实现与PC机的USB通讯综述

1、工程设计报告设计题目：实现与PC机的USB通讯（需 Windows驱动）学院:电子工程学院专业:电子信息工程班级:学号:姓名:电子邮件：日期：2015 年1月5日成绩：指导教师：宁贝佳西 安电子科技大学电子工程学院工程设计任务书学生姓名指导教师 宁贝佳 职称 副教授学生学号专业题目实现与PC机的USB通讯（需 Windows马驱动）任务与要求任务：用MCI控制USBB动芯片，实现目标板与 PC通讯 要求：* 掌握MCU勺原理-设计电路，绘制原理图及 PCB版图- 在面包板上实现电路开始日期2014年10月27日 完成日期2015年1月5日工程设计所在单位电子工程系一. 应用背景简述单片机是单片

2、微型计算机（MCU ）的简称，主要用于工业控制领域，用来 实现对信号的检测，数据的采集以及对应用对象的控制。 但单片机有其先天的不 足：存储空间太小，运算速度较低。若有大量数据要处理、储存或输出时，PC机的存在不可少。所以单片机和 PC机之间的通信至关重要，如何有效、方便、 快速、准确的进行数据传递作为一个重要问题产生了，“即插即用”的USB技术为我们提供了一种解决方法，USB总线是一种通用串行总线，以其方便易用、 快速、价格低廉的特性，已经被广泛应用于各种数据传输设备。USB（ universal serial bus）全名为通用串行总线，USB技术出现以前，PC 机上的接口技术还是沿用二十

3、世纪八十年代早期的 IBM PC设计。人们迫切需要 一种同时支持电源管理、即插即用、高带宽以及良好的可扩展性的接口技术的出 现。USB技术恰好满足了 PC技术人员和用户在接口技术上的这些新的需求， 成 为目前流行的计算机接口技术。它作为一种通用新标准在许多场合都崭露头角。 以往单片机下载程序一般都是通过串口实现的，麻烦不易操作。而且很多的计算机数据处理都要经过传感器将数据传回， 并做AD转换，这个时候就要通过单片 机做数据的初步处理并将数据发回计算机。这个设计就是为解决这些问题简易性 而设计的。通过这个设计，单片机与PC机的通讯会变得更加轻松简便，由于USB有热插拔、传输速率快、支持多个外设同

4、时工作的特点，使得它的应用十 分灵活。USE共有4种传输模式：控制传输、同步传输、中断传输、批量传输， 以适应不同设备的需要，因而非常适合市场上的各种需求。二. 微处理器简介AT89C52是一个低电压，高性能 CMOS 8位单片机，片内含8k bytes的可 反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM ）， 器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指 令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，AT89C52单片机在电 子行业中有着广泛的应用。AT89C52为8位通用微处理器，采用工业标准的C51内核，在内部功

5、能及管脚排布上与通用的8xc52相同，其主要用于会聚调整时的功能控制。功能 包括对会聚主IC内部寄存器、数据RAM及外部接口等功能部件的初始化，会 聚调整控制，会聚测试图控制，红外遥控信号IR的接收解码及与主板 CPU通信等。主要管脚有：XTAL1 （19脚）和XTAL2 （18脚）为振荡器输入输出端 口，外接12MHz晶振。RST/Vpd （9脚）为复位输入端口，外接电阻电容组成 的复位电路。VCC （40脚）和VSS （20脚）为供电端口，分别接+5V电源的 正负端。P0P3为可编程通用I/O脚，其功能用途由软件定义，在本设计中， P0端口（3239脚）被定义为N1功能控制端口，分别与N1

6、的相应功能管脚 相连接，13脚定义为IR输入端，10脚和11脚定义为I2C总线控制端口，分 别连接N1的SDAS （18脚）和SCLS （19脚）端口，12脚、27脚及28脚定 义为握手信号功能端口，连接主板 CPU的相应功能端，用于当前制式的检测及 会聚调整状态进入的控制功能。AT89C52有以下特点1、兼容MCS51指令系统2、8kB可反复擦写（大于1000次）Flash ROM ;3、32个双向I/O 口；4、256x8bit 内部 RAM ；5、3个16位可编程定时/计数器中断；6、时钟频率0-24MHZ ；7、2个串行中断，可编程 UART串行通道；& 2个外部中断源，共 8个中断源

7、；9、2个读写中断口线，3级加密位；10、低功耗空闲和掉电模式，软件设置睡眠和唤醒功能；11、有PDIP、PQFP、TQFP及PLCC等几种封装形式，以适应不同产品的需求。T2/P1 0 E1 ccT21I/P1. 1 C239 FO, Q /A10Fl. 2 C333J PO. L/AB1Pl. 3 E4373 TO. 2/1D2Pl.4 d536D PO. 3/AD3Pl. 5 匚e353 P0.4/1D4Pl. e C7243 PC. S/1D3Pl 7 C833 PD.6/1Kasi c432 P0. 7/1D7RXD/P3. 0 C1031 Ei/VPPTKD/P3. 1 C1130

8、 ALE/FED&fST0/P9, 2 C1229 pe sirIBTT/P3t 3 匚1320 P2 7/A15T0/F3. 4 d1427J T2.fi/114T1/P3. S C15263 P2.S/A1317R/P3. 6 匚16253 P2.4/A12M/F3 7 匚17243 P2.3/A11XTkL2 CIS233 T2. 2/110KTAL1 匸1922 F2. L/A5PDIP&HD 耳20 21 F2.管脚图I-.UTJlFl.lUrtfcXl(AULlJHI.IHJIAD21TO 丄PIJ(A03)M PL.4(AEM)N.4lAUblFUJFL*(AJiraj6F1.7

9、fALJCJFU.Tn；1. FTiUi(AL2Y24 (All)nJi(AISJK.TXTALIXI Al 2vcc!lI 卜 f2丿|匝AT89C52封装图三. 设计万案描述本次设计是基于CH375来实现USB接口与PC机通信。方案由我主要提出， 小组成员加以完善。CH375是一个USB总线的通用接口芯片，支持USB-HOST主机方式和USB-DEVICE/SLA VE设备方式，本实验是采用外部固件模式。 CH375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输入、 串行输出和中断输出与单片机/DSP/MCU/PU等相连接。USB模块CH375是一个USB总线

10、的通讯设备接口芯片，用户无需编写驱动 程序，内置有USB通讯中的底层协议，完全满足 USB1.1标准。具有8位数据 总线（D0D7 ）、地址输入（A0 ）、读（RD#）、写（WR#）、片选控制线（CS#） 以及中断输出（INT#），可以方便地挂接到单片机的数据总线上。当 A0为低电 平时选择数据端口，单片机通过 8位并口对CH375进行读写数据；为高电平时 选择命令端口，可以向其写入命令。在本地端，单片机对CH375的操作是采用命令加数据的I/O操作方式，任 何操作都是先发命令（其命令格式参考文献 3）给CH375，然后执行数据输入输 出。CH375接收到上位机发送的数据或者发送完给上位机的数

11、据后，以中断方 式通知单片机。将CH375芯片的驱动程序、动态链接库拷贝到上位机中，利用 CH375动态链接库DLL提供的API函数对其进行操作，对 USB设备的通信就 几乎和访问本地硬盘中的文件差不多了。本实验采用数据加应答方式进行通信，由计算机应用层发起，然后以接收到 单片机的应答结束。单一通道完整的通信过程包括： 计算机应用层按事先约定的格式将数据请求发送给CH375 CH375以中断方式通知单片机 单片机进入中断服务程序，获取 CH375的中断状态并分析 如果是上传（上传缓冲区的数据被计算机成功读取），则释放当前USB缓冲区，然后退出中断程序 如果是下传（下传缓冲区成功接收到计算机发送

12、的数据），则从数据下传 缓冲区读取数据块 分析接收到的数据块，如果是数据请求上传命令，准备应答数据（采集数 据） 单片机将采集数据写入数据上传缓冲区中，然后退出中断程序 CH375将采集数据返回给计算机 计算机应用层接收到应答数据，传输结束；该通讯方式具有数据自动同步、程序设计简单、较好的交互性和可控性等 优点。计算机定时以此方式顺次访问各通道，获取各通道采集到的数据。245678中1()II121314CD+ W CAD XI xa=)INIm RSIL WR# RD* TXD RXD SC.AOMD7D6DSD4D5D2DIIX)GCH375封装图四. 硬件设计本次任务我主要负责硬件设计，

13、通过网络查找资料学习电路设计软件的使 用，对Altium Designer有了大致的了解及简单的运用。用到的电路设计软件是 Altium Designer 14，Altium Designer 是原 Protel 软件开发商 Altium 公司推出 的一体化的电子产品开发系统，主要运行在Windows操作系统。这套软件通过把原理图设计、电路仿真、PCB绘制编辑、拓扑逻辑自动布线、信号完整性分 析和设计输出等技术的完美融合，为设计者提供了全新的设计解决方案，使设计者可以轻松进行设计，熟练使用这一软件必将使电路设计的质量和效率大大提0计算机端USB设备设备连接框图IW(|i -n-tl-313-T

14、l-DthuFi M2i 片kmi wi13H JHiHA斗口1伽： rn:. i収:冋 nD3:hJ *rq：H t叔冋d*CW175.lih1-* i-EMJfTIl wimiiTvm*TaLIi耳粘匚：1vc4iNb51- I-Hl %AT-ItL-!I _ Hr J - fc- rAq A -l4- nJ A -|-| pF-kF 尸 p F 讪讪llLlill2!b!M!H: I I A A- 4 A 4oci原理图u?ooooooooooooooooooooOOOOC OOOO O O五.软件设计软件设计流程图如图中断退出O C o oO aC-TvhoUSB与PC通讯PCB图US

15、B传输中断入口 INT1分析CH375的中断状态采集数据写入 上传缓冲区中断退出读取下传缓冲区数据块CH375 外部固件方式/* 基于 51 单片机和 CH375 的 C 语言程序 */#pragma NOAREGS#include #include CH375INC.H ；此头文件在本程序末将有介绍typedef union _REQUEST_PACKunsigned char buffer8;structunsigned charbmReuestType;/标准请求字unsigned charbRequest;/请求代码unsigned intwValue;/特性选择高unsigned i

16、ntwIndx;/索引unsigned intwLength;/数据长度r; mREQUEST_PACKET, * mpREQUEST_PACKET; /* 设备描述符 */unsigned char code DevDes= /* 配置描述符 */unsigned char code ConDes=/* 主程序 */ main( ) P1 |= 10;Delay50ms( );P1 &= (10);Delay50ms( );/* 延时等待 CH375 初始化完成,如果单片机由 CH375 提供复位信号则不必延时 */CH375_Init( ); /* 初始化 CH375 */EA=1;whi

17、le(1);六. 总结与展望在我们小组的共同努力下，我们本次的设计任务基本完成。由于缺乏软件硬 件设计经验，这次任务遇到了许多困难，不过通过我们的努力最终还是完成了任 务。在本次设计过程中，我们主要通过网络搜集相关资料，学习相关内容，比如 使用Altium Designer设计原理图、PCB图，单片机的程序编写等，这些东西都 是之前没有接触到的，通过学习网上的经验帖我们学到了很多课本中学不到的知 识，实践得真知，真正的知识都是从实践中得来的。但是这次设计存在许多不足， 比如很多问题没能找到最佳解决方案，我们还需要深入学习一些软件的使用和程 序编写，多动手实践，才能做的更好。七. 硬件实验心得本次实验之前，我对硬件设计几乎不了解，通过本次任务，我学会AltiumDesigner的基本使用，能够根据元件的基本数据对元件进行封装，会进行原理 图的连接，也能够调试出PCB图，收获很多。在学会封装之前我对封装一点不 了解，管脚的距离，规格一点不认识