SPCE061A单片机在USB通讯中的应用

2007-03-09 19:03:27来源: 互联网
USB(Universal Serial Bus)是通用串行总线。最初USB是由Compaq、Digital、IBM、Intel、Microsoft、NEC以及Northern Telecom(北方电信公司)七家公司共同开发的一种新的外设连接技术。诸家公司联合提出这一新型总线,是为了解决PC机外围设备的拥挤和提高设备的传输速度。目前普遍采用的USB1.1主要应用在中低速外部设备上,它提供的传输速度有低速1.5Mbps和全速 12Mbps两种。扣除用于总线状态、控制和错误监测等的数据传输,USB的最大理论传输速率仍达1.2Mb/s或9.6Mb/s,远高于一般的串行总线接口。现有的USB外设有:数字照相机、音箱、游戏杆、调制解调器、键盘、鼠标、扫描仪、打印机、光驱、软驱等。1998年后随着微软在Windows98中内置了对USB接口的支持模块,加上 USB设备的日渐增多,USB逐步走进了实用阶段、以惊人的速度发展。 由于现在市面上新出一款单片机SPCE061A,它非常有特色。本文主要介绍,利用SPCE061A和USB接口芯片PDIUSBD12来开发USB设备。SPCE061A单片机由台湾凌阳公司制造,SPCE061A单片机款式新颖,而且性价比极高。 SPCE061A在2.6V"3.6V工作电压范围内的工作速度范围为0.32MHz"49.152MHz;2K字SRAM和32K字FLASH仅占一页存储空间;32位可编程的多功能I/O端口;两个16位定时器/计数器;低电压复位/监测功能;8通道10位模/数转换输入功能并具有内置自动增益控制功能的麦克风输入方式;双通道10位DAC方式的音频输出功能;指令系统提供具有较高运算速度的16位%26;#215;16位的乘法运算指令和内积运算指令,为其应用增添了DSP功能.....。较高的处理速度使SPCE061A能够非常容易地、快速地处理复杂的数字信号。开发数字声音和语音识别产品,选择SPCE061A是一种最经济的选择。 本文所设计的USB设备系统的功能比较简单,它主要实现SPCE061A与PC机之间的简单通讯,是SPCE061A单片机的一种基本应用。这篇文章的主要目的是希望能够给读者起抛砖引玉的作用,开发者可以在这个基础上修改程序,轻松实现USB设备系统开发。本文所设计的系统具有三种简单功能:1.检测USB外设是否连接成功。 2.通过点击PC端的应用软件上的按钮,可以点亮或熄灭与SPCE061A单片机IO口相连的LED灯。3.应用软件发送任意字符串到SPCE061A,SPCE061A接受、回送字符串,应用软件接受到字符串时,能够将它显示出来。 4.1系统组成 本USB通讯系统,主要由凌阳十六位单片机SPCE061A,Philips公司的USB接口芯片PDIUSBD12组成,系统框图如图3.10所示。 这个系统的基本工作流程为:PC端应用软件,发送ID0(为了使主机和设备方能同步,该系统定义了三个握手ID:ID0,ID1,ID2。)给PDIUSBD12,PDIUSBD12接收数据,产生中断通知SPCE061A单片机读取数据。SPCE061A如果读取的数据为ID0,那么发送ID0给PDIUSBD12;PC机端应用软件发送完数据后,读取外设发送的数据,如果读到的数据为ID0,那么弹出一个提示框,提示USB外设连接成功。此后PC机端的应用软件和USB外设之间的通讯都是通过ID来进行的。 4.2硬件设计 系统电路原理图如图3.11所示。其中PDIUSBD12用作实现PC机与SPCE061A单片机进行通信的高速通用并行接口。USB协议层的相关通讯协议通过PDIUSBD12来实现,它由硬件实现不需要固件的参与。SPCE061A单片机的主要作用:1.windows系统配置、枚举USB外设时,SPCE061A发送、接收相关的USB设备信息。2. windows系统配置、枚举USB外设成功后,根据接收到的ID,进行相应的操作,起控制作用。 SPCE061A内嵌32K的FLASH的存储空间、14个中断源,它在2.6"3.6V的工作电压范围内的工作速率范围为0.32MHz~49MHz,这使得它有较高的速率和存储空间来应付USB通讯。单片机SPCE061A与PDIUSBD12之间通讯采用中断方式,数据交换主要是靠SPCE061A单片机给PDIUSBD12发命令和数据来实现的。 PDIUSBD12通过这种方式来识别命令和数据:在ALE信号的下降沿时锁定地址,如果是奇地址,那么它接收的是命令;如果是偶地址,那么它发送或接收的是数据。PDIUSBD12的中断寄存器只要不为0,它的中断输出引脚(INT_N)就保持低电平,所以系统初始化时可将SPCE061A单片机的外部中断(下降沿触发)引脚IOB2设置为带上拉电阻输入。当PDIUSBD12的中断寄存器由零变为非零时,马上触发SPCE061A的外部中断,SPCE061A单片机在中断处理时,读取PDIUSBD12芯片的状态寄存器以清除中断寄存器中对应位,使得中断引脚变为高电平。这样使得SPCE061A可以在退出中断后,可随时响应外部中断。 图3.11中的LED1灯非常有用,它是PDIUSBD12的GOODLINK指示灯,在系统枚举时会根据通信的状况间歇闪烁,当PDIUSBD12被枚举和配置成功后,将一直点亮。随后在USB通信时会闪烁,这对调试非常有用。 4.3软件设计 USB设备的软件设计主要包括两部分:一、USB设备端的单片机软件,主要完成USB协议处理与数据交换。二、PC端的程序,由USB驱动程序和用户服务程序两部分组成,用户服务程序通过USB驱动程序通信,由系统完成USB协议的处理与数据传输。 该系统单片机端的软件流程如图3.12所示。SPCE061A单片机控制程序由三部分组成:第一、初始化SPCE061A和PDIUSBD12。 第二、主循环部分,主要任务是判断标志位是否改变,如果改变则执行相应的程序,否则一直循环等待中断。第三、中断服务程序,主要任务是接收、发送数据,设置相应的标志位。主机首先要发令牌包给PDIUSBD12,PDIUSBD12接收到令牌包后就给单片机发中断,单片机进入中断服务程序,首先读PDIUSBD12的中断寄存器,判断 USB令牌包的类型,然后执行相应的操作。因此,单片机程序主要就是中断服务程序的编写。在 USB单片机程序中要完成对各种令牌包的响应,其中比较难处理的是SETUP包,主要是端点0的编程。 系统初始化部分包括系统时钟,IO口,中断设置(开外部中断),PDIUSBD12芯片软件复位、初始化。该主流程的核心部分是协议层的请求处理,它关系到PC机枚举USB外设成功与否。所以在调试单片机程序的时候,要特别注意Window对USB设备的枚举顺序。如果枚举成功,主机将找到新的设备,提示安装驱动程序;否则找到未知设备,USB外设不可用。 中断服务子程序的编写,采用混合编程,也就是说,在汇编程序中调用C函数,这样可以提高代码的可读性。中断服务子程序的流程如图3.13所示,有好几个地方,只做清中断处理,这是因为有些端点没有用到。它只作为一个程序接口,为扩展系统功能用。 目前编写主机的USB驱动程序主要采用三种方法。第一,使用Windows DDK来编写驱动程序,难度很大,但是非常灵活;第二,使用DriverStudio开发工具来生成驱动程序;第三,使用Windriver开发工具来生成驱动程序。用后面两种方法来开发驱动程序的周期短,但是不灵活。本系统的驱动程序采用DDK编写,用户服务程序能够通过驱动程序与PDIUSBD12芯片中任意端点通讯,因此编写用户服务程序也是非常灵活的。 4.4总结 通常在开发USB设备产品,需要编写实时性、程序可读性要求很高的代码,这时就需要采用混合编程。而凌阳的m’nSP%26;#8482; IDE具有良好的编程环境,它可以很轻松、很容易进行混合编程(在C程序中调用汇编程序,在汇编程序中调用C程序)。 在该系统中,只用到了SPCE061A单片机的外部中断、IO口资源。其实SPCE061A单片机的资源很丰富,它除了具有普通单片机功能以外,还具有语音识别、语音录放等功能。因此这个系统只是一个雏形,SPCE061A还能够实现比较复杂的功能,比如使用SPCE061A的录音功能进行录音并将语音数据存储到外扩的FLASH,然后通过USB通讯,将语音数据送到PC机上播放,同样也可以将PC机上压缩后的语音文件下载到SPCE061A上进行播放。这样可以很容易使用SPCE061A可以开发录音笔、电话记录仪等USB设备。因此利用SPCE061A开发USB设备产品的前景是非常广阔的。
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