基于PIC32嵌入式USB工業(yè)U盤系統(tǒng)設計

　　1 應用領域背景

　　隨著自動化技術的不斷發(fā)展，各種各樣的嵌入式控制器獲得了日益廣泛的應用。一些傳統(tǒng)的輸入輸出設備已經(jīng)為新型的大容量、智能化的輸入輸出設備所取代。U盤以其容量大、體積小、價格便宜的眾多優(yōu)點成為了最新的移動存儲設備。目前在個人計算機上U盤已經(jīng)取代了傳統(tǒng)的軟盤成為廣泛使用的移動存儲介質。

　　工業(yè)現(xiàn)場一般都需要數(shù)據(jù)采集器來完成各類數(shù)據(jù)采集任務。在很多實際應用中，往往要求數(shù)據(jù)采集器具有工作可靠、成本低廉、操作簡單、數(shù)據(jù)便于收集和計算機分析等特點。如果能在嵌入式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中實現(xiàn)USB主機功能，那么嵌入式數(shù)據(jù)采集器就能像PC機一樣方便靈活地利用U盤這類USB存儲設備進行數(shù)據(jù)存儲。但是U盤和其他的USB設備一樣。是通過PCI總線與PC機內(nèi)部的數(shù)據(jù)總線相接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳送，這樣在一些相對簡單的微控制器中將無法實現(xiàn)對U盤的操作。本設計所實現(xiàn)的模塊就是為了將U盤應用在PC機不適合的場所而設計的。

　　2 設計摘要

　　針對現(xiàn)在U盤無法脫離PC機使用的局限性，工業(yè)現(xiàn)場許多嵌入式系統(tǒng)沒有提供USB接口和文件系統(tǒng)操作功能，本模塊使用PIC32 Starter KitsⅡ通過RS232接口實現(xiàn)現(xiàn)有嵌入式系統(tǒng)對U盤的操作。包括數(shù)據(jù)文件的寫入、讀取以及文件目錄的創(chuàng)建和刪除等。

　　3 系統(tǒng)框圖

　　本系統(tǒng)硬件主要包括PIC32 Starter KitsⅡ為中央控制器，USB設備如U盤等為數(shù)據(jù)存儲設備，嵌入式設備為一些工控設備。其系統(tǒng)框圖如圖3-1所示。

　　圖3-1系統(tǒng)架構圖

　　本系統(tǒng)軟件工作流程如圖3-2，可以執(zhí)行各種規(guī)定的操作，如：打開、新建、刪除文件等。USB接口系統(tǒng)PIC32 Starter KitsⅡ是整個系統(tǒng)的核心，用來控制USB總線接口和U盤進行命令和數(shù)據(jù)交換。它可以被看作是一個硬件、固件和軟件的綜合體。

　　圖3-2工作流程圖

　　4 系統(tǒng)原理和技術特點

　　系統(tǒng)原理：

　　本設計采用PIC32 Starter KitsⅡ作為主機系統(tǒng)，并采用MAX3232芯片設計3.3V到5V電平轉換電路構成整個系統(tǒng)的硬件體系。

　　1)PIC32 Starter KitsⅡ硬件平臺簡介

　　PIC32MX 單片機(MCU)是一款基于MIPS? Technologies的M4KTM 內(nèi)核的復雜片上系統(tǒng)。M4KTM 是最新型的32位低功耗RISC處理器內(nèi)核，采用了增強型MIPS32? Release 2指令集架構。

　　主要特性

　　● 最高可達到1.5 DMIPS/MHz 的性能

　　● 可編程預取高速緩存存儲器，以增強閃存中的執(zhí)行效率

　　● 16位指令模式(MIPS16e)，用于緊湊型代碼

　　● 帶有63個優(yōu)先級的向量中斷控制器

　　● 可編程的用戶和內(nèi)核工作模式

　　● 可對外設寄存器執(zhí)行原子級位操作(單周期)

　　● 乘法/除法單元，最高指令發(fā)出速率為每個時鐘一條32 × 16 乘法指令

　　● 高速Microchip ICD 端口，具有基于硬件的非侵入式數(shù)據(jù)監(jiān)視和應用程序數(shù)據(jù)流功能

　　● EJTAG調(diào)試端口，支持廣泛的第三方調(diào)試、編程和測試工具

　　● 指令控制的功耗管理模式

　　● 5 級流水線指令執(zhí)行

　　● 內(nèi)部代碼保護，以幫助保護知識產(chǎn)權

　　2)如圖4-1電平轉換電路原理圖，實現(xiàn)3.3V到5V的電平轉換，實現(xiàn)RS232通信。

　　圖4-1 電平轉換電路原理圖

　　技術特點：

　　◆ 直接嵌入用戶系統(tǒng)，不必了解USB協(xié)議

　　◆ 兼容大容量U盤

　　◆ 支持USB2.0接口協(xié)議

　　◆ 多種RS232串口波特率：115200/9600bps等

　　◆ 支持文件系統(tǒng)： FAT32

　　◆ 直接創(chuàng)建Word、 Excel、二進制等各種類型文件

　　◆ 能對文件及文件目錄進行創(chuàng)建、更名、刪除及移動等操作

　　5 軟件流程介紹

　　總結

　　本設計建立了基于PIC32的嵌入式USB主機系統(tǒng)，該系統(tǒng)實現(xiàn)了USB協(xié)議中的Mass Storage類協(xié)議和精簡的FAT文件系統(tǒng)，能夠對U盤中的文件數(shù)據(jù)進行讀寫，完成相應的文件操作等各種功能。 該系統(tǒng)能真正實現(xiàn)了便攜式，擺脫了PC機對USB設備的控制，無需PC主機即可對USB設備進行讀寫操作，在嵌入式系統(tǒng)領域將有著很廣泛的應用前景。例如：

　　◆嵌入式儀器、設備將采集到的數(shù)據(jù)存儲到U盤，異地進行分析。

　　◆嵌入式產(chǎn)品可以通過USB接口隨時更新軟件系統(tǒng)，獲得最新數(shù)據(jù)。如可以在自動販賣機、自動售票機上及時更新貨物、票據(jù)的品種價格等信息。