嵌入USB控制器的51系列单片机EZ-USB

发布时间:2008/5/27 0:00:00 访问次数:403

摘要：主要介绍嵌入usb控制核的51系列单片机ez-usb的特性及传输与控制机理。该内核可帮助usb外设开发者完成usb协议中规定的80%~90%的通信工作，是usb外设研制者的理想选择。文中还对使用不同的usb芯片组成的应用系统作了比较

关键词：usb ez-usb 软配置枚举端点控制v

1 概述

随着pc的广泛应用，其外设也越来越多，打印机、鼠标、扫描仪、游戏杆、音箱……，每个外设都需要通过一个接口与pc相连。外设多了，pc的i/o插口自然也就不够用了。在很多特定的应用场合，如工业数据采集等领域，常常用采集板卡来完成工作，而每一个板卡自然会占用一个pc插槽。pc插槽有限。采集点多了就不够用。除此之外，在个人电脑的应用中，外围设备存在很多问题。这些问题大致可以归结到成本、配置以及个人电脑的连接等几个方面，而usb正是为了解决这些问题而出现的一种方案。简而言之，usb的出现不仅解决了i/o插口不够的问题，而且还建立了一条连接和访问外设的方法。这些方法可以有效地减少总体成本，而且从终端用户的角度来看，可以增加可连接的外设数目，简化设备的连接和配置。

通用串行总线usb是由intel等厂商制定的连接计算机与具有usb接口的多种外设之间的串行总线。其拓扑结构如图1所示。

usb的特性有：

成本低。为了把外设连接到pc上，usb提供了一种低成本的解决方案。

热插拔。设备连接后由usb自动检测，并由软件自动配置，完成后可立即使用，无须用户干涉。

单一的连接器类型。usb定义了一种简单的连接器，可以用来连接任何一个usb设备。多个连接器可以通过usb集线器连接。

每个usb总线支持127个设备的连接。

usb支持三种设备传输速率：1.5 mb/s(低速设备)、12 mb/s(中速设备)和480 mb/s(高速设备)。

外设能够直接由usb总线进行供电。

不需要系统资源(如内存、i/o地址空间和中断请求线路)。

usb事务处理包括错误检测机制，它们用以确保数据无错误发送。

电源保护。如果连续3 ms没有总线活动，usb将自动进入挂起状态。

支持四种类型的传输方式：块传输、控制传输、中断传输和同步传输。

2 通用usb控制系统的组成结构

在每一个usb设备中都有一个串行接口引擎(sie)。sie与usb数据线的d+和d-两个引脚相连，与usb设备进行字节传送。图2表示一次usb块传输，时间顺序从左到右。sie对pid信息包进行解码，并通过传送的crc位对数据进行错误检测，然后，将有效数据送到usb设备。如果sie检测到一个出错的数据，它并不是发出一个握手信号，而是自动地不进行响应，并告诉主机延时重发。

由于usb被设计成可以用简便有效的方法来与多种类型的外设通信，没有现有接口的局限性和缺点，这样，导致了对usb接口的设计和编程更加复杂。为了降低设计者的开发难度，使用专用的usb控制器已成为研制人员的首选方案。

usb协议的复杂性意味着usb外设必须具备智能。usb控制器必须知道如何检测并对usb端口的事件做出反应。一般的做法是：usb控制器只处理usb通信，由一个外部的微控制器(mcu)来管理usb控制器的寄存器、设备描述符的获取和数据包的交换等，如图3所示。

表1所示为可与一般微控制器连接的usb控制器。

usb控制器使用串行口或并行口与mcu连接。这样，外部接口可能比usb最大速度要慢，使得芯片只适合传送间歇数据。这样设计的好处是系统组成灵活，可根据不同的系统需求，搭配不同的mcu，使其具有很高的性能价格比；但同时也加大了编程设计人员的开发难度，延长了产品的开发周期。

另一种可行的方法是使用嵌入mcu的usb控制器。这样