USB閃存盤驅(qū)動器與PIC微控制器的接口設(shè)計

本文以Vinculum VNC1L智能型USB Host橋接器為例，說明如何為系統(tǒng)控制器PIC16F688增加USB 2.0全速連接埠以便系統(tǒng)能連接USB閃存盤，并在最少的設(shè)計時間與資源下完成此設(shè)計。討論內(nèi)容包括PIC微控制器和VNC1L智能型USB Host橋接器芯片的嵌入式接口硬件設(shè)計，并說明如何在PIC微控制器進(jìn)行程序開發(fā)，以便讓USB閃存盤能在廣泛的嵌入式應(yīng)用中用作可移除儲存媒體。

VNC1L為Vinculum家族的第一顆芯片，它采用定制化處理器，并搭配兩個加速數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹苯觾?nèi)存存取(DMA)引擎和一個32位數(shù)字協(xié)同處理器，以達(dá)到最高的文件操作效率。它還在單一芯片中集成了64kB e-Flash和4kB內(nèi)部數(shù)據(jù)SRAM。Vinculum家族鎖定嵌入式USB控制器市場，這類產(chǎn)品僅需少量外部支持元件。Vinculum家族核心的主要特點之一，是其程序代碼長度明顯短于一般微控制器實現(xiàn)該功能所需代碼的長度。這樣，減少核心程序代碼的資源后，便可讓更多功能代碼保存芯片內(nèi)部的e-Flash內(nèi)存中。VNC1L還能處理整個USB協(xié)議并內(nèi)建了12MHz到48MHz時鐘。這些特性與PIC嵌入式系統(tǒng)形成互補(bǔ)。在如圖所示的電路中，VNC1L連接小型PIC16F688微控制器及USB Type“A”連接器，這樣系統(tǒng)便可以連接USB閃存盤。

PIC16F688為系統(tǒng)控制器，通用I/O引腳(9、10、11引腳上的RC1、RC0、RA2)獲得傳感器或其它來源的數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)格式進(jìn)行轉(zhuǎn)換，將串流格式數(shù)據(jù)寫入USB閃存盤的文件中。指令與數(shù)據(jù)系通過TXD(6引腳)傳送至VNC1L RXD(32引腳)。VNC1L可處理FAT 12/16/32文件系統(tǒng)和儲存在USB閃存盤的數(shù)據(jù)。VNC1L通過28引腳的USB2DP和29號引腳的USB2DM與USB閃存盤進(jìn)行通訊。通過相同的引腳，能從USB閃存盤存取數(shù)據(jù)，并從VNC1L TXD(31引腳)傳送到PIC的RXD(5引腳)，以供PIC程序使用。

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圖：USB閃存盤驅(qū)動器與PIC微控制器的接口電路。

PIC16F688內(nèi)的程序控制整個系統(tǒng)。此外，由PIC16F688發(fā)出的指令控制其與VNC1L之間的傳輸操作。VNC1L的標(biāo)準(zhǔn)程序會解讀并執(zhí)行來自PIC16F688的指令。以上只是系統(tǒng)的簡單介紹，若欲完成整個設(shè)計還需要更多的資源，而這些組件尚須電源、控制時鐘的石英晶體以及程序設(shè)計。

利用PIC中第2引腳與第3引腳的20MHz晶體能讓UART接口能達(dá)到比115,200bps更高的的波特率，而使用內(nèi)部8MHz振蕩器最高僅能達(dá)到9,600bps，因此該設(shè)計能提升系統(tǒng)效率。PIC程序把RC2與RC3 I/O引腳模擬成RTS/CTS來與VNC1L的UART接口進(jìn)行連接。

該系統(tǒng)需要額定5V/250mA電源，其中對USB"A"連接器提供200mA電流，并為VNC1L提供25mA電流，另外25mA電流則供給PIC16F688。VNC1L所要求的3.3V電壓由3.3V LDO穩(wěn)壓器提供。它具有兼容5伏的I/O口，能使其連接至PIC，而不需電位切換器。

針對低功耗應(yīng)用，VNC1L在不使用時能切換至2mA休眠模式。如欲喚醒VNC1，可通過UART接口的響鈴偵測(RI)引腳(38號引腳)實現(xiàn)，若它們已連接至RXD線路，則可通過連續(xù)的偽指令來喚醒。

此設(shè)計同樣包含一個雙色狀態(tài)LED指示燈，由16與18引腳供電。當(dāng)成功登錄USB閃存盤及存取文件系統(tǒng)時，系統(tǒng)便給出顯示。

VNC1L與PIC程序開發(fā)

VNC1L內(nèi)部固化有標(biāo)準(zhǔn)的程序，名為VDAP。該程序能解讀從PIC傳來的指令。這些指令類似DOS指令，如DIR、RD、以及WR等，指令集亦支持單一字節(jié)的hex指令，更適合由微處理器進(jìn)行控制。位于PIC程序中的VDAP指令可用來控制USB閃存盤的存取操作。典型的指令順序為建立文件、讀/寫數(shù)據(jù)至文件、關(guān)閉文件。

該設(shè)計包含兩個燒錄程序的接頭，各個接頭分別支持器件所需要的開發(fā)環(huán)境。在產(chǎn)品設(shè)計環(huán)境中，每個器件可以在被焊在印刷電路板前被預(yù)先燒錄，因此不需接頭與連接器。

在正常運作模式中，J1與J2應(yīng)接上，其它連接器應(yīng)為開路狀態(tài)。VNC1L在燒錄時需移除J1與J2的連接器，以隔離VNC1L UART的輸入端和PIC輸出端，然后切斷5伏特電源，將TTL-232R-3V3線連接至H2。通過已安裝的VPROG程序工具，把線路的USB端連接到PC，之后接上J4連接器，將VNCL1A的PROG#引角拉低，讓J3暫時短路以重設(shè)器件，并切換至燒錄模式。完成燒錄后，應(yīng)將連接器設(shè)定操作模式。

英商飛特帝亞有限公司(FTDI)在網(wǎng)站上(http://www.vinculum.com/projects/SampleCsource.zip)提供關(guān)閉文件后，USB閃存盤便可移除。