1、實際應(yīng)用中，通常要遇到PC與單片機(jī)系統(tǒng)的通信問題。由于PC和單片機(jī)（如MCS-51）都具有串口，因此經(jīng)常使用串口完成兩者之間的數(shù)據(jù)交換。本章主要介紹RS-232C串行通信技術(shù)以及在Windows環(huán)境下編寫串口通信程序的方法、USB接口技術(shù)以及相應(yīng)的開發(fā)實例。,第7章 PC端接口技術(shù),1,RS-232串行通信技術(shù) USB接口技術(shù) 實踐與思考,本章主要內(nèi)容：,第7章 PC端接口技術(shù),2,RS-232串行通信技術(shù),目前已經(jīng)有幾種。RS-232標(biāo)準(zhǔn)是目前常用的串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)，它是美國EIA（電子工業(yè)聯(lián)合會）與BELL等公司一起開發(fā)的1969年公布的通信協(xié)議。它適合于數(shù)據(jù)傳輸速率在020Kbps范圍內(nèi)

2、的通信。這個標(biāo)準(zhǔn)對串行通信接口的有關(guān)問題，如信號線功能、電器特性都做了明確規(guī)定。由于通信設(shè)備廠商都生產(chǎn)與RS-232C制式兼容的通信設(shè)備，因此，它作為一種標(biāo)準(zhǔn)，目前已在計算機(jī)通信接口中廣泛采用。,3,RS-232串行通信技術(shù),RS-232C標(biāo)準(zhǔn)介紹 簡單的串行通信協(xié)議的設(shè)計 MSComm控件介紹 使用VB開發(fā)串行口通信軟件 使用VC+開發(fā)串行口通信軟件,4,RS-232C標(biāo)準(zhǔn)介紹,1. RS-232C中的引腳定義,5,RS-232C標(biāo)準(zhǔn)介紹,2. RS-232C的電氣特性,RS-232C標(biāo)準(zhǔn)對邏輯電平的定義：,在TXD和RXD上：邏輯1（MARK）= 315V，邏輯0（SPACE）=+3+15

3、V。 在RTS、CTS、DSR、DTR和DCD等控制線上：信號有效（接通，ON狀態(tài)，正電壓）=+3+15V ，信號無效（斷開，OFF狀態(tài)，負(fù)電壓）=315V。,RS-232C與TTL轉(zhuǎn)換：,EIA-RS-232C是用正負(fù)電壓來表示邏輯狀態(tài)的，為了能夠同計算機(jī)接口或終端的TTL器件連接，必須在EIA-RS-232C與TTL電路之間進(jìn)行電平和邏輯關(guān)系的變換。實現(xiàn)這種變換的方法可用分立元件，也可用集成電路芯片。目前較為廣泛地使用集成電路轉(zhuǎn)換器件，如MC1488、SN75150芯片可完成TTL電平到EIA電平的轉(zhuǎn)換，而MC1489、SN75154可實現(xiàn)EIA電平到TTL電平的轉(zhuǎn)換。,6,RS-232C

4、標(biāo)準(zhǔn)介紹,左圖顯示了1488 和1489的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳。MC1488的引腳(2)、(4，5)、(9，10)和(12，13)接TTL輸入。引腳3、6、8、11輸出端口接EIA- RS-232C。MC1498的14的1、4、10、13腳接EIA輸入，而3、6、8、11腳接TTL輸出。具體連接方法如右圖所示。,7,RS-232C標(biāo)準(zhǔn)介紹,3. RS-232C接口的電平轉(zhuǎn)換,RS-232C電平采用負(fù)邏輯，即： 邏輯“0”：+5+15V 邏輯“1”：515V,RS-232C不能和TTL電平直接相連，使用時必須進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，否則將使TTL電路燒壞，實際應(yīng)用時必須注意！,常用的電平轉(zhuǎn)換集成電路除了上面所介

5、紹的傳輸線驅(qū)動器MC1488和傳輸線接收器MC1489。另一種常用的電平轉(zhuǎn)換電路是MAX232，MAX232芯片可完成TTLEIA雙向電平轉(zhuǎn)換。 圖為MAX232引腳圖。,8,簡單的串行通信協(xié)議的設(shè)計,PC和單片機(jī)最簡單的連接是零調(diào)制三線經(jīng)濟(jì)型。下圖給出了采用MAX232芯片的PC和單片機(jī)串行通信接口電路，與PC相連采用9芯標(biāo)準(zhǔn)插座。,2. PC通信軟件,1. 單片機(jī)通信軟件,MCS-51通過中斷方式接收PC發(fā)送的數(shù)據(jù)，并回送。單片機(jī)串行口工作在方式1，晶振為6MHz，波特率2400，定時器T1按方式2工作，經(jīng)計算定時器預(yù)置值為0F3H，SMOD=1。,參考程序,PC方面的通信程序可以用匯編語

6、言編寫，也可以用其他高級語言例如VB、VC來編寫。,匯編語言編寫的參考程序,9,MSComm控件介紹,在Windows環(huán)境下，串口是系統(tǒng)資源的一部分。應(yīng)用程序要使用串口進(jìn)行通信，必須在使用前向操作系統(tǒng)提出資源申請要求（打開串口），通信完成后必須釋放資源（關(guān)閉串口）。在Windows的系統(tǒng)函數(shù)中，均包含了支持通信中斷的功能。對串口通信而言，Windows為相應(yīng)的串口設(shè)備開放了用戶定義的輸出緩沖區(qū)和輸入緩沖區(qū)，應(yīng)用程序只能對輸入/輸出緩沖區(qū)進(jìn)行操作，數(shù)據(jù)進(jìn)出串口的操作均由系統(tǒng)后臺完成。以接收為例，系統(tǒng)每接收一個字符就產(chǎn)生一個低級的硬件中斷，系統(tǒng)的串口驅(qū)動程序?qū)⒔邮盏降淖址腿胼斎刖彌_區(qū)，此時應(yīng)用程

7、序就可以通過訪問輸入緩沖區(qū)得到接收到的字符信息。,10,MSComm控件介紹,Windows為用戶提供了兩種方式實現(xiàn)串口通信。,使用串口通信控件 使用Windows的API應(yīng)用程序接口,使用串口通信控件進(jìn)行串口程序開發(fā)極為方便，如果不需要對串口進(jìn)行高級控制一般多選擇使用MSComm控件進(jìn)行開發(fā)。本章介紹在VB下使用MSComm控件進(jìn)行計算機(jī)實驗室溫控系統(tǒng)串口程序開發(fā)。,11,使用串口通信控件,針對串口通信，微軟公司專門提供了MSComm控件，使用該控件進(jìn)行串口通信設(shè)計是十分方便的，程序員不必花時間去了解較為復(fù)雜的API函數(shù)。通過簡單修改控件的屬性和使用控件提供的方法，就可以實現(xiàn)對串口的配置、完

8、成串口接收和發(fā)送數(shù)據(jù)。,12,使用Windows的API應(yīng)用程序接口,在Windows中，串口是以文件的形式被打開和訪問的。串口和串口通信驅(qū)動需要使用設(shè)備控制塊（Device Control Block，DCB）進(jìn)行配置。應(yīng)用程序使用API函數(shù)CreateFile打開串口，ReadFile讀串口，CreateEvent建立事件對象和CloseHandle關(guān)閉串口。,13,使用Windows的API應(yīng)用程序接口,Micronsoft Communications Control (MSComm)是Micronsoft公司提供的簡化Windows下串口通信編程的ActiveX控件，它為應(yīng)用程序提供

9、了通過串口收發(fā)數(shù)據(jù)的簡便方法。在串口編程中，使用MSComm控件非常方便，僅需通過簡單修改控件的屬性和使用控件提供的方法，就可以實現(xiàn)對串口的配置，完成串口接收和發(fā)送數(shù)據(jù)等任務(wù)。,14,使用Windows的API應(yīng)用程序接口,（1）MSComm控件的通信方法。MSComm控件提供了兩種處理通信的方式：事件驅(qū)動方式和查詢方式。 （2）MSComm控件的屬性與常數(shù)。,CommPort屬性。設(shè)置并返回通信端口號。端口號的范圍為116，但如果用PortOpen屬性打開一個并不存在的端口時，MSComm控件會產(chǎn)生錯誤68（設(shè)備無效）。 RThreshold屬性。設(shè)置返回要接收的字符數(shù)。接收字符后，如果RT

10、hreshold屬性被設(shè)置為0（默認(rèn)值），則不產(chǎn)生OnComm事件，如果RThreshold被設(shè)成n，則接收緩沖區(qū)收到n個字符時MSComm控件產(chǎn)生OnComm事件。 CTSHolding屬性。確定是否通過查詢Clear To Send（CTS）線的狀態(tài)發(fā)送數(shù)據(jù)。該屬性在設(shè)計時無效，在運(yùn)行時為只讀。,15,使用Windows的API應(yīng)用程序接口,SThreshold屬性。設(shè)置并返回傳輸緩沖區(qū)中允許的最小字符數(shù)。若SThreshold屬性被設(shè)置為0（默認(rèn)值）時，數(shù)據(jù)傳輸不會產(chǎn)生OnComm事件。而當(dāng)SThreshold屬性被設(shè)為1，當(dāng)傳輸緩沖區(qū)完全空時，MSComm控件產(chǎn)生OnComm事件。 C

11、DHolding屬性。通過查詢Carrier Detect（CD）線的狀態(tài)確定是否有傳輸。該屬性在設(shè)計時無效，在運(yùn)行時為只讀。 DSRHolding屬性。確定Data Set Read（DSR）線的狀態(tài)。該屬性在設(shè)計時無效，在運(yùn)行時為只讀。 Settings屬性。設(shè)置返回波特率、奇偶校驗、數(shù)據(jù)位、停止位參數(shù)。當(dāng)端口打開時，如果屬性值非法，則MSComm控件產(chǎn)生錯誤380（非法屬性值）。,16,各個屬性值間用逗號隔開，其中BBBB為波特率，P為奇偶校驗，D為數(shù)據(jù)位數(shù)，S為停止位數(shù)。其默認(rèn)值為“9600，N，8，1”。,Settings屬性的設(shè)置由4個設(shè)置組成，格式如下：,InputLen屬性。設(shè)

12、置并返回Input屬性從接收緩沖區(qū)中讀取的字符數(shù)。InputLen 屬性的默認(rèn)值是0。設(shè)置InputLen為0時，使用Input將使MSComm控件讀取緩沖區(qū)中全部的內(nèi)容。,使用Windows的API應(yīng)用程序接口,17,使用Windows的API應(yīng)用程序接口,EOFEnable 屬性。確定在輸入過程中 MSComm 控件是否尋找文件結(jié)尾（EOF）字符。如果找到 EOF 字符，將停止輸入并激活 OnComm 事件，此時 CommEvent 屬性設(shè)置為 comEvEOF。 語法：object.EOFEnable = value EOFEnable 屬性語法包括下列部分： value 布爾表達(dá)式，確

13、定當(dāng)找到 EOF 字符時，OnComm 事件是否被激活，如“設(shè)置值”中所描述。 value的設(shè)置值為True：當(dāng)EOF字符找到時 OnComm 事件被激活。 value的設(shè)置值為False（默認(rèn)）：當(dāng)EOF字符找到時OnComm事件不被激活。,當(dāng)EOFEnable屬性設(shè)置為False，OnComm控件將不在輸入流中尋 找EOF字符。,說明：,18,使用Windows的API應(yīng)用程序接口,Handshake常數(shù)。 Handshake常數(shù)如表所示。,OnComm常數(shù)。 OnComm常數(shù)如表所示,19,使用Windows的API應(yīng)用程序接口,Error常數(shù)。Error常數(shù)如表所示。,20,使用Win

14、dows的API應(yīng)用程序接口,InputMode常數(shù)。InputMode常數(shù)如表所示。,21,使用Windows的API應(yīng)用程序接口,（3）錯誤消息（MS Comm控件）。表列出MSComm控件可以捕獲的錯誤。,22,使用Windows的API應(yīng)用程序接口,23,使用VB開發(fā)串行口通信軟件,用戶界面設(shè)計 初始化程序 發(fā)送數(shù)據(jù) 接收數(shù)據(jù) 其他工作,使用VB開發(fā)串行通信程序的詳細(xì)步驟。,24,用戶界面設(shè)計,添加控件,最終完成界面,添加用戶界面,新工程界面,新建工程,25,用戶界面設(shè)計,修改界面上各控件的屬性如下表所示。,26,初始化程序,程序的初始化部分主要完成對串口的設(shè)置工作，包括串口的選擇、波

15、特率及幀結(jié)構(gòu)設(shè)置、打開串口以及發(fā)送和接收觸發(fā)器的時間控制等。此外，在程序運(yùn)行前，還應(yīng)進(jìn)行清除發(fā)送和接收緩沖區(qū)的工作。這部分工作是在窗體載入的時候完成的，因此應(yīng)將初始化代碼放在Form_Load()函數(shù)中添加如下代碼，這樣就完成了程序的初始化工作。,27,初始化程序,初始化代碼 Private Sub Form_Load() MSComm.CommPort = 2 設(shè)置串口2 MSComm.Settings = 9600，N，8，1 波特率9600bps，無校驗，8位數(shù)據(jù)，1位停止位 MSComm.InputLen = 0 讀取接收緩沖區(qū)的所有字符 MSComm.InBufferSize = 1

16、024 設(shè)置接收緩沖區(qū)為1024字節(jié) MSComm.OutBufferSize = 512 設(shè)置發(fā)送緩沖區(qū)為512字節(jié) MSComm.PortOpen = True 打開串口 MSComm.SThreshold = 0 不觸發(fā)發(fā)送事件 MSComm.RThreshold = 1 每一個字符到接收緩沖區(qū)都觸發(fā)接收事件 MSComm.InBufferCount = 0 清除發(fā)送緩沖區(qū)數(shù)據(jù) MSComm.OutBufferCount = 0 清除接收緩沖區(qū)數(shù)據(jù) Text_SEND.Text = 清空發(fā)送文本框 Text_RECV.Text = 清空接收文本框 End Sub,28,發(fā)送數(shù)據(jù),本例中，

17、發(fā)送數(shù)據(jù)的過程是通過單擊發(fā)送數(shù)據(jù)按鈕來完成的。程序應(yīng)完成下面的工作： （1）單擊發(fā)送數(shù)據(jù)按鈕，程序檢查發(fā)送文本框中的內(nèi)容是否為空，如果為空，則終止發(fā)送命令，警告后返回。 （2）檢測串口是否處于打開狀態(tài)，如串口關(guān)閉，則打開串口。 （3）將發(fā)送文本框中的內(nèi)容送入MSComm的發(fā)送緩沖區(qū)，等待數(shù)據(jù)發(fā)送。,29,發(fā)送數(shù)據(jù),雙擊發(fā)送數(shù)據(jù)部分，添加Button_Send_Click() 函數(shù)，其代碼如下： 發(fā)送數(shù)據(jù) Private Sub Button_SEND_Click() Dim x As String If Text_SEND.Text = Then 發(fā)送數(shù)據(jù)不能為空 x = MsgBox(發(fā)送數(shù)

18、據(jù)不能為空， 16) Exit Sub End If If Not MSComm.PortOpen Then 保證串口打開 MSComm.PortOpen = True End If MSComm.Output = Text_SEND.Text + Chr$(13) 發(fā)送數(shù)據(jù) For i = 1 To 20000000 延時 Next End Sub,30,接收數(shù)據(jù),接收數(shù)據(jù)部分使用了事件響應(yīng)方式。當(dāng)串口收到數(shù)據(jù)使得數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的內(nèi)容超過1字節(jié)時就會引發(fā)comEvReceive事件。OnComm()函數(shù)負(fù)責(zé)捕捉這一事件，并負(fù)責(zé)將發(fā)送緩沖區(qū)的內(nèi)容送入輸出文本框顯示。OnComm()函數(shù)還對錯誤信息

19、進(jìn)行捕捉，當(dāng)程序發(fā)生緩沖區(qū)溢出之類的錯誤時，由程序員負(fù)責(zé)將緩沖區(qū)清空。,31,接收數(shù)據(jù),要實現(xiàn)上述功能，首先要雙擊MSComm控件創(chuàng)建OnComm()，并輸入代碼： 接收數(shù)據(jù) Private Sub MSComm_OnComm() Select Case MSComm.CommEvent 檢驗串口事件 錯誤處理 Case comEventOverrun 數(shù)據(jù)丟失 Text_SEND.Text = 清空發(fā)送緩沖區(qū) Text_RECV.Text = 清空接收緩沖區(qū) Text_SEND.SetFocus Exit Sub Case ComEventRxOver 接收緩沖區(qū)溢出 Text_SEND.T

20、ext = 清空發(fā)送緩沖區(qū) Text_RECV.Text = 清空接收緩沖區(qū) Text_SEND.SetFocus Exit Sub,32,接收數(shù)據(jù),Case ComEventTxFull 發(fā)送緩沖區(qū)已滿 Text_SEND.Text = 清空發(fā)送緩沖區(qū) Text_RECV.Text = 清空接收緩沖區(qū) Text_SEND.SetFocus Exit Sub 事件處理 Case ComEvReceive 接收緩沖區(qū)內(nèi)有數(shù)據(jù) Dim str As String str = MSComm.Input 從接收隊列中讀入字符串 Text_RECV.Text = Text_RECV.Textstr 讀出

21、字符串送顯 End Select End Sub,33,其他工作,完成通信的主要功能后，還需要輸入程序完成其他兩個按鈕的功能，這兩個按鈕負(fù)責(zé)清除發(fā)送和接收兩個文本框的內(nèi)容。該部分代碼內(nèi)容十分簡單，其代碼實現(xiàn)如下： 清空接收文本框 Private Sub Button_RECV_C_Click() Text_RECV.Text = 清空接收文本框 Text_SEND.SetFocus End Sub 清空發(fā)送文本框 Private Sub Button_SEND_C_Click() Text_SEND.Text = 清空發(fā)送文本框 Text_SEND.SetFocus,34,其他工作,使用該軟件

22、實現(xiàn)通信效果的界面如圖所示。,運(yùn)行測試程序,35,使用VC+開發(fā)串行口通信軟件,用戶界面設(shè)計 初始化程序 發(fā)送數(shù)據(jù) 接收數(shù)據(jù) 其他工作,使用 Visual C+6.0（VC+6.0）開發(fā)串口通信軟件的方法。,36,用戶界面設(shè)計,新建工程步驟1,新建工程步驟2,建立新工程后界面,編輯程序界面,添加控件,最終完成界面,37,用戶界面設(shè)計,修改程序界面用到的各個控件的屬性后，要使用這些控件，還需要為其添加對應(yīng)的變量。該項工作是使用ClassWizard面板來完成的。在Member Variables選項卡中相應(yīng)控件的Control ID，MFC單擊Add Variables按鈕為相應(yīng)控件添加對應(yīng)變量

23、。,ClassWizard面板,添加控件對應(yīng)變量,38,用戶界面設(shè)計,各個控件添加變量的具體設(shè)置如表所示。,添加變量后的ClassWizard面板如圖所示。,39,初始化程序,在VC中，需要將這部分代碼添加到對話框類的OnInitDialog()函數(shù)中。,if(m_MSComm.GetPortOpen() / 如果串口已打開，則關(guān)閉串口 m_MSComm.SetPortOpen(FALSE)； m_MSComm.SetCommPort(2)； / 選擇COM2 if(!m_MSComm.GetPortOpen() m_MSComm.SetPortOpen(TRUE)； / 打開串口 else

24、AfxMessageBox(serial port open error)； m_MSComm.SetSettings(“9600，n，8，1”)； / 設(shè)置波特率9600，無 校驗，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位 m_MSComm.SetRThreshold(1)； / 串口接收緩沖區(qū)中有多于或等于1 個字符時將產(chǎn)生接收數(shù)據(jù)的OnComm事件 m_MSComm.SetInputLen(0)； / 設(shè)置當(dāng)前接收區(qū)數(shù)據(jù)長度為0 m_MSComm.GetInput()； / 預(yù)讀緩沖區(qū)以清除殘留數(shù)據(jù),40,接收數(shù)據(jù),當(dāng)MSComm的接收緩沖區(qū)有字符時，程序會發(fā)送事件消息，OnComm()函數(shù)響應(yīng)該消息并進(jìn)

25、行處理。由于MSComm類的GetInput()函數(shù)返回的數(shù)據(jù)變量類型為Variant型，而編輯框?qū)?yīng)的顯示字符串是Cstring型，因此接收數(shù)據(jù)時，需要先進(jìn)行類型轉(zhuǎn)換。在VC中，轉(zhuǎn)換過程如下：,OnComm()函數(shù)的完整代碼,將Variant類型轉(zhuǎn)換為ColeSafeArray類型； 將ColeSafeArray類型轉(zhuǎn)換為BYTE型數(shù)組； 將BYTE型數(shù)組轉(zhuǎn)換為Cstring變量。,41,發(fā)送數(shù)據(jù),發(fā)送數(shù)據(jù)功能使用發(fā)送數(shù)據(jù)按鈕對應(yīng)函數(shù)Onsend()來實現(xiàn)。發(fā)送數(shù)據(jù)時，程序僅需要讀出發(fā)送編輯框的內(nèi)容，將其轉(zhuǎn)化為發(fā)送程序需要的數(shù)據(jù)格式后，再使用C語言中的強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換功能，將其轉(zhuǎn)換為ColeVa

26、riant數(shù)據(jù)類型，由MSComm類的SetOutput()函數(shù)送入發(fā)送緩沖區(qū)即可。,發(fā)送函數(shù)OnSend()的源代碼,42,其他工作,void CRS232_VCDlg:OnClr() / TODO: Add your control notification handler code here m_str_send = ； / 清空發(fā)送文本框 m_str_recv = ； / 清空接收文本框 UpdateData(FALSE)； / 更新文本框內(nèi)容 ,清空按鈕用于清除發(fā)送編輯框和接收編輯框中的已有內(nèi)容，其相應(yīng)函數(shù)OnClr的代碼如下：,43,其他工作,運(yùn)行測試程序,連接串口線，啟動軟件后，

27、首先勾選十六進(jìn)制發(fā)送/接收單選框，在發(fā)送文本框中添入數(shù)據(jù)“02 35 08 4A”的字符串，單擊發(fā)送按鈕。然后刪除發(fā)送文本框中的內(nèi)容，去掉十六進(jìn)制發(fā)送/接收的勾選，再填入數(shù)據(jù)“Goodbye”，軟件的測試效果如圖所示。,44,USB接口技術(shù),USB的全稱為Universal Searial Bus，即通用串行總線。與RS-232類似，USB總線也是一種串行外圍設(shè)備連接的總線形式，它是1995年由Microsoft、Compaq、IBM等公司聯(lián)合制定的一種新的PC串行通信協(xié)議，從推出之日起就得到了各大廠商的廣泛支持，得以不斷完善和發(fā)展，目前 USB協(xié)議的最新版本已經(jīng)達(dá)到了2.0。USB總線作為一

28、種新的串行總線，不僅在傳輸速度上得到了極大的提高，同時還具有接口簡單、真正的即插即用、傳輸線供電、多設(shè)備級聯(lián)等特性。USB總線的成功推出，對外設(shè)的接口產(chǎn)生了廣泛的影響，目前使用USB總線接口的如鍵盤、鼠標(biāo)、閃存、攝像頭等外圍設(shè)備在市場上已廣泛存在。本節(jié)將系統(tǒng)地介紹USB總線開發(fā)的相關(guān)知識，幫助讀者盡快熟悉USB開發(fā)流程。,45,USB接口技術(shù),USB總線介紹 EZ-USB系列接口控制芯片 EZ-USB固件程序開發(fā) USB通信設(shè)計要點,46,USB總線介紹,USB設(shè)備主要具有以下優(yōu)點：,（1）可以熱插拔 （2）攜帶方便 （3）標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一 （4）可以連接多個設(shè)備,USB的互聯(lián) USB的設(shè)備 USB的

29、主機(jī),USB的互聯(lián)主要包括以下幾方面 ：,USB的總線結(jié)構(gòu) USB的電氣特性與電源管理 USB總線協(xié)議 系統(tǒng)設(shè)置 數(shù)據(jù)流種類 USB設(shè)備 USB主機(jī)：硬件和軟件,一個典型的USB系統(tǒng)的描述如下。它主要被定義為3個部分：,47,USB的總線結(jié)構(gòu),USB連接了USB設(shè)備和USB主機(jī)，USB的物理連接是有層次性的星形結(jié)構(gòu)。每個網(wǎng)絡(luò)集線器是在星形的中心，每條線段是點點連接。從主機(jī)到集線器或其功能部件，或從集線器到集線器或其功能部件。 在任何USB系統(tǒng)中，只有一個主機(jī)。USB和主機(jī)系統(tǒng)的接口稱為主機(jī)控制器，主機(jī)控制器可由硬件、固件和軟件綜合實現(xiàn)。根集線器是由主機(jī)系統(tǒng)整合的，用以提供更多的連接點。,48,

30、USB的總線結(jié)構(gòu),USB的設(shè)備如下所示: 網(wǎng)絡(luò)集線器，向USB提供了更多的連接點。 功能器件：為系統(tǒng)提供具體功能，如ISDN的連接，數(shù)字的游戲桿或揚(yáng)聲器。 USB設(shè)備提供的USB標(biāo)準(zhǔn)接口的主要依據(jù)： 對USB協(xié)議的運(yùn)用。 對標(biāo)準(zhǔn)USB操作的反饋，如設(shè)置和復(fù)位。 標(biāo)準(zhǔn)性能的描述性信息。,49,USB的電氣特性與電源管理,1電氣特性,USB的高速信號的比特率定為12Mbps。 低速信號傳送的模式定為1.5Mbps。,低速模式需要更少的EMI保護(hù)。兩種模式可在用同一USB總線傳輸?shù)那闆r下自動地動態(tài)切換。,USB傳送信號和電源是通過一種4線的電纜，圖中的兩根線用于發(fā)送信號。存在兩種數(shù)據(jù)傳輸率：,50,

31、USB的電氣特性與電源管理,2機(jī)械特性,所有設(shè)備都有一個上行的連接。上行連接器和下行連接器不可簡單地互換，這樣就避免了集線器間非法的循環(huán)往復(fù)的連接。電纜中有4根導(dǎo)線：一對互相纏繞的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格線，一對符合標(biāo)準(zhǔn)的電源線。連接器有4個方向，具有屏蔽層，以避免外界干擾，并有易拆裝的特性。,3. 電源,電源分配：即USB的設(shè)備如何通過USB分配得到由主計算機(jī)提供的能源。 電源管理：即通過電源管理系統(tǒng)，USB的系統(tǒng)軟件和設(shè)備如何與主機(jī)協(xié)調(diào)工作。,電源主要包括以下兩個方面：,51,USB總線協(xié)議,USB總線屬一種輪詢方式的總線，主機(jī)控制端口初始化所有的數(shù)據(jù)傳輸。 存在兩種類型的通道：流和消息。 事務(wù)預(yù)處理允許

32、對一些數(shù)據(jù)流的通道進(jìn)行控制，從而 在硬件級上防止了對緩沖區(qū)的高估或低估，通過發(fā)送不確認(rèn)握手信號從而阻塞了數(shù)據(jù)的傳輸速度。,52,系統(tǒng)設(shè)置,1USB設(shè)備的安裝,主機(jī)對每個設(shè)備指定唯一的USB地址，并檢測這種新裝的USB設(shè)備是集線器還是功能部件。,2. USB設(shè)備的拆卸,當(dāng)USB設(shè)備從集線器的端口拆除后，集線器關(guān)閉該端口，并且向主機(jī)報告該設(shè)備已不存在。,3. 總線標(biāo)號,總線標(biāo)號就是對連接在總線上的設(shè)備指定唯一地址的一種動作 。,53,數(shù)據(jù)流種類,控制數(shù)據(jù)傳送：在設(shè)備連接時用來對設(shè)備進(jìn)行設(shè)置，還可對指定設(shè)備進(jìn)行控制，如通道控制。 批量數(shù)據(jù)傳送：大批量產(chǎn)生并使用的數(shù)據(jù)，在傳輸約束下，具有很廣的動態(tài)范圍

33、。 中斷數(shù)據(jù)的傳送：用來描述或匹配人的感覺或?qū)μ卣鞣磻?yīng)的回饋。 同步數(shù)據(jù)的傳送：由預(yù)先確定的傳送延遲來填滿預(yù)定的USB帶寬。,對于任何指定的設(shè)備進(jìn)行設(shè)置時一種通道只能支持上述一種方式的數(shù)據(jù)傳輸。,USB的結(jié)構(gòu)包含4種基本的數(shù)據(jù)傳輸類型：,54,USB設(shè)備,USB設(shè)備分為諸如集線器、分配器或文本設(shè)備等種類。集線器類指的是一種提供USB連接點的設(shè)備，USB設(shè)備需要提供自檢和屬性設(shè)置的信息，USB設(shè)備必須在任何時刻執(zhí)行與所定義的USB設(shè)備狀態(tài)相一致的動態(tài) 。,1. 設(shè)備特性,當(dāng)設(shè)備被連接、編號后，該設(shè)備就擁有一個唯一的USB地址。設(shè)備就是通過該USB地址被操作的，每一個USB設(shè)備通過一個或多個通道與

34、主機(jī)通信。所有USB設(shè)備必須在零號端口上有一指定的通道，每個USB設(shè)備的USB控制通道將與之相連。通過此控制通道，所有的USB設(shè)備都列入一個共同的準(zhǔn)入機(jī)制，以獲得控制操作的信息。此類信息主要有以下幾類 ：,55,USB設(shè)備,標(biāo)準(zhǔn)信息：這類信息是對所有USB設(shè)備的共同性的定義，包括一些如廠商識別、設(shè)備種類、電源管理等的項目。設(shè)備設(shè)置、接口及終端的描述在此給出。 類別信息：此類信息給出了不同USB的設(shè)備類的定義，主要反映其不同點。 USB廠商信息：USB設(shè)備的廠商可自由地提供各種有關(guān)信息，其格式不受該規(guī)范制約。此外，每個USB設(shè)備均提供USB的控制和狀態(tài)信息。,56,USB設(shè)備,（2）功能部件,功

35、能部件是一種通過總線進(jìn)行發(fā)送接收數(shù)據(jù)和控制信息的USB設(shè)備，通過一根電纜連接在集線器的某個端口上，功能設(shè)備一般是一種相互無關(guān)的外部設(shè)備。,定位設(shè)備：如鼠標(biāo)或光筆。 輸入設(shè)備：如鍵盤。 電信適配器：如ISDN。,一個集線器包括兩部分：集線控制器（Controller）和集線放大器（Repeater）。集線放大器是一種在上游端口和下游端口之間的協(xié)議控制開關(guān)，而且硬件上支持復(fù)位、掛起、喚醒的信號。,（1）集線器,2. 設(shè)備描述,57,USB設(shè)備,臺式機(jī)環(huán)境下的集線器,58,USB主機(jī)：硬件和軟件,USB的主機(jī)通過主機(jī)控制器與USB設(shè)備進(jìn)行交互。主機(jī)功能如下：,檢測USB設(shè)備的安裝和拆卸。 管理在主機(jī)

36、和USB設(shè)備之間的控制流。 管理在主機(jī)和USB設(shè)備之間的數(shù)據(jù)流。 收集狀態(tài)和動作信息。 提供能量給連接的USB設(shè)備。,59,EZ-USB系列接口控制芯片,使用嵌入MCU的USB控制器，CPU只需要訪問一系列寄存器和存儲器，便可實現(xiàn)USB口的數(shù)據(jù)傳輸，從而簡化了程序的設(shè)計，并且供應(yīng)商還提供許多范例電路和測試代碼，使設(shè)計者從復(fù)雜的協(xié)議解釋中得到解脫?，F(xiàn)在，許多芯片制造商開始生產(chǎn)一些基于通用MCU的USB控制器，采用研制人員所熟知的指令集，大大簡化了編程的難度。如基于8051結(jié)構(gòu)的USB控制器有：Intel公司的8X930A、8X931A；CYPRESS公司的EZ-USB等。此外，還有基于MITSU

37、BISHI 740/7600/M16C的USB芯片；基于MOTORORA HC05系列的USB芯片等。本節(jié)中介紹EZ-USB 2100系列單片機(jī)。,60,EZ-USB系列接口控制芯片,EZ-USB組成結(jié)構(gòu)及特性 EZ-USB微處理器 AN2131Q的封裝和引腳描述 EZ-USB的枚舉和再枚舉 EZ-USB端點 EZ-USB的存儲空間,61,EZ-USB組成結(jié)構(gòu)及特性,1EZ-USB芯片組成結(jié)構(gòu),EZ-USB的組成框圖,62,EZ-USB組成結(jié)構(gòu)及特性,2EZ-USB特性,（1）改進(jìn)的8051內(nèi)核。性能可達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)8051的510倍，與標(biāo)準(zhǔn)8051的指令完全兼容。 （2）高度集成。EZ-USB將上

38、述多個模塊集成在一個芯片中，從而減少了各芯片接口部分時序配合時的麻煩。 （3）USB 內(nèi)核。EZ-USB系列芯片接收全部USB 的吞吐量。這種采用EZ-USB的設(shè)計，不受端點數(shù)目、緩沖區(qū)大小及傳輸速度的限制。,63,EZ-USB組成結(jié)構(gòu)及特性,（4）軟配置。這個特性給USB外設(shè)開發(fā)者帶來許多方便。如開發(fā)過程中，當(dāng)固件需要修改時，可以在PC上修改好以后，下載到EZ-USB，從而省去了編程芯片的麻煩。這種基于RAM的軟配置方法，可以允許無限的配置和升級。 （5）易用的軟件開發(fā)工具。驅(qū)動程序和固件的開發(fā)與調(diào)試相互獨立，可加快開發(fā)的速度。,64,EZ-USB微處理器,EZ-USB微處理器是一個改進(jìn)的8

39、051內(nèi)核，使用標(biāo)準(zhǔn)8051指令系統(tǒng)，其指令執(zhí)行速度比標(biāo)準(zhǔn)8051快 。,改進(jìn)的8051內(nèi)核還有以下幾處結(jié)構(gòu)上的改進(jìn)：,（1）第2個數(shù)據(jù)指針，可用于存儲器塊之間的傳輸。 （2）第2個UART。 （3）第3個16位計數(shù)器/定時器（TIMER2）。 （4）與非多路復(fù)用16位地址總線的高速存儲器直接接口。 （5）增加了7個中斷源（INT2INT5、PFI、T2和UART1）。 （6）可變的MOVX執(zhí)行時間可適應(yīng)高/低速的RAM外設(shè)。 （7）256字節(jié)的內(nèi)部寄存器RAM，8K字節(jié)的程序/數(shù)據(jù)復(fù)合SRAM。 （8）3.3 V工作電壓。,EZ-USB 集成芯片在8051的基礎(chǔ)上又有其他的改進(jìn)：快速外部數(shù)據(jù)

40、塊傳輸（指針自動增量，快速傳輸模式）、USB中斷向量、CONTROL傳輸?shù)腟ETUP和DATA部分有各自的緩沖器。,65,AN2131Q的封裝和引腳描述,EZ-USB 2100系列中80引腳封裝的AN2131Q的引腳排列圖,66,AN2131Q的封裝和引腳描述,DISCON#：引腳1，輸出。該引腳由兩個位DISCOE和DISCON控制。當(dāng)DISCOE=0時，引腳懸空；當(dāng)DISCOE=1時，驅(qū)動引腳，驅(qū)動的邏輯與DISCON位相反。 USBD，USBD+：引腳77，79 ，高阻態(tài)。USB D+/D信號。將24振蕩器與USB D+/D引腳相連。 A0A15：引腳712，15，16，2629，343

41、7輸出。8051地址總線。 D0D7：引腳4851，5760，I/O/高阻態(tài)。8051數(shù)據(jù)總線。該雙向總線空閑時處于高阻狀態(tài)，總線讀時為輸入，總線寫時為輸出。,67,AN2131Q的封裝和引腳描述,PSEN：引腳80，輸出。程序存儲器使能端。引腳接低電平時有效，表示從外部存儲器中讀取程序。當(dāng)EA為低電平時，程序存儲器的地址從0X1B40開始；當(dāng)EA為高電平時，程序存儲器的地址從0X0000開始。 PA0PA7：引腳6871，7376，I/O。多功能輸入/輸出引腳。 PB0PB7：引腳4447，5255，I/O。多功能輸入/輸出引腳。 PC0PC7：引腳3033，3841，I/O。多功能輸入/輸

42、出引腳。,68,AN2131Q的封裝和引腳描述,BKPT：引腳61，輸出斷點。當(dāng)8051地址總線與BPADDRH/L寄存器的內(nèi)容一致，且USBBAV寄存器中的斷點使能（BPEN）時，該引腳被激活（高電平）。如果USBBAV寄存器中的BPPULSE位為高，就產(chǎn)生8個24 MHz高電平的時鐘脈沖；如果BPPULSE位為低，保持高電平直到8051清除USBBAV寄存器中的BREAK位（寫1）。 RESET：引腳25，輸入有效高電平復(fù)位。使8051和SIE復(fù)位。該引腳一般通過1個10 k電阻接地，用1個1F電容接VCC。,69,AN2131Q的封裝和引腳描述,EA：引腳24，輸入。訪問外部存儲器。該引

43、腳有效（HI）時，8051并不是從內(nèi)部程序RAM中獲得代碼，而是從外部存儲器中讀取代碼。當(dāng)EA=0時，8051從外部存儲器的0X1B40地址（AN2131）開始讀取代碼。 AVCC：引腳21，電源。Analog VCC（模擬電源）。該引腳為芯片的模擬部分提供電源。 AGND：引腳18，電源。Analog Ground（模擬地）。盡可能以最短路徑接地。,70,AN2131Q的封裝和引腳描述,XIN：引腳19，輸入晶振輸入。該引腳經(jīng)由12 MHz晶振和2233 pF電容接地。它也能用12 MHz的時鐘電路驅(qū)動。 XOUT：引腳20，輸出。晶振輸出。該引腳經(jīng)由12 MHz晶振和2233 pF電容接地

44、。當(dāng)XIN由12 MHz時鐘電路驅(qū)動時，該引腳懸空。 WAKEUP#：引腳66，輸入。USB喚醒。當(dāng)8051掛起時，該引腳上的一個上升沿可開啟振蕩器，向8051發(fā)出中斷，請求推出掛起狀態(tài)。維持WAKEUP#的低電平可避免EZ-USB芯片進(jìn)入掛起狀態(tài)。,71,AN2131Q的封裝和引腳描述,SCL：引腳65，OD（漏極開路）。I2C時鐘。即使沒有I2C設(shè)備相連，也要用2.2 k電阻接VCC。 SDA：引腳64，OD（漏極開路）。I2C數(shù)據(jù)。即使沒有I2C設(shè)備相連，也要用2.2 k電阻接VCC。 CLK24：引腳4，輸入。24 MHz時鐘，可鎖定為12 MHz輸入時鐘。當(dāng)CPUCS寄存器中的OUT

45、CLKEN=0時沒有輸出。 NC：引腳67。該引腳不連接。,72,EZ-USB的枚舉和再枚舉,PC運(yùn)行時，若插上或拔去一個USB設(shè)備，Windows系統(tǒng)便會自動裝載或卸去設(shè)備的驅(qū)動程序，即所謂的即插即用。這一系列動作的自動完成歸因于在每一個USB設(shè)備里都有一個描述符表，記錄了設(shè)備的要求和性能。當(dāng)插上USB時，要經(jīng)過以下幾個步驟：,73,EZ-USB的枚舉和再枚舉,（1）主機(jī)向地址0發(fā)送“Get_Descriptor/Device”請求（設(shè)備第一次連接時，必須響應(yīng)地址0）。 （2）設(shè)備響應(yīng)該請求，并將ID數(shù)據(jù)發(fā)送給主機(jī)。 （3）主機(jī)向設(shè)備發(fā)出“Set_Address”請求，給設(shè)備提供一個唯一的地

46、址，以區(qū)別其他與總線相連的設(shè)備。 （4）主機(jī)發(fā)出“Get_Descriptor”請求，獲取更多的設(shè)備信息。據(jù)此，主機(jī)可以了解到該設(shè)備的其他情況，如該設(shè)備的端點個數(shù)、電氣要求、所需帶寬，然后下載程序。,74,EZ-USB的枚舉和再枚舉,為了支持軟特性，EZ-USB芯片能自動地作為一個不需要固件的USB設(shè)備進(jìn)行枚舉，所以，USB接口本身可用來下載8051的程序和描述符表。當(dāng)8051復(fù)位時，EZ-USB的內(nèi)核進(jìn)行最初（通電）的枚舉和下載。這種支持程序下載的最初USB 設(shè)備被稱為“默認(rèn)的USB設(shè)備”。 在代碼描述符表從主機(jī)中下載到EZ-USB RAM后，8051脫離復(fù)位狀態(tài)，開始執(zhí)行設(shè)備程序。EZ-U

47、SB設(shè)備再次枚舉，這一次是作為裝入的設(shè)備。第二次枚舉稱為“再枚舉”。再枚舉的完成是EZ-USB芯片通過給USB 加電，模擬物理斷開和重連接來完成的。,75,EZ-USB端點,由于USB是串行總線，因此設(shè)備端點實際上是一個FIFO存儲器。主機(jī)通過發(fā)出4位地址及1位方向位，選擇設(shè)備端點。所以，USB可定位32個端點：IN0IN15和OUT0OUT15。8051從OUT緩沖區(qū)中讀取端點數(shù)據(jù)，將通過USB傳輸?shù)亩它c數(shù)據(jù)寫入IN緩沖區(qū)。,USB端點有4種類型：,1.塊（Bulk） 2.控制 3.中斷 4.同步。,76,EZ-USB的存儲空間,EZ-USB的RAM被分為兩部分：一部分用做程序存儲空間，另一

48、部分用做數(shù)據(jù)存儲空間，包括EZ-USB的數(shù)據(jù)傳輸緩沖區(qū)和控制寄存器。,18051存儲器,EZ-USB系列芯片中，RAM空間可以是4KB或8KB，兩者的地址分配空間是不同的。對8KB的片內(nèi)RAM，其中通用功能的RAM占用0X00000X1B3F，共6976個字節(jié)。這部分RAM 可以通過EZ-USB內(nèi)核或I2C總線上E2PROM寫入指令代碼或數(shù)據(jù)。,77,EZ-USB的存儲空間,EEZ-USB使用RD信號、WR信號和PSEN信號擴(kuò)展外部存儲器，外部存儲器地址最大可以擴(kuò)展為0X00000XFFFF，如果擴(kuò)展外部存儲器既被用做程序存儲器又被用做數(shù)據(jù)存儲器，可以將RD信號和PSEN信號進(jìn)行邏輯或形成OE

49、信號后接入存儲芯片讀信號，將RD、WR和PSEN進(jìn)行邏輯或形成CS信號做選通信號。,2EZ-USB擴(kuò)展存儲器,78,EZ-USB的存儲空間,當(dāng)EA=0時，內(nèi)部存儲器的地址分配不變，對外部數(shù)據(jù)存儲器，0X00000X01FF和0X7F400X7FFF可以用做數(shù)據(jù)RAM，但RD、WR、CS和OE不可用，對外部程序存儲器，0X00000X1B40可以用做代碼RAM，但不產(chǎn)生PSEN選通信號。 當(dāng)EA=1時，內(nèi)部RAM和外部數(shù)據(jù)存儲器的地址分配方式與EA=0時相同，但程序存儲器將完全指向外部存儲器，這樣內(nèi)部程序存儲器完全被用做數(shù)據(jù)存儲器。,79,EZ-USB固件程序開發(fā),人機(jī)接口設(shè)備（HID）類是Windows完全支持的USB總線設(shè)備類型中的一種。在運(yùn)行Windows98或更高版本操作系統(tǒng)的PC上，應(yīng)用程序可以與HID進(jìn)行通信。對于主機(jī)的驅(qū)動和HID通信，設(shè)備必須使用相應(yīng)的固件程序來滿足一定的要求，通過固件程序的調(diào)度，主機(jī)才可以得到設(shè)備的描述符表以及完成端點數(shù)據(jù)的傳輸。,固件基礎(chǔ) EZ-USB固件程序架構(gòu) EZ-USB固件程序開發(fā)實例,80,固件基礎(chǔ),1HID類描述符表,HID類描述符表的主要目的是識別HID 通信中所使用的其他描述符表。類描述符表可以有7