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基于C8051f340单片机的USBHID类设备设计

倪陈强;陈贇

【摘要】USB作为近年来计算机和嵌入式领域中的热点,推动了计算机外设的飞速

发展,各种具有USB接口的嵌入式系统不断涌现.但是,USB协议复杂,若为每种设备

都开发相应的设备驱动程序,开发周期势必加长.介绍一种USB外设的实现方案,该

方案采用C8051F340单片机内置的USB接口,实现了基于HID类协议的USB设

备的设计.采用该方案实现USB设备,无需专门开发设备驱动程序.该方案实用性强,

可大大缩短开发周期.

【期刊名称】《现代电子技术》

【年(卷),期】2007(030)018

【总页数】3页(P64-66)

【关键词】USB;C8051F单片机;HID;API

【作者】倪陈强;陈贇

【作者单位】西安科技大学,机械工程学院,陕西,西安,710054;西安科技大学,机械工

程学院,陕西,西安,710054

【正文语种】中文

【中图分类】TP33

基于传统I/O模式的外设必须占用PC主机的中断请求、I/O地址等系统资源，而

这些有限的主机资源无法满足众多外设连接的需要。USB接口的出现，解决了日

益增加的PC外设与有限的主板插槽和端口数量之间的矛盾。但是，USB设备协议

比较复杂，驱动程序开发比较费时。本文介绍一种利用C8051F340单片机和

USBHID类设备驱动程序进行USB设备开发的方法。

1C8051F340单片机简介

系统单片机采用C8051F340，此单片机具有流水线的指令结构；70%指令的执行

时间为1或2个系统时钟，48MHz的时钟频率，指令执行速度可达48MIPS。

其内置USB接口完全兼容USB2.0，支持全速(12MBPS)和低速(1.5MBPS)两种

运行速度，8个可灵活配置的端点,专用的1kB的USB缓冲存储器，集成的收发

器，无需外部电阻，可方便实现与计算机的通信。片内稳压器支持USB总线供电；

片内稳压器旁路支持USB自供电。

2单片机的USB接口设计

C8051F340单片机内部集成了USB收发器，无需外部电阻，可以方便地与USB

接口连接。USB接口与单片机的连接如图1所示。C8051F340可以被配置为

USB固件自身供电，也可以配置为USB总线供电。将J3的VBUS与REGIN短接

起来，被配置为USB总线供电；将J3的VDD与REGIN短接，被配置为USB固

件自身供电，并且片内稳压器被禁止；将J4的REGIN与5V网络短接，被配置

为USB固件自身供电，但片内稳压器被允许。

图18051F340单片机的USB的接口

3USBHID设备类协议

为简化USB设备的开发过程，USB提出了设备类的概念。HID设备类即人机接口

设备，如键盘、鼠标等。HID设备既可以是低速设备也可以是全速设备，具有以

下的功能特点：适用于传输少量或中量的数据；传输的数据具有突发性；传输的最

大速率有限制；无固定的传输率。

3.1HID的数据传输方式

USB规范规定了4种数据传输方式：控制传输、中断传输、同步传输和批量传输。

控制传输主要用于主机与设备间关于配置、状态和控制信息的传输，任何USB设

备都必须支持控制传输。中断传输用于数据量较小、小定时传送、允许一定延迟、

服务周期受限的设备；同步传输用于大数据量、实时性高、允许一定差错的设备；

批量传输用于大数据量、可靠性高、实时性不很高的设备。根据HID规范，所有

HID类设备与主机间的通信采用控制传输和中断传输2种方式。HID类设备与主

机的传输管道如图2所示。

图2HID的数据传输方式

3.2设备描述符结构

HID设备类除支持设备(Device)描述符、配置(Configuration)描述符、接口

(Interface)描述符、端点(Endpoint)描述符和字符串(String)描述符等标准描述符

外，还自行定义了3种类描述符，分别为HID描述符(主要用于识别