本文格式為Word版，下載可任意編輯——展開連結用新的ＵＳＢ微控制器來實行ＵＳＢ嵌入式解決方案

在過去的幾年間，通用串行總線（USB）已經讓連接個人計算機與計算機外設變得越來越輕易，它以低本金、易于采用與穩(wěn)定的接口來傳輸數(shù)據(jù)，已經成為多種產業(yè)都可采納的方式，宛如UART與RS-232通信協(xié)議在20世紀末期主宰著嵌入式系統(tǒng)的串行數(shù)據(jù)接口一樣，USB無疑地已經是21世紀的嵌入式系統(tǒng)的標準串行接口。

相較于RS-232，負責實行的工程師在想要實行USB接口時，仍在這個過渡時期需要額外的專業(yè)學識與需求而面臨著一些阻力，大量嵌入式系統(tǒng)工程師對位、定時器、端口輸入／輸出（I/O）與模擬到數(shù)字轉換器（ADC）都相當熟諳，但對DLL、元器件規(guī)格、Windows驅動程序，以及對遵守USB.org的注冊授權與互通性準那么都面臨著一些困擾。

SiliconLaboratories針對要達成完整的“元器件到產品”目標所面臨的這些挑戰(zhàn)，將實行USB接口加以簡化，以便讓工程師能夠專注在嵌入式系統(tǒng)的設計工作上，通過結合了廣范圍的具備USB功能的微操縱器，以及適合的硬件與軟件開發(fā)工具，搭配參考設計、應用注記與軟件模板，SiliconLaboratories供給工程師在舉行開發(fā)快速設計創(chuàng)新、高度整合產品時所需的一切。

高度集成的USB微操縱器概述

C8051F34x是SiliconLaboratories最新推出可供給USB功能的混合信號微操縱器的高度集成產品系列，它包含了高速管線的8051兼容微操縱器核心，可以高達48MIPS的速率運作，高達64kB的芯片內建閃存與5376字節(jié)的RAM，70%的指令可以在一個或兩個機器周期中執(zhí)行，可以獲得同等級中最正確的CPU傳輸率，集成的外部存儲器接口可以供給除了芯片內RAM之外的額外資料存儲，供給了結合外圍更具效率的模式，核心包括了為系統(tǒng)開發(fā)供給了一個芯片內、全速的、非侵入式調試器，不需本金振奮的仿真器或標頭配接器，芯片內的電壓調理器允許微操縱器直接從USB端口或從獨立的電源供給器取得電源，有效的運作電壓范圍從2.7V～5.25V，可以適用于廣泛多樣的應用領域。

USB功能操縱器具有完整的USB2.0認證，支持全速與低速操作并包含一個操縱端點、6個具彈性的端點管線，與一個整合式收發(fā)器及1kB的FIFOXRAM。內部的電壓調理器可讓微操縱器從總線取得電源，而不需外部元器件所產生的額外本金與負擔，內部精準校正的12MHz振蕩器與4倍時鐘倍加器(Multiplier)都可以支持全體的USB時序需求，此外也供給一個內部的低頻振蕩器，可以動態(tài)地選擇做為主要的時鐘來源，以在USB待機模式下進一步地節(jié)省電源。

模擬外圍包含一個真正10位200ksps差分或是具有模擬多任務器的單端ADC，可以支持高達17個外部差分模擬輸入，芯片內的參考電壓消釋了對獨立外部參考電壓的需求，而且內建一個溫度傳感器，精準度達成±3℃，也包含了兩個異步電壓對比器，可以同時支持可編程響應時間與磁滯。

數(shù)字外圍包含一個SMBus、兩個UART與一個鞏固型SPI模塊。時序功能可以通過4個通用型16位定時器或一個5個通道的可編程計數(shù)器／定時器數(shù)組（PCA）模塊來達成。在此有5個全功能端口可以供給40個可操縱的I/O線路，全部都具有5V的容差。系統(tǒng)的穩(wěn)當性特色包括一個看門狗定時器、整合式啟動重置、一個供給電源監(jiān)視器與一個遺失時鐘偵測器。

C8051F340真正地供給單芯片系統(tǒng)的集成，裁減了不需要的本金與增加外部元器件所產生的相關問題。

USB串行接口引擎（SIE）

具備USB功能的微操縱器的最重要特色是具有SIE。C8051F340相較于其它供貨商具有其獨一無二的特色，由于它的架構相當健全，并可完全地通過SIE來實行。C8051F340的SIE完全通過了USB2.0認證，具備全速（12Mbps）或低速（1.5Mbps）功能，并包括一個集成式收發(fā)器與端點FIFOXRAM。接口架構由一個操縱端點（端點0）與由3個成對的輸入／輸出端點（端點1到端點3）所組成的6個彈性化端點所構成，端點1到端點3支持大量、可中斷與同步傳輸形式，在3個端點管線的任一個傳輸方向都有最大的傳輸效率。一個1kB的RAM區(qū)塊被用于做為USB的FIFO空間，并在各個端點之間舉行分布。端點1～3的FIFO端口可以被配置為輸入、輸出或同時做為輸入與輸出，這也被稱為“分開模式”(Splitmode)。每個獨立端點的最大FIFO大小為512字節(jié)，任何未使用的FIFO內存都可以被用于做為額外的系統(tǒng)內存來使用。全體上述的這些功能與系統(tǒng)彈性在實行嵌入式USB系統(tǒng)時均相當有用。

一個內部的4倍時鐘倍加器與獨立的時鐘恢復電路均可以在全速與低速選項下實行，使用芯片內的精準振蕩器做為USB的時鐘來源，外部振蕩器來源也可以使用4倍時鐘倍加器來產生USB時鐘，CPU時鐘來源可以獨立于USB時鐘，這可以對系統(tǒng)增加額外的彈性，內部時鐘不需要與標準的USB時鐘頻率一致，當在對電源與效能舉行決定或是遇到標準的USB時鐘頻率與核心應用不一致時，將可供給簡易的解決方案。

USB收發(fā)器通過了USB2.0認證，并包括了芯片內阻抗匹配與內部上拉電阻器，上拉電阻器可以在軟件中被啟用或停用，且依據(jù)軟件所選擇的速度設定（全速或低速）將顯示在D+或D-接腳上。

就算是需要USB連接才能的最具挑戰(zhàn)性嵌入式工程，C8051F340也包括了全體要達成目標所需的一切功能，然而，具備了強大的微操縱器僅僅是第一步，強大的硬件與軟件開發(fā)工具的搭配，才是整個工程能否告成最重要的要素。

支持的硬件與軟件開發(fā)工具

全體的SiliconLaboratories的USB微操縱器都具有獨一無二的硬件開發(fā)套件，C8051F340-DK是針對全體不同的C8051F34x產品系列的開發(fā)平臺，這個套件同時包括了硬件目標板，以及做為在個人計算機上執(zhí)行集成式開發(fā)環(huán)境（IDE）與芯片內非侵入式除錯接口之間的橋梁的USB串行接口配接器，一旦使用USB串行接口配接器來連接在目標板上的元器件時，便可以立刻開頭為系統(tǒng)開發(fā)固件。

IDE是由全功能的開發(fā)平臺所構成，全體您在除錯器中預期的功能都包括在SiliconLaboratories的IDE之中。獨立式的緩存器映像圖與內存窗口可讓您檢查您的系統(tǒng)的目前狀態(tài)，單一周期的硬件斷點可讓您暫停MCU，檢查機器運行狀態(tài)。定制化的查看窗口可讓您檢查任何變量的值，甚至是更詳盡的數(shù)據(jù)架構內容，例如指針器(pointers)與數(shù)組。

直覺的使用界面包括一個專業(yè)的文字編輯器與穩(wěn)當?shù)墓芾斫缑妫こ炭梢杂脵n案與工作空間(workspace)兩種方式來舉行管理，IDE可以與業(yè)界公認的8051C語言編譯器如Keil、Raisonance、Tasking、SDCC、Hi-Tech與IAR完全兼容。

此外，SiliconLaboratories還為常用的USB和各種設備供給它的客戶主機與設備的源代碼例子。這些例子包括：大量(Bulk)傳輸、同步(Isochronous)傳輸和中斷(Interrupt)傳輸?shù)阮愋鸵约叭藱C接口設備（HID）、大容量存儲設備（MSD）與USB音頻設備等。這可讓設計師建構他們的系統(tǒng)與標準的主機操作系統(tǒng)之間的接口，而不需要舉行定制化的驅動程序開發(fā)，這種具備隨插即用、不需安裝磁盤的特性，對設計師與終端產品使用者都同樣具有吸引力。USB驅動程序開發(fā)的另一個替代方法是使用USBXpress配置公用程序，這個不需本金的軟件包可以供給最簡樸的免權利金方法來達成“大量的”(Bulk)數(shù)據(jù)傳輸，固件與Windows主機驅動程序都包含在內，這是一個僅需15分鐘便可開箱即用的嵌入式解決方案，可便當?shù)嘏e行快速原型與概念驗證。

包含在支持數(shù)據(jù)中的還有USB“啟動加載器”(boot-loader)的源代碼，這可以供給一個簡易的機制來舉行現(xiàn)場重新編程才能──這是幾乎每個嵌入式系統(tǒng)都會需要的功能。這種可在現(xiàn)場舉行固件升級的才能可以縮短產品的上市時間，延遲產品的生命周期，以及讓嵌入式系統(tǒng)的供貨商可以讓他們從前未能擁有新功能的客戶供給額外的特性。

真實范例：

具備嵌入式數(shù)據(jù)輸入器的大量存儲裝置

想要表示如何將全體的這些系統(tǒng)建構模塊在一起運作，SiliconLaboratories使用C8051F340-DK與一個擴展板（TB5）來建立一個嵌入式數(shù)據(jù)輸入器范例，可以供給CompactFlash（CF）、SD與MMC內存接口，這個USB大量存儲裝置（MSD）的規(guī)格架構是直接用C8051F340來實行，在實行USBMSD時不需額外的個人計算機裝置驅動程序或軟件，大多數(shù)現(xiàn)今的操作系統(tǒng)在板上都有這種等級裝置的標準裝置驅動程序，在任何現(xiàn)代的操作系統(tǒng)上的任何檔案管理器都可以用來存取這個裝置。

整個實行僅需要23%（1031字節(jié)）的RAM資源，以及27%（17382字節(jié)）的可用程序內存，依舊留下大量的資源供嵌入式應用的其它功能來使用，這也可以進一步舉行最正確化，以及針對特定應用的需求來重新定義，更進一步縮減所需的內存空間。

存取檔案系統(tǒng)的內容可以通過兩種方式來達成：個人計算機模式或裝置模式。在個人計算機模式，系統(tǒng)通過USB總線來連接到主個人計算機，主機的操作系統(tǒng)可以通過SCSI命令來管理在存儲卡上的檔案系統(tǒng)，系統(tǒng)兼容于Windows2000、XP、MacOSX與Linux2.4.7。在裝置模式，目標板并未通過USB來連接，但通過在微操縱器上兩個可用UART中的一個來舉行串行連接，在這個模式中，C8051F340是交由檔案系統(tǒng)管理來負責。

在個人計算機模式中，系統(tǒng)的作業(yè)方式是類似于一個通過實體存儲卡連接到TB5來定義USB存儲卡的內存容量，將它連接到個人計算機系統(tǒng)將讓操作系統(tǒng)抓到一個新的磁盤驅動器，通過檔案管理員可用大家熟諳的方式來顯示，操作系統(tǒng)將讓這個磁盤驅動器的作業(yè)方式就像任何在系統(tǒng)中的其它磁盤驅動器一樣，可以欣賞、搜尋、重新命名、拖移與放置，甚至支持在網(wǎng)絡上共享磁盤驅動器，由于它將被操作系統(tǒng)視為與任何其它的磁盤驅動器一樣地對待。

當系統(tǒng)采用裝置模式時，這個參考設計的真正價值才能夠被表達出來，在這個例子中，微操縱器執(zhí)行這些工作并從管理檔案系統(tǒng)獲得效益，留心想想，您的8位嵌入式系統(tǒng)現(xiàn)在也可以存取超過1GB的非易失性數(shù)據(jù)存儲裝置，想要闡述這個特性，一個溫度登記功能也包含在這個固件模板之中，啟動這個功能將可讓微操縱器記錄下它的內部溫度，它是由在C8051F340中的整合式溫度傳感器所回報，并將其寫入存儲卡的一個文字文件之中，這個結果檔案可以被微操縱器或個人計算機來存取或操作。

溫度數(shù)據(jù)輸入功能僅是做為一個范例，在嵌入式領域中有大量其它應用會需要這種形式的檔案系統(tǒng)才能，維護多重的固件修訂、存取大型數(shù)據(jù)庫或檢索表，以及能夠支持廣泛的非易失性數(shù)據(jù)存儲器領域的才能，正好有一些應用可以從這個訴求中得到效益。

SiliconLaboratories供給全體所需的技術文件，來輔助工程師在他們自己的系統(tǒng)中實行這個功能，電路圖、印制電路板布線圖、材料表、C語言源代碼固件與工程文件都完全免費供給，其它細致的USB參考設計還包括一個HID最正確實踐應用注記與一個USB-FM調諧器參考設計。

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