USB通訊應用管理論文

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usb(UniversalSerialBus)是通用串行總線。最初USB是由Compaq、Digital、IBM、Intel、Microsoft、NEC以及NorthernTelecom(北方電信公司)七家公司共同開發的一種新的外設連接技術。諸家公司聯合提出這一新型總線，是為了解決PC機外圍設備的擁擠和提高設備的傳輸速度。目前普遍采用的USB1．1主要應用在中低速外部設備上，它提供的傳輸速度有低速1．5Mbps和全速12Mbps兩種。扣除用于總線狀態、控制和錯誤監測等的數據傳輸，USB的最大理論傳輸速率仍達1.2Mb/s或9.6Mb/s，遠高于一般的串行總線接口。現有的USB外設有：數字照相機、音箱、游戲桿、調制解調器、鍵盤、鼠標、掃描儀、打印機、光驅、軟驅等。1998年后隨著微軟在Windows98中內置了對USB接口的支持模塊，加上USB設備的日漸增多，USB逐步走進了實用階段、以驚人的速度發展。

由于現在市面上新出一款單片機SPCE061A，它非常有特色。本文主要介紹，利用SPCE061A和USB接口芯片PDIUSBD12來開發USB設備。SPCE061A單片機由臺灣凌陽公司制造，SPCE061A單片機款式新穎，而且性價比極高。SPCE061A在2.6V~3.6V工作電壓范圍內的工作速度范圍為0.32MHz~49.152MHz；2K字SRAM和32K字FLASH僅占一頁存儲空間；32位可編程的多功能I/O端口；兩個16位定時器/計數器；低電壓復位/監測功能；8通道10位模/數轉換輸入功能并具有內置自動增益控制功能的麥克風輸入方式；雙通道10位DAC方式的音頻輸出功能；指令系統提供具有較高運算速度的16位×16位的乘法運算指令和內積運算指令，為其應用增添了DSP功能.....。較高的處理速度使SPCE061A能夠非常容易地、快速地處理復雜的數字信號。開發數字聲音和語音識別產品，選擇SPCE061A是一種最經濟的選擇。

本文所設計的USB設備系統的功能比較簡單，它主要實現SPCE061A與PC機之間的簡單通訊，是SPCE061A單片機的一種基本應用。這篇文章的主要目的是希望能夠給讀者起拋磚引玉的作用,開發者可以在這個基礎上修改程序，輕松實現USB設備系統開發。本文所設計的系統具有三種簡單功能：1.檢測USB外設是否連接成功。2.通過點擊PC端的應用軟件上的按鈕，可以點亮或熄滅與SPCE061A單片機IO口相連的LED燈。3.應用軟件發送任意字符串到SPCE061A，SPCE061A接受、回送字符串，應用軟件接受到字符串時，能夠將它顯示出來。

4.1系統組成

本USB通訊系統，主要由凌陽十六位單片機SPCE061A，Philips公司的USB接口芯片PDIUSBD12組成，系統框圖如圖3.10所示。

這個系統的基本工作流程為：PC端應用軟件，發送ID0（為了使主機和設備方能同步，該系統定義了三個握手ID：ID0,ID1,ID2。）給PDIUSBD12，PDIUSBD12接收數據，產生中斷通知SPCE061A單片機讀取數據。SPCE061A如果讀取的數據為ID0，那么發送ID0給PDIUSBD12；PC機端應用軟件發送完數據后，讀取外設發送的數據，如果讀到的數據為ID0,那么彈出一個提示框，提示USB外設連接成功。此后PC機端的應用軟件和USB外設之間的通訊都是通過ID來進行的。

4.2硬件設計

系統電路原理圖如圖3.11所示。其中PDIUSBD12用作實現PC機與SPCE061A單片機進行通信的高速通用并行接口。USB協議層的相關通訊協議通過PDIUSBD12來實現，它由硬件實現不需要固件的參與。SPCE061A單片機的主要作用：1.windows系統配置、枚舉USB外設時，SPCE061A發送、接收相關的USB設備信息。2.windows系統配置、枚舉USB外設成功后，根據接收到的ID,進行相應的操作，起控制作用。

SPCE061A內嵌32K的FLASH的存儲空間、14個中斷源,它在2.6~3.6V的工作電壓范圍內的工作速率范圍為0.32MHz～49MHz，這使得它有較高的速率和存儲空間來應付USB通訊。單片機SPCE061A與PDIUSBD12之間通訊采用中斷方式，數據交換主要是靠SPCE061A單片機給PDIUSBD12發命令和數據來實現的。

PDIUSBD12通過這種方式來識別命令和數據：在ALE信號的下降沿時鎖定地址，如果是奇地址，那么它接收的是命令；如果是偶地址，那么它發送或接收的是數據。PDIUSBD12的中斷寄存器只要不為0,它的中斷輸出引腳（INT_N）就保持低電平，所以系統初始化時可將SPCE061A單片機的外部中斷（下降沿觸發）引腳IOB2設置為帶上拉電阻輸入。當PDIUSBD12的中斷寄存器由零變為非零時，馬上觸發SPCE061A的外部中斷，SPCE061A單片機在中斷處理時，讀取PDIUSBD12芯片的狀態寄存器以清除中斷寄存器中對應位，使得中斷引腳變為高電平。這樣使得SPCE061A可以在退出中斷后，可隨時響應外部中斷。

圖3.11中的LED1燈非常有用，它是PDIUSBD12的GOODLINK指示燈，在系統枚舉時會根據通信的狀況間歇閃爍，當PDIUSBD12被枚舉和配置成功后，將一直點亮。隨后在USB通信時會閃爍，這對調試非常有用。

4.3軟件設計

USB設備的軟件設計主要包括兩部分：一、USB設備端的單片機軟件，主要完成USB協議處理與數據交換。二、PC端的程序，由USB驅動程序和用戶服務程序兩部分組成，用戶服務程序通過USB驅動程序通信，由系統完成USB協議的處理與數據傳輸。

該系統單片機端的軟件流程如圖3.12所示。SPCE061A單片機控制程序由三部分組成：第一、初始化SPCE061A和PDIUSBD12。第二、主循環部分，主要任務是判斷標志位是否改變，如果改變則執行相應的程序，否則一直循環等待中斷。第三、中斷服務程序，主要任務是接收、發送數據，設置相應的標志位。主機首先要發令牌包給PDIUSBD12，PDIUSBD12接收到令牌包后就給單片機發中斷，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，然后執行相應的操作。因此，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，主要是端點0的編程。

系統初始化部分包括系統時鐘，IO口，中斷設置（開外部中斷），PDIUSBD12芯片軟件復位、初始化。該主流程的核心部分是協議層的請求處理，它關系到PC機枚舉USB外設成功與否。所以在調試單片機程序的時候，要特別注意Window對USB設備的枚舉順序。如果枚舉成功，主機將找到新的設備，提示安裝驅動程序；否則找到未知設備，USB外設不可用。

中斷服務子程序的編寫，采用混合編程，也就是說，在匯編程序中調用C函數，這樣可以提高代碼的可讀性。中斷服務子程序的流程如圖3.13所示，有好幾個地方，只做清中斷處理，這是因為有些端點沒有用到。它只作為一個程序接口，為擴展系統功能用。

目前編寫主機的USB驅動程序主要采用三種方法。第一，使用WindowsDDK來編寫驅動程序，難度很大，但是非常靈活；第二，使用DriverStudio開發工具來生成驅動程序；第三，使用Windriver開發工具來生成驅動程序。用后面兩種方法來開發驅動程序的周期短，但是不靈活。本系統的驅動程序采用DDK編寫，用戶服務程序能夠通過驅動程序與PDIUSBD12芯片中任意端點通訊，因此編寫用戶服務程序也是非常靈活的。

4.4總結

通常在開發USB設備產品，需要編寫實時性、程序可讀性要求很高的代碼，這時就需要采用混合編程。而凌陽的m’nSP™IDE具有良好的編程環境，它可以很輕松、很容易進行混合編程（在C程序中調用匯編程序，在匯編程序中調用C程序）。

在該系統中，只用到了SPCE061A單片機的外部中斷、IO口資源。其實SPCE061A單片機的資源很豐富，它除了具有普通單片機功能以外，還具有語音識別、語音錄放等功能。因此這個系統只是一個雛形，SPCE061A還能夠實現比較復雜的功能，比如使用SPCE061A的錄音功能進行錄音并將語音數據存儲到外擴的FLASH，然后通過USB通訊，將語音數據送到PC機上播放，同樣也可以將PC機上壓縮后的語音文件下載到SPCE061A上進行播放。這樣可以很容易使用SPCE061A可以開發錄音筆、電話記錄儀等USB設備。因此利用SPCE061A開發USB設備產品的前景是非常廣闊的。