用單片機(jī)實現(xiàn)USB/PS2 MOUSE的設(shè)計

引言

USB 低速設(shè)備的設(shè)計發(fā)展到現(xiàn)在已經(jīng)有了相當(dāng)?shù)某墒於取?各家IC公司都推出了USB DEVICE端的解決方案, 一般以8 BIT CPU CORE + USB SIE為主流構(gòu)架。 SH69P04是中穎電子(Sinowealth)本著豐富USB產(chǎn)品應(yīng)用,降低USB IC成本而設(shè)計的4BIT OTP單片機(jī), 用以開發(fā)USB DEVICE設(shè)備。

SH69P04的功能及特點

圖1 　　

如圖1, SH69P04集成了USB SIE, 支持USB和PS2端口復(fù)用。 內(nèi)建1.5K可控上拉電阻為用戶節(jié)約成本, 并能建立和PC穩(wěn)定的通訊。 專門為MOUSE設(shè)計的I/O端口。 雙CLOCK系統(tǒng)使IC耗電更少, 輕易滿足USB-IF對SUSPEND電流的要求。 8K×16 BIT的OTP ROM, 方便用戶開發(fā)。 最大可支持40×8 的LCD顯示或31個I/O, 滿足用戶的各種應(yīng)用。 另外還內(nèi)建Watch Dog, Low Power Detect功能。

　　1. USB和PS2端口共用

　　通過寄存器實現(xiàn)USB端口和PS2端口的切換

　　PS2PU = 1: 如果PS2IS = 1, 則內(nèi)部PS2專用上拉電阻起作用。當(dāng)需要使用USB端口時, 只要讓PS2IS = 0即能關(guān)閉PS2端口及其上拉電阻。

　　2. 1.5KΩ可控上拉電阻

　　如圖2, 有了這個1.5KΩ可控上拉電阻一方面可以節(jié)約成本, 另一方面可以實現(xiàn)軟開關(guān), 確保PC認(rèn)出DEVICE。

　　當(dāng)USB DEVICE和PC相連后由于內(nèi)部1.5KΩ上拉電阻并未打開, 所以PC不認(rèn)為有新的設(shè)備連接。 在打開上拉電阻前用戶可以放心的完成程序初始化及其它客戶程序, 而不必?fù)?dān)心需要及時響應(yīng)USB總線上的信號。 這是因為如果沒有可控的上拉電阻而是直接外加, 那么當(dāng)DEVICE和PC相連后, PC馬上就會知道有新的設(shè)備連接, 在一定時間后就會向DEVICE發(fā)送信號, 如果DEVICE連續(xù)幾次通訊失敗的話, PC就認(rèn)為該DEVICE出錯而不會再和它通訊。

　　另外結(jié)合Watch Dog可以進(jìn)一步確保DEVICE的連接。 用戶可以事先計算一下整個USB初始化過程所需的時間, 并設(shè)置Watch Dog。 萬一USB初始化出錯就可以產(chǎn)生Watch Dog Reset, 1.5KΩ上拉就被關(guān)閉, 程序重新開始。 PC就會認(rèn)為DEVICE有了一次插拔動作。程序死鎖也可以用這種方法來解決。

　　3. 專為MOUSE設(shè)計的I/O端口

　　如圖3, 原理分析時Q1.1和Q1.3是輸出方波。 實際上由于Photo Transistors是采用光敏三極管, 當(dāng)光柵轉(zhuǎn)動時, 光敏三極管受到的光線也是連續(xù)變化的, 所以輸出的波形也是連續(xù)變化的。 又因為光柵無法完全阻隔光線, 所以會產(chǎn)生一個OFFSET電平。 實際波形如圖4。

　　圖中VIH表示一旦輸入電平高于VIH, 那么MCU就認(rèn)為是高電平。 VIL表示一旦輸入電平低于VIL, 那么MCU就認(rèn)為是低電平。 在圖4所示的這種狀態(tài)下MCU可以很方便的讀到光柵轉(zhuǎn)動的情況。 但是由于干擾或者元器件老化等原因造成OFFSET電平發(fā)生變化, 使得輸入信號的電平無法和VIH、VIL相交(如圖5), MCU就會認(rèn)為輸入的信號一直為高或一直為低。

　　SH69P04為每一個MOUSE的端口提供三檔下拉電阻(如圖4)來控制OFFSET電平。 通過寄存器來選擇下拉電阻的阻值, 用以解決由于OFFSET電平的變化而引起的錯誤。

　　軟件設(shè)計

　　USB協(xié)議雖然很復(fù)雜, 但是MOUSE端需要編寫的程序卻十分有限。 用戶很容易就能和PC建立聯(lián)系。(Windows端HID驅(qū)動程序由操作系統(tǒng)提供)

　　1. USB/PS2端口的監(jiān)測

　　第一步: 上電, delay 50ms 第二步: 在2ms的時間內(nèi)監(jiān)測D-的電平, 如果有4次為高電平, 就是PS2接口。 否

則進(jìn)入第三步第三步: 打開USB上拉電阻, delay500us, 反復(fù)監(jiān)測D+和D-的電平, 直到其中有一個出現(xiàn)高電平。 如果D+是高電平, 則為PS2接口。 如果D-是低電平, 則進(jìn)入第4步。第四步: 關(guān)閉USB上拉電阻, delay 100us。 如果D+/D-都為低電平, 則為USB接口。

　　否則就是PS2接口。

　　2. USB Enumeration過程

　　整個過程有點像做測試題。 PC問, MOUSE回答。 其中關(guān)鍵是要告訴PC, 自身是一個MOUSE, 支持HID協(xié)議。 由于篇幅有限, 就不詳細(xì)列出了。

　　3. 把MOUSE的信息傳給PC

　　在Enumeration過程中, MOUSE會告訴PC后續(xù)X,Y,Z,按鍵這些信息的格式。 當(dāng)MOUSE有動作時, 只要按這個格式把數(shù)據(jù)返回給PC就可以了。 剩下的事情PC端HID驅(qū)動程序會去完成。