USB接口芯片SL811HS在51單片機系統(tǒng)中應(yīng)用

１ 引言

ＵＳＢ（通用串行總線）是ＩＮＴＥＬ、ＤＥＣ、ＭＩ-ＣＲＯＳＯＦＴ、ＩＢＭ等公司聯(lián)合提出的、最近幾年逐步在ＰＣ領(lǐng)域廣為應(yīng)用的新型接口技術(shù)。ＵＳＢ接口通用性好、實時性強、傳輸方式多樣、成本低、支持即插即用、易于擴展且便于使用，這些優(yōu)點使其得到許多硬件廠商的青睞。目前各種類型的ＵＳＢ產(chǎn)品已大量涌入市場，同時也被廣泛地用在ＰＣ機及嵌入式系統(tǒng)中。

ＵＳＢ的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中居核心地位的是Ｈｏｓｔ（也稱為主機），任何一次ＵＳＢ數(shù)據(jù)傳輸都必須由主機發(fā)起和控制，所有的ＵＳＢ外設(shè)都只能和主機建立連接，任何兩個外設(shè)之間或是兩個主機之間無法直接通信。而目前，扮演主機角色的大多是個人電腦ＰＣ。而我們買到和使用的ＵＳＢ移動設(shè)備都是ＵＳＢ外設(shè)（ｄｅｖｉｃｅ），如ＵＳＢ的移動硬盤、ＵＳＢ接口的數(shù)碼相機等。所有這些設(shè)備都只能在ＰＣ上或通過ＰＣ來進(jìn)行文件和數(shù)據(jù)交換。沒有了ＰＣ，這些設(shè)備就 “失靈”了（指數(shù)據(jù)交換的功能）。

５１系列單片機以其優(yōu)越的性能、成熟的技術(shù)高可靠性、高性價比吸引了大量國內(nèi)用戶，被廣泛應(yīng)用于測控和自動化領(lǐng)域。用５１系列單片機實現(xiàn)ＵＳＢ主機接口，進(jìn)而實現(xiàn)對ＵＳＢ外設(shè)的控制，對提高整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)傳輸、設(shè)備控制等性能都有很大的作用。本文使用５１系列單片機Ｗ７８Ｅ５４和ＵＳＢ接口芯片ＳＬ８１１ＨＳ設(shè)計了一個ＵＳＢ主機接口，通過該接口可實現(xiàn)對ＵＳＢ外設(shè)Ｕ盤的讀寫控制，從而實現(xiàn)單片機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的海量數(shù)據(jù)存儲＊。

２　ＳＬ８１１ＨＳ的結(jié)構(gòu)性能

ＳＬ８１１ＨＳ是ＣＹＰＲＥＳＳ公司生產(chǎn)的、可支持全速數(shù)據(jù)傳輸?shù)模眨樱驴刂菩酒熢撔酒捎茫玻改_ＰＬＣＣ和４８腳ＴＱＦＰ兩種封裝形式，且內(nèi)含ＵＳＢ主／從控制器，支持全速（ｆｕｌｌ－ｓｐｅｅｄ）／低速ｌｏｗ－ｓｐｅｅｄ　數(shù)據(jù)傳輸，并能自動識別低速或全速設(shè)備。ＳＬ８１１ＨＳ所提供的接口遵從ＵＳＢ１．１標(biāo)準(zhǔn)，可與微處理器、微控制器、ＤＳＰｓ相連，也可直接與ＩＳＡ、ＰＣＭＣＩＡ及其它總線相連。ＳＬ８１１ＨＳ的數(shù)據(jù)接口與微處理器進(jìn)行接口可提供８位數(shù)據(jù)Ｉ／Ｏ或雙向ＤＭＡ通道，并能以從機操作方式支持ＤＭＡ數(shù)據(jù)傳輸。此外，通過中斷支持還可以輕松地與Ｍｏｔｏｒｏｌａ、Ｉｎｔｅｌ及其它眾多類型的標(biāo)準(zhǔn)微處理器或微控制器相連。ＳＬ８１１ＨＳ內(nèi)部有一個２５６字節(jié)的ＲＡＭ，可用做控制寄存器或數(shù)據(jù)緩沖器。ＳＬ８１１ＨＳ的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖１所示。

３ 和微控制器的硬件接口

圖２所示是５１系列微控制器Ｗ７８Ｅ５４與ＳＬ８１１ＨＳ的連接電路。在該設(shè)計硬件時，由于所選用的５１系列單片機Ｗ７８Ｅ５４及其周圍元件的工作電壓為５Ｖ，而ＳＬ８１１ＨＳ的工作電壓為３．３Ｖ，所以系統(tǒng)應(yīng)同時提供５Ｖ和３．３Ｖ電源；雖然ＳＬ８１１ＨＳ可以使用１２ＭＨｚ晶振，但在實際使用過程中發(fā)現(xiàn)，如果晶振質(zhì)量不太好，電路穩(wěn)定性就會比較差，因此，設(shè)計時推薦使用４８ＭＨｚ晶振；由于ＳＬ８１１ＨＳ的中斷請求輸出的是高電平，因此需要用反向器把它變換成低電平以滿足Ｗ７８Ｅ５４中斷輸入要求；此外，ＳＬ８１１ＨＳ是低電平復(fù)位；其ＵＳＢ插座的電源接口也應(yīng)作５００ｍＡ限流處理以保護(hù)系統(tǒng)。

４ 軟件設(shè)計

ＵＳＢ軟件設(shè)計分為２部分，一是針對ＳＬ８１１ＨＳ芯片編寫ＵＳＢ主機控制器驅(qū)動程序；二是系統(tǒng)調(diào)用驅(qū)動程序來完成Ｕ盤數(shù)據(jù)讀寫的應(yīng)用程序。

４．１ 主控制器驅(qū)動程序設(shè)計

ＵＳＢ設(shè)備驅(qū)動程序是開發(fā)ＵＳＢ外設(shè)的關(guān)鍵，ＵＳＢ協(xié)議的復(fù)雜性導(dǎo)致了ＵＳＢ驅(qū)動程序內(nèi)容的多樣性。本文只介紹主機完成Ｕ盤數(shù)據(jù)讀寫功能所需的主要模塊，包括初始化模塊、枚舉模塊、讀字節(jié)模塊、寫字節(jié)模塊、讀緩沖區(qū)模塊、寫緩沖區(qū)模塊等。

初始化模塊用來設(shè)置ＳＬ８１１ＨＳ的主／從機工作模式、全速或低速工作方式、內(nèi)部數(shù)據(jù)緩沖區(qū)結(jié)構(gòu)等；而枚舉主要是指主機監(jiān)測到Ｕ盤插入時，主機和Ｕ盤之間產(chǎn)生的一個過程。當(dāng)枚舉發(fā)生時，主機首先自動發(fā)出查詢請求，Ｕ盤回應(yīng)這個請求，并送出設(shè)備的Ｖｅｒｄｏｒ ＩＤ和ＰｒｏｄｕｃｔＩＤ然后由主機根據(jù)這兩個ＩＤ裝載相應(yīng)的設(shè)備驅(qū)動程序，以完成枚舉過程。通過枚舉不但可為Ｕ盤設(shè)定設(shè)備地址，而且可以得到Ｕ盤端點的描述表及Ｕ盤支持協(xié)議，之后就可以根據(jù)Ｕ盤所屬的子類及協(xié)議對Ｕ盤進(jìn)行操作。