《C8051F320在USB设计中的应用》.doc

摘要：C8051F320是Cygnal公司推出的一款新型USB微控制器芯片。该器件具有较快的处理速度和较大的存储容量，并且具有在系统可编程的功能，是USB接口设计的理想选择。文中介绍了C8051F320的特点和引脚功能，并以一个USB-CAN接口转换模块为例介绍了USB接口的软硬件设计。 　　 关键词：C8051F320；USB；USB描述符；固件　　随着ＵＳＢ技术的快速发展以及ＵＳＢ外设在越来越多场合的广泛应用，支持ＵＳＢ接口技术的芯片也越来越多。对于ＵＳＢ接口的设计，如非扩展之用，选用带有ＭＣＵ的ＵＳＢ控制器当然是设计师们的首选，因为这样不仅可以大大简化硬件电路、减小外设体积，而且还可以提高产品的可靠性。文中介绍的Ｃ８０５１Ｆ３２０就是顺应这种需求而推出的一种新型ＵＳＢ控制器芯片。　　１ Ｃ８０５１Ｆ３２０的主要特点　　Ｃ８０５１Ｆ３２０是Ｃｙｇｎａｌ公司推出的一款具有全速ＵＳＢ功能的混合信号ｆｌａｓｈ微控制器芯片，该器件内部集成有２３０４ ＢｙｔｅＲＡＭ和１６ｋＢｙｔｅ的ｆｌａｓｈ存储器。实际上，Ｃ８０５１Ｆ３２０是一个完整的小型片上系统（ＳｏＣ）。由于利用该芯片进行设计时可以不需要任何外部元件（包括电阻和晶振），因而是小型ＵＳＢ应用的理想选择。与其它同类产品相比，Ｃ８０５１Ｆ３２０主要具有如下一些特点：　　 　　●全速的ＵＳＢ ２．０功能控制器；　　●内部集成了时钟恢复电路，且不需要外接晶体振荡器；　　●可支持８个ＵＳＢ端点；　　●带有１ｋ字节的ＵＳＢ缓冲存储器；　　●内部集成了ＵＳＢ接口的数据收发器，设计中无需外部上拉电阻；　　●具有高速增强型８０５１ ＭＣＵ内核，该ＭＣＵ内核采用流水线式指令结构，７０％的指令执行时间为一个或两个系统时钟周期，处理速度可达２５ＭＩＰＳ（时钟频率为２５ＭＨｚ时）。　　此外，Ｃ８０５１Ｆ３２０还有许多其它特性，如支持在系统编程（ＩＳＰ），带有可编程的数字Ｉ／Ｏ和数字交叉开关，可提供全速、非侵入式的在系统片内调试电路等。　　２ Ｃ８０５１Ｆ３２０的引脚功能　　Ｃ８０５１Ｆ３２０的引脚排列如图１所示。主要引脚的功能如下：　　Ｄ＋、Ｄ－：ＵＳＢ电缆的ＵＳＢ Ｄ＋和ＵＳＢ Ｄ－连接端；　　ＶＤＤ：２．７～３．６Ｖ片上电源输入端或片内电压调节器的３．３Ｖ输出端；　　ＲＥＧＩＮ：片内电压调节器的５Ｖ输入端；　　ＶＢＵＳ：ＵＳＢ电缆ＶＢＵＳ引线的感应输入端，当该脚出现５Ｖ高电平信号时，表示该设备已经和主机连接好；　　ＲＳＴ／Ｃ２ＣＫ：多功能引脚，内部上电复位ＰＯＲ（Ｐｏｗｅｒ Ｏｎ Ｒｅｓｅｔ）和ＶＤＤ监视器的漏极开路输出，使该脚保持低电平１５μｓ以上可对系统进行一次复位。此外，该脚还可作为Ｃ２接口的时钟信号输入端；　　Ｐ３．０／Ｃ２Ｄ：多功能引脚，可作为Ｉ／Ｏ端口或Ｃ２接口的双向数据信号传输端口。　　３应用举例　　笔者以Ｃ８０５１Ｆ３２０为核心设计了一个ＵＳＢ和ＣＡＮ总线的接口转换模块，运用该接口转换模块可以方便地把具有ＵＳＢ接口的测控设备连接到一个ＣＡＮ总线测控网络中，以对系统的运行状况进行系统和整体的测试和分析。在该接口转换模块的设计中，最主要的工作就是ＵＳＢ接口部分的设计，包括硬件电路和固件程序的设计。 　　３．１ ＵＳＢ 接口硬件电路设计　　由于Ｃ８０５１Ｆ３２０微控制器具有简单易用的特点，因此，用Ｃ８０５１Ｆ３２０进行ＵＳＢ接口的硬件设计也显得十分简单，主要包括两部分的内容，一是接口转换模块供电方式的选择，二是ＵＳＢ引脚的连接，图２是其ＵＳＢ接口电路图。　　由于整个模块的功率估计在３Ｗ左右，而ＵＳＢ总线的供电量只适合小功率模块的供电，最大也只有５００ｍＡ，因此不能满足整个模块的安全供电，所以模块选择自供电模式，图２所示的整个模块（包括Ｃ８０５１Ｆ３２０和模块中所有其它部分）的供电电源都来自外部５Ｖ电源。由于Ｃ８０５１Ｆ３２０中的ＵＳＢ收发器内部集成了上拉电阻，因而不需要任何外部器件便可直接与ＵＳＢ接口相连。　　３．２ ＵＳＢ固件程序设计　　ＵＳＢ固件程序设计是ＵＳＢ接口部分的主要工作，它的主要目的是：当ＵＳＢ设备连接到主机上时，主机可以发现新设备，然后建立连接并完成数据传输任务，也就是能够让Ｗｉｎｄｏｗｓ正常检测和识别ＵＳＢ设备。因此在ＵＳＢ固件程序中，最重要的工作就是ＵＳＢ描述符的定义和ＵＳＢ传输中断的处理。　　（１）ＵＳＢ描述符　　ＵＳＢ描述符是ＵＳＢ协议定义的一套描述设备功能和属性的固定结构的描述语言。ＵＳＢ２．０中的描述符包括设备描述符、配置描述符、接口描述符、端点描述符等８种标准描述符和其它一些非标准描述符。ＵＳＢ主机通过ＵＳＢ描述符完成设备类型的识别和配置，同时为设备提供相应的客户端驱动程序，运行于ＵＳＢ协议栈上层的