(完整版)AT89C51单片机USB接口驱动和应用程序的开发毕业论文.pdf

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包含的数据允许具有设备指定的格式。USB要求任何在通道上传送的数据均被打包,数据的解释工作由客户层软件和应用层软件负责。USB协议中规定了四种不同的数据传送类型,每种传送类型在以下的几个传送特征上会有不同:●USB规定的数据格式;●信息流的方向;●数据净荷区的长度限制;:..总线访问的限制;●延时的限制;●出错处理。USB设备的设计者可以决定设备上每个端点的能力。一旦为这个端点建立了一个通道,这个通道的绝大多数传送特征也就固定下来了,一直到这个通道被取消为止。USB定义了4种传送类型:(1)控制传送控制传输属于突发式、非周期性的,由主机软件发起的请求或响应的通信,它用于支持在客户软件和功能设备之间的关于设置信息、命令信息、状态信息的传送。控制传送一般由三个阶段组成:首先是设置阶段,通过(SetupStage)包建立联系,把请求信息从主机传到它的应用设备;接下来是数据阶段(DataStage),零个或多个数据传送事物按照Setup包中指明的方向传送数据;最后是状态信息的回传,应用设备将状态信息传到主机。控制传送使用的是消息通道上双向信息流。所以,一旦一个控制通道被确认之后,这个通道就使用了具有某个端点号的两个端点,一个输入,一个输出。(2)同步传送USB要求等时传送能提供以下几点:固定的延迟下,确保对USB带宽的访问;只要数据能提供得上,就能保证通道上的恒定数据传送速度;由于错误而造成的传送失败时,并不重传数据。只有高速设备可以使用等时传送。USB设备要求一个帧内不能有超过90%的时间用于等时传送或中断传送(因为吗,每帧都得保留10%的时间用于控制传送)。等时传送不支持因总线错误而进行的重传。接收器可以判断是否发生了一个错误。一般情况下,可以由握手信号来通知发送者包是否被成功的接收。对于等时传送来说,定时比正确性和重传更重要。考虑到总线的错误率较:..内错过了一些数据,而且知道丢失了多少数据。(3)中断传送中断传送是低频率、固定延迟的通信。中断传送适用于那些请求传输的频率不高,但是必须在指定时间内完成传输的数据。一般的应用包括USB的键盘、鼠标、游戏杆和集线器的状态报告。中断传输需要快速地向主机报告当前的状态,这是由设备的属性和使用的场合所决定的。要在USB上进行中断传送,必须在每个周期对端口进行访问。主机无法知道一个端口何时准备好一个中断传送,除非它访问这个端点,并同时请求一个中断传送,等待回答。如果端口无数据需要中断传送,就请求其回送一个NAK信号。如果端口传送数据时会有中断情况发生,一定要用中断传送,以防中断产生时,客户软件误以为IRP结束。长度为0的数据净荷区的传送是合法的,而且对某些实现是很有用的。低速、全速和高速设备都支持中断传送。中断传送支持像游戏手柄,鼠标和键盘等输入设备,这些设备与主机间数据传输量小,无周期性,但对响应时间敏感,要求马上响应。(4)批量传送批量传送支持在不确定时间进行的相当大量的数据通信,它可以利用任何可获得的带宽,批量传送有以下特点:●可以获得带宽访问总线;●如果总线出现错误,传送失败,可进行重发;●可以保证数据必能被发送,但不能保证带宽和延迟;只有当可获得带宽时,批量传送才会发生。如果USB有较多的空闲带宽0则批量传送发生地相对频繁,如果空闲带宽较少,则可能有很长时间没有批量传送发生。通常打印机、扫描仪和数字相机以这种方式与主机联接。:..6个,分别是连接(Attached)、加电(Powered)、缺省(Default)、地址(Address)、配置(Configured)和挂起(Suspended),下面将分别对各个状态的具体含义进行介绍:(1)连接状态连接状态又称接入状态,表示设备刚接入集线器的某下游接口上,如果此集线器是配置好的,集线器会通过中断传输通知给运行于主机端的集线器驱动程序,设备进入加电状态;否则设备将停留在接入状态。(2)加电状态设备接入总线后带电时的状态称为加电状态。通过总线的端口获得电源的模式称为总线供电模式(Bus-powered)。设备对电源支持能力是通过配置描述符(ConfigurationDescriptor)反映的。一个设备可以既支持自供电模式,又支持总线供电模式。自供电的接口功能和总线供电的接口功能是有区别的。当设备处于加电状态后,集线器发出一个复位命令,激活连接端口,使连接的设备可以与主机进行通信,这时设备进入缺省状态。(3)缺省状态缺省状态表示设备使用总线的缺省地址与USB主机进行通信时的状态。设备在加电以后,端口在收到复位信号之前不应响应总线的任何传输,因为它还没有地址。等到复位完成后,此设备获得了肚子使用总线缺省地址0的权力,所以此状态为缺省状态。总线的缺省地址0是被总线上所有设备共享的,每一个时刻只能有一个设备处于缺省状态,这种按次序占用总线缺省地址的功能一般由集线器驱动程序实现。通过缺省地址,主机可以识别这个新接入的设备,并通过设备的默认:..获得它的设备描述符(通过Get_Descriptor命令),并为设备设置一个唯一的设备地址(通过Set_Address命令)当设备的唯一地址被成功设置后,设备将进入地址状态。(4)地址状态地址状态表示设备获得一个唯一的设备地址。从此之后,主机将通过此地址识别这个设备。当USB设备处于挂起状态时,它仍然保持这个地址不变。进入地址状态时,为了使设备正常工作,USB主机会对此设备进行进一步的配置,包括获得设备的描述符、各种配置符以及每种配置描述符下的接口描述符和端点描述符等。这些工作完成后设备将进入配置完成状态(简称配置状态)。(5)配置状态配置状态表示主机激活了设备的某个配置,从此设备将在此配置下工作。在USB设备正常工作以前,设备必须被正确配置。从设备的角度来看,它必须保存主机为它配置的当前活动的配置信息。需要注意的是,即使是在IO设备已经处于设置的状态,主机仍然可以发送控制请求。实际上如果设备有多个配置,主机可以发送一个Set_Configuration请求来指配置使IO设备返回到它的地址状态,暂停设备传输活动。(6)挂起状态如果一个IO设备检测到总线没有活动的时间达到3ms,它就要转移到低功耗的挂起状态,。这时,USB设备保持当前的内部状态,包括它的设备地址及配置值信息等。总线没有活动的时间达到3ms,表明主机已经停止发送SOF包。这时:..设备保持加电状态。在挂起状态下,总线上的任何活动将导致IO设备从挂起状态返回,进入活动状态。IO设备也可以使PC主机走出睡眠状态,这种能力称为REMOTE_WAKEUP。只有在这种情况下,才可以由IO设备启动一个信号。例如,若IO设备是一部电话,电话铃响,它就要唤醒主机。这种能力必须在设备配置描述符中预先做出说明,使主机对这样的事件有所准备。IO设备要先驱动一个远程唤醒信号向它的本地集线器报警,集线器再把这个信号传到根集线器,唤醒主机。总线活动挂起可能是因为主机本身进入了挂起状态。另外,USB设备必须在所连接的集线器端口失效时进入挂起状态,这就是所谓的选择性挂起(SelectiveSuspend)。当USB设备接上或USB设备移开的时候,主机启动一个被称作总线枚举(busenumeration)的进程,来标识并管理设备状态的改变,当USB设备接上一个加电端口时,系统将采取以下操作:。此时,USB设备处于加电状态,它所连接的端口是无效的。。,它至少等待100ms以使得插入操作的完成以及设备电源稳定工作。然后主机发出端口使能及复位命令给那个端口。。当复位信号撤消后,端口已经有效了。这时USB设备处于缺省状态,并且可从VBUS汲取小于:..所有设备寄存器及状态己经被复位,设备可对缺省地址产生响应。,设备转向地址状态(AddressState)。,它的缺省控制通道(DefaultControlPipe)在缺省地址处自然是可寻址的,主机通过读取设备描述表,判决设备缺省通道的地址。7、设备驱动程序开始收集关于设备的信息,包括接口和端点。如果设备有多个配置,驱动程序通常也要全部读出。8、当设备已被配置好并且可以运行时,它将进入配置状态。章USB数据采集系统的硬件设计系统的模拟开关、AD转换器均采用传统的设计方法。本章主要介绍USB接口的设计。:第一种方案是选用设计成标准USB控制器的低层芯片,例如Cypress公司的CY7C63XXX系列,这类芯片是完全按照USB协议设计的,但由于其结构不同于其它常用控制芯片,开发者需要较长的学****时间,不利于快速开始一个项目;另一种方案是采用具备USB通信功能的单片机,例如IntelCypress的8X931、Cypress的EZ-USB,这些单片机采用开发者熟悉的结构和指令集,处理能力强,构成系统的电路简单,调试方便,是目前常用的一种方案。但由于具备了USB接口,与过去的开发系统通常不兼容,需要购买新的开发系统,投资较高;:..的PDIUSBD1112、National半导体公司的USBN960X、南京沁恒电子有限公司的CH372等,它可用一般的单片机开发系统进行开发,不需购买新系统,而且USB芯片本身价格较便宜,所以这种接口方案成本很低。另外由于采用一般单片机,熟悉单片机的开发人员可以很快的开始一个项目。其缺点是需要两个芯片,电路设计和调试比较复杂,接口性能由于开发者的因素差异较大。根据本系统的设计要求和实际情况,在设计中选择了第三种方案。。在本地端,CH372具有8位数据总线和读、写、片选控制线以及中断输出,可以方便地挂接到单片机DSPMCUMPU等控制器的系统总线上;在计算机系统中,CH372的配套软件提供了简洁易用的操作接口,与本地端的单片机通讯就如同读写文件。CH372的主要特点包括以下方面:全速USB设备接口,,即插即用,外围元器件只需要晶体和电容。(2)提供一对主端点和一对辅助端点,支持控制传输、批量传输、中断传输。(3)具有省事的内置固件模式和灵活的外部固件模式。(4)内置固件模式下屏蔽了相关的USB协议,自动完成标准的USB枚举配置过程,完全不需要本地端控制器作任何处理,简化了单片机的固件编程。(5)通用Windows驱动程序提供设备级接口,通过DLL提供API应用层接口。(6)产品制造商可以自定义厂商标识(VendorID)和产品标识(ProductID)。(7)通用的本地8位数据总线,4线控制:读选通、写选通、片选输:..主端点上传下传缓冲区各64字节,辅助端点上传下传缓冲区各8字节。(9),支持低功耗模式。表3-1CH372引脚CH372用到的命令如下表3-2所示:表3-2CH372的命令:..3-3。表3-3操作状态命令GET_IC_VER:该命令获取芯片及固件版本。返回的一个字节数据是版本号,其位7为1,位6为0,位5~位0为版本号。如果返回值为0B7H,去掉位7的1,实际版本号为37H。命令ENTER_SLEEP:该命令使CH372芯片进入低功耗睡眠挂起状态(部分型号的芯片不支持该功能)。进入低功耗状态后,CH372芯片的时钟停振,从而节约电能,直到检测到以下两种情况之一才退出低功耗状态:一:..总线有信号;二是单片机向CH372芯片写入新的命令(没有输入数据的命令,例如GET_IC_VER命令)。通常情况下,CH372芯片从低功耗状态退出并恢复到