USB是近年來應用在PC領域的新型接口技術，是一些PC大廠商，如 MICroSOFt、Intel等為了解決日益增加的PC外設與有限的主板插槽和端口之間 的矛盾而制定的一種串行通信的標準，自1995年在Comdex上亮相以來至今已廣泛地為各 PC廠家所支持?，F(xiàn)在生產的PC幾乎都配備了USB接口，Microsoft 的Windows98、NT以及MacOS、Linux、FreeBSD等流行操作系統(tǒng)都增加了對 USB的支持。
USB的主要優(yōu)點：
?、?使用方便。連接外設不必再打開機箱；允許外設熱插拔，而不必關閉主機電源。
?、?速度快。USB接口的最高傳輸率可達12 Mb/s；提供低速方式，速率為1.5 Mb/s。扣除用于總線狀態(tài)控制和錯誤檢測等數(shù)據傳輸，最大理論速度也能 達到1.2 Mb/s和9.6 Mb/s。
?、?連接靈活。一個USB口理論上可以連接127個USB設備。連接的方式也十分靈活，既可以使用串行連接，也可以使用集線器Hub，把多個設備連接在一起，再同PC機的USB口相接。
?、?獨立供電。USB接口提供了內置電源。
現(xiàn)在的USB生產廠商很多，幾乎所有的硬件廠商都有USB 的產品。USB控制器一般有兩種類型：一種是MCU集成在芯片里面的，如 Intel的8X930AX、CYPRESS的EZ-USB、SIEMENS的C541U以及 MOTOLORA、National SEMIconductors等公司的產品；另一種就是純粹的USB接口芯片，僅處理 USB通信，如PHILIPS的PDIUSBD11（I2C接口）、 PDIUSBP11A、PDIUSBD12（并行接口），National Semiconductor的USBN9602、USBN9603、USBN9604等。前一種由于開發(fā)時需要單獨的開發(fā)系統(tǒng)，因此 開發(fā)成本較高；而后一種只是一個芯片與MCU接口實現(xiàn)USB通信功能，因此成本較低，而且可靠性高。本文主要介紹PHILIPS公司的PDIUSBD12器件。
1 PDIUSBD12芯片特點和內部結構
PDIUSBD12是一個性能優(yōu)化的USB器件，通常用于基于微控制器的系統(tǒng)并與微控制器通過高速通 用并行接口進行通信，也支持本地DMA傳輸。該器件采用模塊化的方法實現(xiàn)一個 USB接口，允許在眾多可用的微控制器中選擇最合適的作為系統(tǒng)微控 制器，允許使用現(xiàn)存的體系結構并使固件投資減到最小。這種靈活性減少了開發(fā)時間、風險和成本， 是開發(fā)低成本且高效的USB外圍設備解決方案的一種最快途徑。 PDIUSBD12完全符合USB1.1規(guī)范，也能適應大多數(shù)設備類規(guī)范的設計，如成像類、大 容量存儲類、通信類、打印類和人工輸入設備等，因此，PDIUSBD12 非常適合做很多外圍設備，如打印機、掃描儀、外部大容量存儲器（ Zip驅動器）和數(shù)碼相機等?，F(xiàn)在用SCSI實現(xiàn)的很多設備如果用 USB來實現(xiàn)可以直接降低成本。
PDIUSBD12掛起時的低功耗以及LazyCLOCk輸出符合ACPI、OnNOW和USB電源管理設備的要求。低功耗工作允許實現(xiàn)總線供電的外圍設備。
PDIUSBD12還集成了像SoftConnect、GoodLink、可編程時鐘輸出、低頻晶振和終端電阻等特性。所 有這些特性都能在系統(tǒng)實現(xiàn)時節(jié)省成本，同時在外圍設備上很容易實現(xiàn)更高級的 USB功能。
1.1 主要特性
◇ 符合USB 1.1協(xié)議規(guī)范；
◇ 集成了SIE、FIFO存儲器、收發(fā)器和電壓調整器的高性能USB接口芯片；
◇ 適應大多數(shù)設備類規(guī)范的設計；
◇ 與任何微控制器/微處理器有高速（2MB/s）的并行接口；
◇ 完全自動DMA操作；
◇ 集成了320 B的多配置FIFO存儲器；
◇ 主端點有雙緩存配置，增加吞吐量，容易實現(xiàn)實時數(shù)據傳輸；
◇ 在塊傳輸模式下有1MB/s的數(shù)據傳輸率，在同步傳輸模式下有 1Mb/s的數(shù)據傳輸率；
◇ 具有總線供電能力，有非常好的EMI性能；
◇ 在掛起時有可控制的LazyClock輸出；
◇ 可通過軟件控制USB總線連接SoftConnect；
◇ 在USB傳輸時有閃亮的USB連接指示燈GoodLink；
◇ 時鐘頻率輸出可編程；
◇ 符合ACPI、OnNOW和USB電源管理要求；
◇ 具有內部上電復位和低電壓復位電路；
◇ 有SO18和TSSOP28封裝；
◇ 能在－40~＋85 ℃工業(yè)級工作；
◇ 片內8kV靜電保護；
◇ 雙電壓工作：(3.3±0.3）V或擴大的5 V電壓范圍（3.6~5.5 V）；
◇ 多中斷模式，方便塊傳輸和同步傳輸。
1.2 內部結構
PDIUSBD12的內部框圖如 圖 1 所示。
圖1 PDIUSBD12內部結構框圖
① 模擬收發(fā)器。集成的收發(fā)器直接通過終端電阻與USB電纜接口。
?、?電壓調整器。片上集成的1個3.3 V電壓調整器為模擬收發(fā)器供電，也提供連接到外部1.5 kΩ上拉電阻的輸出電壓。作為選擇，PDIUSBD12提供集成1.5 kΩ上拉電阻的SoftConnect技術。
?、跴LL。片上集成1個6~48 MHz的倍頻PLL（鎖相環(huán)），允許使用6 MHz的晶振，EMI也由于使用低頻晶振而減小。PLL的工作不需要外部器件。
④ 位時鐘恢復。位時鐘恢復電路用4倍過采樣原理從輸入的USB 數(shù)據流中恢復時鐘，能跟蹤USB規(guī)范中指出的信號抖動和頻率漂移。
?、?PHILIPS串行接口引擎PSIE。PHILIPS的SIE完全實現(xiàn)USB協(xié)議層?？紤]到速度，它是全硬件的， 不需要固件（微程序）介入。這個模塊的功能包括：同步模式識別、并 /串轉換、位填充/不填充、CRC校驗、PID確認、地址識別以及握手鑒定。
?、?SoftConnect。高速設備與USB的連接是靠把D＋通過1個1.5 kΩ的上拉電阻接到高電平來建立的。在PDIUSBD12中，這個上拉電阻是集成在芯片 內的，缺省是沒有連接到VDD，這個連接是靠外部 MCU發(fā)一個命令來建立的。這使得系統(tǒng)微處理器可以在決定建立 USB連接之前完成初始化。重新初始化USB總線連接也可以不用拔掉電纜來完成。
?、?GoodLink。GoodLink是靠一個引腳接發(fā)光二極管實現(xiàn)的。在 USB設備枚舉時LED指示燈將立即閃亮；當PDIUSBD12被成功枚舉并配置時， LED指示燈將會始終亮；經過PDIUSBD12的USB數(shù)據傳輸過程中， LED將一閃一閃，傳輸成功后LED熄滅；在掛起期間，LED熄滅。這種特性可以使我們知道 PDIUSBD12的狀態(tài)，方便電路調試。
?、?存儲器管理單元MMU和集成RAM。MMU和集成RAM能緩沖USB（工作在 12Mb/s）數(shù)據傳輸和微控制器之間并行接口之間的速度差異，這允 許微控制器以自己的速度讀寫USB包。
?、?并行和DMA接口。并行接口容易使用、速度快并且能直接與主微控制器接口。對于微控制 器，PDIUSBD12可以看成是一個有8位數(shù)據總線和1位地址線的存儲設備。 PDIUSBD12支持多路復用和非多路復用的地址和數(shù)據總線。在主端點（端點 2）和局部共享存儲器之間也可使用DMA（直接存儲器存取）傳輸。它支持單周期模式和塊傳送模式 兩種DMA傳輸。
2 PDIUSBD12的引腳說明及典型連接
2.1 PDIUSBD12引腳說明
PDIUSBD12引腳如 圖 2 所示，引腳如 表 1 所列。
圖2 PDIUSBD12的引腳圖
表1 PDIUSBD12引腳說明
2.2 PDIUSBD12的典型連接
PDIUSBD1與80C51的連接電路如 圖 3 所示。在這個例子中， ALE始終接低電平，說明采用單獨地址和數(shù)據總線配置。A0 腳接80C51的任何I/O引腳，控制是命令還是數(shù)據輸入到PDIUSBD12 。80C51的P0口直接與PDIUSBD12的數(shù)據總線相連接，CLKOUT 時鐘輸出為80C51提供時鐘輸入。
圖3 PDIUSBD12與80C51的連接電路圖
3 軟件設計
3.1單片機方面軟件設計
對于 單片機 控制程序，目前沒有任何廠商提供自動生成固件（firmware）的工具,因此所有程序都 要由自己手工編制。USB單片機控制程序通常由三部分組成：第一、初始化單片機和所有的外圍電路 （包括PDIUSBD12）；第二、主循環(huán)部分，其任務是可以中斷的；第三、中斷服務程序，其任務是對時 間敏感的，必須馬上執(zhí)行。根據USB協(xié)議，任何傳輸都是由主機（host）開始的，這樣，單片機作它 的前臺工作，等待中斷。主機首先要發(fā)令牌包給USB設備（這里是PDIUSBD12），PDIUSBD12接收 到令牌包后就給單片機發(fā)中斷，單片機進入中斷服務程序，首先讀PDIUSBD12的中斷寄存器，判斷 USB令牌包的類型，然后執(zhí)行相應的操作。因此，USB單片機程序主要就是中斷服務程序的編寫。在USB單片機程序中要完成對各種令牌包的響應，其中比較難處理的是SETUP包，主要是端口0的編程。
單片機 與PDIUSBD12的通信主要是靠單片機給PDIUSBD12發(fā)命令和數(shù)據來實現(xiàn)的。 PDIUSBD12的命令字分為三種：初始化命令字、數(shù)據流命令字和通用命令字。PDIUSBD12給出了各種命令的代碼和地址。單片機先給PDIUSBD12的命令地址發(fā)命令，根據不同命令的要求再發(fā)送或讀出不同的數(shù)據。因此，可以將每種命令做成函數(shù)，用函數(shù)實現(xiàn)各個命令，以后直接調用函數(shù)即可。
在編寫USB的 單片機 程序時，需要注意：
?、?單片機 的中斷應設置為電平觸發(fā)；中斷后一定要讀上次傳輸狀態(tài)寄存器（命令40-45H）,以清 除中斷寄存器中的中斷標志。這樣，PDIUSBD12的中斷輸出才能變回高電平，這一點非常重要。
?、?在接收到Setup包后，一定要調用ACK setup命令重新使能端口0。
?、?在向IN端點寫完數(shù)據后，一定調用Validate Buffer（命令FAH），指明緩沖區(qū)中的數(shù)據有效，可以發(fā)送到主機。
?、?當讀完數(shù)據后，一定調用Clear Buffer（命令F2H），以保證可以接收新的包。
?、?可以通過調用ReadChipID（命令FDH）檢查PDIUSBD12是否工作。該命令要讀兩個字節(jié)數(shù)據。
下載文檔
