基于PDIUSBDl2芯片的USB接口设计

(1)有较高的传输速率 USBl．1支持全速和低速2种方式。全速速率为12 Mb／s，低速速率为1．5 Mb／s；USB 2．0除支持USB 1．1的2种速度方式外，还增加了速率可达480Mb／s的高速方式。

(2)他的使用方便灵活， USB支持即插即用和热插拔，他允许在任何时候连接和断开外设，当外设被连接时，系统会自动检测到外设并准备使用。

(3)他易于扩展 通过根集线器可携带127个设备，真正实现多个外设共用一个接口。

此外，USB还有可靠性高、成本低、功耗小等优点而倍受欢迎。

目前供于开发USB设备的芯片很多，但主要有2类：一类是带USB接口的微控制器(MCU)，这些微控制器有些是从底层专用于USB控制的，比如Cypress半导体公司的CY7C63xxx(低速)、CY7C64013(全速)，这类微控制器有自己的系统结构和指令；有些微控制器只是增加了USB接口的通用芯片(基于8051内核)，比如Intel公司的8x931，8x930，Cypress半导体公司的EZ-USB；另一类是纯粹的USB接口芯片，他需要一个外部微控制器控制，比如朗讯公司的USS820／825，National半导体公司的USBN9602，NetChip公司的NET2888，Philips公司的PDIUSBDll(I2C)和PDIUSBDl2(并行接口)。因此在USB设备开发之前必须根据具体要求选用合适的USB接口芯片，以降低开发成本、减少开发时间。本文以PDIUSBDl2为USB接口芯片，以ADuC812为控制器完成了USB接口的设计。

1 PDIUSBDl2芯片和ADuC812芯片简介

1.1 PDIUSBDl2简介

PDIUSBDl2是Philips公司推出的一款特点突出USB接口芯片。该芯片使用8位并行数据线连接到MCU，1位地址线用来区分写命令或读写数据，他支持3个USB端点，1个端点能保存128B，另2个能保存256B。

PDIUSBDl2完全遵从USB 1．1协议，他内部集成有串行接口引擎(SIE)、320bFIFO存储器、收发器(Transceiver)和电压调节器，其原理框图如图1所示。还有可编程的时钟输出和状态LED输出(GoodLinkTM)，可控制的软件连接(SoftConnectTM)以及内部上电复位和低电压复位电路。有2种电源供电方式：内部3．3±0．3V电源和外部电源(电压范围3．6～5．5 V)。温度范围为一40℃～+85℃，采用28脚SSOP封装。

对外部微控制器没有任何限制，开发者可以选用自己熟悉的MCU来控制。多种中断方式方便于块传输(Bulk)和同步传输(1sochronous)，使用块传输方式时的速度可达1Mb／s，同步传输的速度可达1 Mb／s。他适合大多数USB设备类的设计：图像设备类、大容量存储设备类、通信设备类、打印设备类、人机接口设备类等。

1．2 ADuC812简介

ADuC812是美国AD公司首先投入市场的微处理器，其内部集成了完整的8052内核、1个8通道的12位ADC、2个12位的电压输出DAC，除了8052的256 b RAM外，还有640 b Flash数据存储器，8 kb Flash程序存储器。

另外该MCU还有看门狗定时器、电源监视器、ADC与数据存储器之间的DMA功能，以及为多处理器接口和I／O扩展提供了32条可编程的I／O线、I2C兼容的SPI和标准UART串行I／O等。他采用52脚PQF封装，大小约为1cm2。

同时，AD公司还为ADuC812的开发提供了完整的硬件调试工具和开发仿真软件，使得开发变得简单方便。因此，ADuC812由于体积小、功耗低、性价比高而极具诱人的应用前景。[page]

2 硬件电路设计

由PDIUSBDl2和ADuC812构成的USB接口电路如图2所示。PDIUSBDl2的8位并行数据接人ADuC812的PO口，地址线A15(P2．7)作为PDIUSBDl2的片选，地址线A14(P2．6)作为PDIUSBDl2的命令或数据的选择线。在片选信号有效的前提下(P2．7＝0)，当P2．6＝1时，给PDIUSBDl2发命令；当P2．6＝0时，给PDIUSBDl2写数据或从PDIUSBDl2的Buffer中读数据；因此，地址0x7FFF发命令，地址0x3FFF读写数据。PDIUSBDl2与ADuC812的数据交换采用中断方式(外部中断0)。他的一个输出(GL_N)接LED对其状态进行监控，这个LED在USB被连接时会发光，在进行数据传输时会闪烁，LED常亮或一直不亮说明USB接口有问题。

USB设备通过4线电缆接入主机或USB Hub，这4线分别是：Vcc(总线电源)，GND(地线)，D+和D一(数据线)。主机通过D+和D一上的电压变化来检测到设备的状态，当没有设备连接到USB端口时，D+和D一线上的下拉电阻就将2条数据线拉到近地，当检测到任一条数据线电压接近Vcc，而其他保持近地电压，那么主机就知道该设备已经准备好了。

主机通过检测是哪一条数据线电压变高来确定设备是全速或低速，当D+数据线高时，就为全速；当D一数据线低时，就为低速。PDIUSBBDl2的全速模式通过软连接(SoftConnectTM)在D十上接1个1．5k12的上拉电阻。

3 固件设计

当设备连接到主机以后，主机通过给PDIUSBDl2的端点0发送包含标准USB请求的控制传输(即Setup包)，PDIUSBDl2产生一个中断给MCU(INT0)，MCU通过读PDIUSBDl2的中断寄存器和最后一次传输状态寄存器来对每一个请求作出响应，并通过PDIUSBDl2的端点0回送请求信息。主机从返回的信息中读取描述数据，分配和载人一个设备驱动程序并对设备进行配置。设备被配置好后，就可以使用配置中支持的端点来传输数据。这一部分工作由MCU来控制完成，并且该控制程序需要固化在ADuC812的内部ROM中，称之为固件(firmware)。

PDIUSBDl2的端点0有3个状态，其变化关系如图3所示，固件程序必须利用这3种状态关系来正确地处理控制传输。把主机通过PDIUSBDl2的端点0给设备发USB请求设为OUTs，通过端点0接收数据设为INs。MCU处理来自主机的Setup包(Control Out)的软件流程图如图4所示，MCU通过PDIUSBDl2的控制端点。给主机发送描述符数据(Control In)的软件流程图如图5所示。PDIUSBDl2的描述符数据必须严格遵循USBl．1协议第九章(Chap9)的规定，描述符数据包括设备描述符、配置描述符、接口描述符、端点描述符、字符串描述符。

完成PDIUSBDl2的固件(Firmware)程序后，在USB设备驱动程序的开发中笔者使用了Jungo公司的WinDriver 5．03，应用程序的开发使用的是VC 6．0。

4 结 语
该USB接口适合于高速数据采集系统与主机进行数据通信，同时，他也为便携式系统提供了方便、快捷和可靠的接口解决方案。目前，USB已经广泛地应用在PC的外设上，特别是USB 2．0协议推出后，数据传输能力和速度大大提高，使得USB数码相机、数码摄像机能在短时间内完成大容量的图像传输。此外，USB的突出特点使得他必将在更广阔的领域得到应用。