主機 USB 插槽獲得電源 )或設(shè)備自供電；提供GoodLink 指示器，在設(shè)備正確枚舉、配置后使 LED 持續(xù)點亮，數(shù)據(jù)傳輸時則閃爍；該芯片具有 SOP28 及 TSSOP28 兩種封裝形式。 這種實現(xiàn) USB 接口的標(biāo)準(zhǔn)組件，可以使設(shè)計者在各種不同類型微控制器中進行選擇，最大限度的利用已有的設(shè)備和開發(fā)環(huán)境。 采用 USB接口的高速數(shù)據(jù)采集器硬件設(shè)計 第 18 頁 共 35 頁 綜合考慮現(xiàn)有工作環(huán)境、資料收集情況和價格等因素，本課題采用了需要外接微控制器的 PDIUSBD12 芯片作為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的 USB 控制芯片。另外還需要一個中斷引腳，當(dāng)接口芯片收到或者是發(fā)送完 USB 總線數(shù)據(jù)時，這個中斷引腳會向微控制器發(fā)出中斷信號。但其優(yōu)點是用戶可以選擇任何一種自己熟悉的微控制器，而且這種芯片價格也相對便宜。 （ 3）需外接微控制器的 芯片： 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、開發(fā)工具等都可以作為設(shè)計時的參考。 （ 2）內(nèi)嵌通用微控制器的芯片： 內(nèi)嵌通用 微控制器的 USB 控制芯片可以說是在通用微控制器的基礎(chǔ)上擴展了 USB功能。 （ 1）專為 USB 設(shè)計的 USB 控制芯片： 該類芯片是廠商為開發(fā) USB 應(yīng)用設(shè)備而專門設(shè)計的，內(nèi)部用的是專用的 CPU。從芯片大的構(gòu)架來分，市面上所有的 USB 控制器芯片可以分為不需要外接微控制器的芯片和需要外接微控制器的芯片。 通過分析我們可以看出使用 USB 接口是最適合我們這個設(shè)計的要求。 采用 USB接口的高速數(shù)據(jù)采集器硬件設(shè)計 第 17 頁 共 35 頁 能夠采用總線供電。標(biāo)準(zhǔn) USB 電纜長度為 3m(5m低速 )，通過 Hub 或中繼器可以使外設(shè)距離達到 30m 使用靈活。 易于擴展。所有 USB 設(shè)備支持熱插拔，系統(tǒng)對其進行自動配置，不再占用中斷資源或者 DMA 資源，徹底拋棄了過去的跳線和撥碼開關(guān)設(shè)置。 設(shè)備安裝和配置容易。另外為了適應(yīng)一些 不需要很大吞吐量和很高實時性的設(shè)備，如鼠標(biāo)等， USB 還提供低速方式，速率為 12Mbps。 USB 主要有以下優(yōu)點 : 速度快。我們可以很方便地對其作一些特殊處理或是更改設(shè)置，使用非常方便。而一種新的總線接口方式 USB，則是對其它總線接口技術(shù)揚長避短的產(chǎn)物。 （ 5） 通用串行總線 (USB) 上述總線接口雖各具優(yōu)點，但也都有其難以克服的缺點。 PCI 總線還具有良好的擴展性，通過 PCI 橋路，可允許無限地擴展。 PCI 總線與 CPI 無關(guān)，與時鐘頻率亦無關(guān)，可適各種平臺， 支持多處理器和并發(fā)工作 。但是隨著計算機技術(shù)發(fā)展， ISA 總線逐漸被淘汰，目前市場上大多 PC 機主板已經(jīng)沒有 ISA 插槽。它的數(shù)據(jù)寬度 16 位，工作頻率8MHz，數(shù)據(jù)傳輸率 6MB/S，處理器的高速度和總線的低速度不同步，造成硬盤、圖形卡和其它外設(shè)只能通過一個慢速且狹窄的瓶頸發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，使 CPU 的高性能 受到了嚴(yán)重的影響。 （ 2） 并行接口： 目前，計算機中的并行接口主要作為打印機端口，并行接口是在多根數(shù)據(jù)線上以字節(jié)為單位與輸入 /輸出設(shè)備或被控對象傳輸信息的，這樣數(shù)據(jù)傳送速度大大提高，且并行傳送的信息不要求固定的格式，但并行傳送的距離受到限制，因為距離增加，干擾就會增加，容易出錯。由于 PC機的限制，其最高數(shù)據(jù)傳輸率不超過 115KbpS，同時傳輸?shù)木嚯x也不會超過 15 米，且PC 機上的串口數(shù)目也很有限。通過分析五種接口方式我決定選擇 USB 接口方式，下面是各接口方式的優(yōu)缺點： （ 1） RS232 串行接口： 串行接口是微機應(yīng)用系統(tǒng)的常用接口，現(xiàn)在的 PC 機一般至少有兩個串行口。 USBOTG協(xié)議實現(xiàn)了無主機參與的數(shù)據(jù)通信，可以實現(xiàn)點對點的數(shù)據(jù)通信，而無須主機的介入，在嵌入式領(lǐng)域必將有廣闊的應(yīng)用前景。 本章小結(jié) 本節(jié)簡要地從 USB 系統(tǒng)組成、 USB 的傳輸、 USB 的數(shù)據(jù)單元、 USB 的設(shè)備請求等方面討論了 、 、 USBOTG 協(xié)議。點到點的連接方式并不僅限制在同種類的產(chǎn)品之間，不同類的產(chǎn)品也能相互連接，這使得便攜式設(shè)備的發(fā)展有了更加廣闊的空間。 USBOTG 是一種點到點的通信標(biāo)準(zhǔn)，其仍然保持在任何時候都有主機 /從機。 主機處理協(xié)議 (HNP： Host Negotiation Protocol)：用于轉(zhuǎn)換 USB 主機和外設(shè)功能； 會話請求協(xié)議 (SRP： Session Request Protocol)：完成與主機 的會話； 更具節(jié)能性的電源管理：除了小功率和大功率之外，增加了微功率選擇。這個補充規(guī)范并不單是為便攜式電子設(shè)備制定的，其同樣適用于 PC 機的外設(shè)或任何非便擠式設(shè)備。 這個補充規(guī)范的目的是要定義一個對 規(guī)范作最低限度的改變來實現(xiàn)便攜式USB 設(shè)備的應(yīng)用。為了滿足這些限制要求，便攜式 USB 的應(yīng)用是作為 規(guī)范的補充發(fā)展起來的。為了取的 PC 主機的資格，設(shè)備必須包含以下幾個特性： (l)存儲大量的設(shè)備驅(qū)動程序； (2)產(chǎn)生大電流的能力； (3)一個標(biāo)準(zhǔn)主機連接插孔。 USB 己經(jīng)成為了一種 PC 和外設(shè)之間交換數(shù)據(jù)的常用接口。 USBOTG 為外設(shè)之間點對點通信的實現(xiàn)提供了一個完善而經(jīng)濟的解決方案，突破了主 PC 機的約 束，允許一個 USB 外設(shè)擁有受限的主機功能，實現(xiàn)與其它選擇的 USB 外設(shè)通信；利用小型的連接器來滿足外設(shè)接口外形多變的要求；小功率特性延長了電池的使用壽命。但這些設(shè)備都是由一個主計算機來管理所有的通信，外圍設(shè)備不能夠直接彼此溝通。 USBOTG 協(xié)議的介紹 采用 USB接口的高速數(shù)據(jù)采集器硬件設(shè)計 第 13 頁 共 35 頁 USB 的廣泛應(yīng)用正在成為外設(shè)與 PC 及筆記本電腦連接的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。 兼容的主機與集線器，同時也能夠與 的外圍設(shè)備溝通。 完全兼容 和 ，他們使用相同的連接器與電纜。Other_Speed_Configuration 描述 符的附屬描述符與設(shè)備配置描述符相同。 設(shè)備描述 符與Device_Qualifier 描述符中的字段數(shù)值，視所選擇的速度來做交替。 Device_Qualifier 描述符：當(dāng)設(shè)備轉(zhuǎn)換速度時候，設(shè)備描述符中的某些字段可能改變。 協(xié)議除了滿足 協(xié)議的一些特性外，還增加了一些新的特性。原來的預(yù)測是希望提高到 20 倍的傳輸速度，實際上達到了 40 倍的傳輸速度 (480Mb/s)。 在程序設(shè)計時，各種描述符的每一個字段必須正確無誤，尤其是描述符的長度和類型，否則設(shè)備枚舉必將失敗。但是，如果一個設(shè)備無字符串描 述符，所有其它描述符中有關(guān)字符串描述符的索引都必須為 0。 USB 設(shè)備的每一個端點都有自己的描述符。一個設(shè)備接口包含一個或多個端點描述符。一個設(shè)備可以有多個配置描述符。它用來配置設(shè)備，一個設(shè)備只能 有一個設(shè)備描述符。 USB 的描述符是通過 Get Deseriptor 來讀取的。 使用描述符使得單個配置 的特性存儲變得簡明，因為每個配置可能會重復(fù)使用其它有相同特性的配置描述符的部分或全部，用這種方法，描述符用一個關(guān)系數(shù)據(jù)庫來表繪一個個的單獨數(shù)據(jù)記錄。一個描述符是具有一個確定格式的一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。 表 24 USB 標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備請求 bmRequestType bRequest wValue wIndex wLength Data 00000000B 00000001B 00000010B CLEAR_FEATURE 特性選擇符 0 接口號 端點號 0 無 10000000B GET_CONFIGURATION 0 0 1 配置值 10000000B GET_DESCRIPOTR 描述表種類和索引 零或語言標(biāo)志 描述表長 描述表 偏移量 域 大小 值 描述 0 bmRequestType 1 位圖 請求特征： D7：傳輸方向 0=主機至設(shè) 1=設(shè)備至主 D6..5：種類 0=標(biāo)準(zhǔn) 1=類 2=廠商 3=保留 D4..0：接受者 0=設(shè)備 1=接口 2=端點 3=其他 1 bRequest 1 數(shù)值 USB 設(shè)備請求 2 wValue 2 值 字長域，根據(jù)不同的請求含義改變 4 wIndex 2 索引和偏移 字長域，根據(jù)不同的請求含義改變。 表 23 USB 設(shè)備請求格式 USB 設(shè)備要想工作，必須對 USB 協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)命令請求做出正確響應(yīng)，只有對標(biāo)準(zhǔn)的請求正確響應(yīng)，設(shè)備才能 枚舉成功，才能和上位機通信。所有的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備請求都是使用默認(rèn)管道來傳輸?shù)摹Ｈ绻康臄?shù)據(jù)和 CRC 位被準(zhǔn)確無誤地收到， 16 位剩余將是 1000000000001101B。 (2)數(shù)據(jù) CRC 數(shù)據(jù) CRC 是作用于數(shù)據(jù)包的數(shù)據(jù)字段上的 16 位多項式。生成 多項式如下： G(X)=X5+X2+1 這個多項式的二進制位組合是 00101B。 CRC 也必須滿足位填充的要求，這意味著如果前 6 位都是 1的話，就必須在 CRC 的最后插入一個零。 圖 數(shù)據(jù)域格式 CRC 校驗：包括令牌校驗和數(shù)據(jù)校驗。 數(shù)據(jù)域 (Data)：數(shù)據(jù)字段可以在 0 到 1， 023 字節(jié)之間變動，但必須是整數(shù)個字節(jié)。 幀號域 (Frame Number Field：幀號字段是一個 11 位的字段，主機每過一幀就將其內(nèi)容加一。對于低速 (Low Speed)設(shè)備，每個功能部件最多提供 3 個管道：在端口 0 的控制管道加上 2 個附加管道 (或是 2 個控制管道，或是 1 個控制管道和 1個中斷端口，或是 2 個中斷端口 )。規(guī)定端點域只能供 IN、 SETUP 和 OUT 令牌的 PID 使用。 .端點域：附加的 4 位的端點 (ENDP)字段允許對那些需要不只一個子信道的功能部件進行更靈活的尋址。端點域 (ENDP)有 4 位，它使設(shè)備可以擁有幾個子通道，所有的設(shè)備必須支持一個控制端點 0(end point 0)。一旦外 設(shè)被復(fù)位或上電，外設(shè)的地址被缺省為 0，這時必須在主機枚舉過程中被賦予一個