基于P89C61x2和ISP1581的USB接口電路的設計

摘 要：本文主要介紹了采用P89C61x2、ISP1581芯片設計測試系統(tǒng)USB接口的方法，闡述了硬件、軟件、應用程序等的設計流程，在試驗過程中實現(xiàn)了主機與設備之間簡單、可靠的連接和通信。
關(guān)鍵詞：USB；接口芯片；固件

本文主要針對傳統(tǒng)儀器的并行接口設計了一種基于單片機的接口電路。

主要芯片介紹
本設計采用控制芯片P89C61x2和接口芯片ISP1581實現(xiàn)USB接口電路的設計。
P89C61x2包含1024B RAM、64KB Flash存儲器、32個I/O口、3個16位定位/計數(shù)器、6個中斷源-4個中斷優(yōu)先級-嵌套的中斷結(jié)構(gòu)、1個增強型UART、片內(nèi)振蕩器和時鐘電路。此外，器件的靜態(tài)設計使其具有非常寬的頻率范圍，可選擇1MHz~12MHz的晶體振蕩器。具有兩個軟件可選的節(jié)電模式-空閑模式和掉電模式。

USB接口芯片ISP1581是一種價格低、功能強的USB接口器件，符合USB2.0規(guī)范，并為基于微控制器或微處理器的系統(tǒng)提供了高速USB通信能力；具有7個IN端點，7個OUT端點和1個固定的控制IN/OUT端點；可以通過軟件控制與USB總線的連接；內(nèi)部集成了帶PLL的12MHz晶體振蕩器；可通過內(nèi)部上電復位、低電壓復位電路和軟件復位。
　
系統(tǒng)硬件設計
系統(tǒng)的連接框圖如圖1所示。

圖1系統(tǒng)的連接框圖

ISP1581有兩種工作模式：通用處理器工作模式和斷開總線工作模式。本文的硬件設計中通過設置BUS-CONF=0實現(xiàn)斷開總線的工作模式。AD[7:0]為8位的多路復用地址/數(shù)據(jù)，與單片機的P0口連接；DATA[15:0]為16位的數(shù)據(jù)總線。MODE0接高電平，表示讀或?qū)懶盘柟ぷ髟?051類型；ALE與單片機的ALE相連，實現(xiàn)地址鎖存； RPU為USB D+線的外部上拉電阻連接端，通過一個1.5kW電阻與Vcc(3.3V)相連；RREF連接外部偏置電阻，通過一個12.0kW電阻同地端相連，使高速收發(fā)器得到一個精確的鏡電源。為了實現(xiàn)良好的EMC特性，所有的電源引腳均連接到由0.01mF和0.1mF電容并聯(lián)后的網(wǎng)絡中。

系統(tǒng)的固件設計
單片機的固件是USB設備運行的核心。主要包括以下幾個部分：
Kernel.c： 循環(huán)掃描USB事件；啟動設備和系統(tǒng)的工作；
Isr.c： 中斷服務程序；
Chap9.c：包含標準USB命令，用于在設備和主機之間建立一個基本連接；
Vendor.c：包含廠商定義命令，處理廠商請求；
Init.c：初始化單片機和ISP1581芯片。

初始化程序主要初始化各種狀態(tài)變量，包括單片機的初始化以及設置ISP1581寄存器。主要包括地址寄存器、模式寄存器、中斷配置寄存器,中斷使能寄存器 以及端點寄存器等。

USB設備采用控制傳輸完成枚舉，從而判斷出設備的狀況。

數(shù)據(jù)傳輸過程采用中斷方式，單片機通過讀取中斷寄存器的狀態(tài)判斷中斷源，并進入相應的中斷處理程序。ISP1581主要有SETUP中斷、總線掛起中斷以及端點輸入/輸出中斷等，控制端點設置64B的緩沖區(qū)，每次只能傳輸64B，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量由單片機控制。若傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)大于64B，將先傳輸64B，然后判斷剩下的字節(jié)數(shù)，同時確定是否為空包或短包。如果沒有數(shù)據(jù)傳送到單片機，將發(fā)送一個空包表明數(shù)據(jù)發(fā)送完畢。

固件主要完成設備初始化、USB協(xié)議標準請求處理以及其它應用程序如數(shù)據(jù)交換功能。程序采用C51語言編寫，使用Keil公司的uVision2編譯器進行編譯。
固件的主循環(huán)流程見圖2。

圖2 固件程序流程圖

設備驅(qū)動程序和應用程序的設計
USB設備驅(qū)動程序的開發(fā)，可采用Driver Works和Microsoft公司的2000DDK，并以VC++6.0作為開發(fā)環(huán)境。為了方便用戶開發(fā)USB接口，在DP-1581的開發(fā)包中提供了一個通用驅(qū)動程序，該程序可不加修改，直接使用。在本電路設計中，采用的是開發(fā)版自帶的驅(qū)動程序。

結(jié)語
本系統(tǒng)將原有的并口改進為USB接口，支持即插即用和熱插拔。經(jīng)實際試驗驗證，本系統(tǒng)性能穩(wěn)定可靠，具有一定的實際應用價值。

參考文獻
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2 蕭世文.USB2.0硬件設計.北京：清華大學出版社，2002