电子产品世界

　　目前，usb接口的使用越来越广泛，许多设备上都提供了usb接口。传统的usb控制器需要使用包括数据线和控制线在内的十多根线，占用了大量的cpu资源。而现代设备正在向体积小、功能强的方向发展，cpu更是要求表贴封装，功耗低，其自身资源非常有限，所以在扩展接口方面必须要尽可能少地占用已有芯片资源。本文介绍了如何使用max3420进行usb接口扩展。max3420提供了spi接口，只需3～4根线便可实现usb接口。

　　1 max3420简介

　　max3420是maxim公司推出的一款全速usb外设，包括必要的数字逻辑和模拟电路，支持usb2.o协议。max3420

　　内建全速收发器，支持±15kv的esd保护，可以编程控制usb总线的连接和断开;内含的串行接口引擎可以控制底层的usb协议细节，如错误校验和总线重连接。max3420通过spi接口操作其内部寄存器，工作频率为26 mhz，任何支持spi主模式的cpu只使用3～4根线便可增加usb功能。

　　2 max3420的外围电路

　　作为一款全速usb外设，max3420的外围电路并不复杂，如图1所示，图中采用usb自身供电

　　方式，右上角的3.3v稳压器表示产生3.3 v电压、为cpu供电的电压转换芯片，常用的有as2830、lmlll7等。与cpu连接的引脚共有6个，其名称和功能如表l所列。其中，usb配置必需的引脚是sclk、ss和miso三个。芯片的供电电压为0～4 v，可以采用3.3 v供电;采用12 mhz晶振，内部锁相环进行4倍频;还提供了4个通用输出口和4个通用输入口，便于cpu的i/o口扩展。

　　带有spi接口的cpu，与max3420的接口十分方便;如果不带spi接口，则也可用i/o口来实现spi的功能。图2为cpu与max3420的接口原理图。

　　3 max3420的工作方式

　　max3420的spi接口可工作于以下两种工作方式：全双工方式(mosi输入/miso输出)和半双工方式(mosi输入/输出)。

　　3.1 全双工方式

　　全双工方式下的读操作：

　　①ss为高，max3420未选中，miso为高阻态。

　　②当sclk为静止态时，ss了，低，max3420选中;打开miso输出缓冲，将要发送数据的最高位送到miso输出。

　　③spi主方式下，首先的8个时钟脉冲将命令由mosi发送;miso在sclk上升沿输出usb状态位。

　　④8个时钟脉冲以后，ss为高，max3420停止工作，miso输出高阻态。在sclk下降沿，下一个输出数据的最高位在miso顺序输出。

　　全双工方式下的写操作：

　　①spi主方式下设置时钟为静止态，ss为高。

　　②ss为低，将要写的数据的最高位放到mosi输入。

　　③spi主方式下.首先的8个时钟脉冲将命令由mosi发送;miso在sclk上升沿输出usb状态位。

　　④8个时钟脉冲以后，ss为高，max3420停止工作。

　　全双工方式下的读/写时序图如图3所示。

　　3.2 半双工方式

　　半双工方式下miso为高阻态，mosi为双向。由于只有一根线，因此半双工方式下usb状态位不再有效。半双工方式下的读/写操作：

　　①ss为高，max3420未选中，mosi可以为任意值。

　　②当sclk为静止态时，ss为低，max3420选中;将要写的数据的最高位送到mosi输入。

　　③spi主控制器打开输出驱动，首先的8个时钟脉冲将命令在sclk上升沿由mosi发送;8个时钟脉冲后，ss为高。

　　④如果要写spi数据，则spi主控制器保持打开输出驱动，在sclk脉冲下，顺序将数据位送到mosi引脚;如果要读spi数据，则在8个时钟脉冲后，spi主控制器关闭输出驱动，开始从mosi按时钟脉冲读入数据。

　　⑤ss为高.max3420停止工作。

　　半双工方式下的读/写时序图如图4所示。

　　4 usb程序流程

　　max3420共有4个端点，即ep0～ep3。其中：ep0为64字节的双向控制端点;epl为2×64个字节的双缓冲、批处理/中断输出端点;ep2为2×64个字节的双缓冲、批处理/中断输入端点;ep3为64字节的批处理/中断输入端点。epo主要用于枚举过程中发送命令，ep1和ep2主要用于完成大批量数据的收发。如图5所示，usb2.0协议由硬件接入层、中间层及上层应用3部分构成。其中：硬件接入层是与cpu紧密联系的，其他两层是与硬件无关的。硬件接入层主要实现了两个函数outport()和inport()。这两个函数是整个usb协议在硬件上运行