專利名稱：嵌入式usb主機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，特別是涉及一種采用嵌入式計(jì)算機(jī)技術(shù)，帶有USB接口的嵌入式USB主機(jī)。
背景技術(shù)：
USB接口可把多達(dá)127個(gè)外設(shè)連到用戶的系統(tǒng)上，通過協(xié)議來共享USB的帶寬，其12Mbps的帶寬對于鼠標(biāo)等中、低速外設(shè)已經(jīng)足夠了，而在2000年發(fā)布的USB2. O版本中，USB帶寬已經(jīng)被提升到480Mbps，USB支持即插即用，即允許外設(shè)在主 機(jī)和其他外設(shè)工作時(shí)進(jìn)行連接、配置、使用和刪除，應(yīng)用USB總線規(guī)范，可以取代PC上過多的I/0接口而僅以一個(gè)串行接口取代，使得PC與外設(shè)之間的連接變得更加容易。自從1996年2月USB1. O版本發(fā)布后短短幾天內(nèi)，USB不僅成為了 PC主板上的標(biāo)準(zhǔn)接口，而且成為了所有PC外設(shè)如鍵盤、鼠標(biāo)、顯示器、打印機(jī)、數(shù)字相機(jī)、掃描儀和游戲手柄等與PC相連的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議之一，迅速占領(lǐng)了計(jì)算機(jī)中、低速外設(shè)的市場，大有取代串口和并口之勢，使用USB接口的設(shè)備正在以驚人的速度發(fā)展，2003年生產(chǎn)的PC幾乎都有USB接口，最新的PC還有USB集線器和4 6個(gè)USB接口，最新推出的USB2. O版本，其速度比USB1. O和I. I版本快將近40倍，達(dá)到480Mbps，使USB推廣到硬盤、調(diào)制解調(diào)器、信息家電網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品和其他快速外設(shè)成為了可能。在早期的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上常用串口或并口連接外圍設(shè)備，每個(gè)接口都需要占用計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)資源如中斷，I/O地址，DMA通道等，無論是串口還是并口都是點(diǎn)對點(diǎn)的連接，一個(gè)接口僅支持一個(gè)設(shè)備，因此每添加一個(gè)新的設(shè)備，就需要添加一個(gè)ISA/EISA或PCI卡來支持，同時(shí)系統(tǒng)需要重新啟動(dòng)才能驅(qū)動(dòng)新的設(shè)備，USB總線主要用于PC機(jī)與外圍設(shè)備的互聯(lián)，和傳統(tǒng)的串并口相比USB總線具有低成本、使用簡單、支持即插即用、易于擴(kuò)展、應(yīng)用范圍廣等特點(diǎn)，已被廣泛地用在PC機(jī)及嵌入式系統(tǒng)上，USB接口還具有數(shù)據(jù)傳輸速率高、使用方便等特點(diǎn)，但USB技術(shù)還不是很成熟，特別是高速設(shè)備。雖然USB技術(shù)在PC領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)如日中天，但由于其以主機(jī)為中心的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、軟件復(fù)雜性以及相對于嵌入式系統(tǒng)較高的功率要求，所以在嵌入式系統(tǒng)中，特別是在無操作系統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)中如何接入外圍設(shè)備一直變化不大，許多設(shè)計(jì)師寧愿沿用原來常用的RS232串行接口或并行接口，而不愿觸及復(fù)雜的USB接口，隨著近年來對USB規(guī)范的修改，允許使用替代的連接方法，對主機(jī)電源要求有所降低，并可選用480 Mbps的數(shù)據(jù)傳輸速率，再加上有數(shù)百種現(xiàn)成的廉價(jià)外設(shè)可供使用，使人們對嵌入式USB應(yīng)用的興趣與日俱增。隨著USB應(yīng)用領(lǐng)域的逐漸擴(kuò)大，人們對于USB的期望也越來越高，希望USB能通過PDA等移動(dòng)設(shè)備直接和USB外設(shè)通信，使得USB能應(yīng)用在沒有PC的領(lǐng)域中，但這正是USB的一個(gè)致命的弱點(diǎn)，USB的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中居于核心地位的是主機(jī)，任何一次USB的數(shù)據(jù)傳輸都必須由主機(jī)來發(fā)起和控制，所有的USB外設(shè)都只能和主機(jī)建立連接，任何兩個(gè)外設(shè)之間或是兩個(gè)主機(jī)之間無法直接通信，而目前，大量的扮演主機(jī)角色的是PC，因此，我們目前所買到和使用的USB移動(dòng)設(shè)備，都是USB的外設(shè)，比如USB的移動(dòng)硬盤、USB接口的數(shù)碼相機(jī)等等，所有這些設(shè)備都只能與PC進(jìn)行文件和數(shù)據(jù)交換。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足而提供一種直接利用MCU+USB主控芯片實(shí)現(xiàn)的方案，采用8位單片機(jī)實(shí)現(xiàn)USB主機(jī)功能，在MCU完成對USB主機(jī)控制芯片的驅(qū)動(dòng)的同時(shí)，把數(shù)據(jù)按照USB協(xié)議打包，實(shí)現(xiàn)對Mass Storage類USB設(shè)備的訪問，完成對U盤文件的創(chuàng)建、讀寫等基本操作，這個(gè)方案的優(yōu)點(diǎn)是用8位MCU，硬件電路簡單、外圍器件少、系統(tǒng)成本低，CPU通過執(zhí)行虛擬軟件模塊直接驅(qū)動(dòng)普通I/O 口實(shí)現(xiàn)硬件外設(shè)功能，在單片機(jī)上加載USB協(xié)議棧、Mass Storage類協(xié)議以及構(gòu)建FAT文件系統(tǒng)，在外接一個(gè)USB主機(jī)控制芯片的情況下就可以獨(dú)立于PC實(shí)現(xiàn)USB主機(jī)功能，實(shí)現(xiàn)對 USB設(shè)備的直接控制和操作。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是嵌入式USB主機(jī)它包括主機(jī)控制器、串口通信模塊電路、電平轉(zhuǎn)換電路、USB下行端口電路。所述的主機(jī)控制器包括單片機(jī)系統(tǒng)、外擴(kuò)ROM、外擴(kuò)RAM、USB主控器、USB接口、按鍵、LED顯示、RS232接口，外擴(kuò)ROM、外擴(kuò)RAM、USB主控器、按鍵、LED顯示以及RS232接口都連接在單片機(jī)系統(tǒng)上，與單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，USB接口連接在USB主控器上。所述的串口通信模塊電路包括:MAX232CPE芯片、R232接口、第一電容、第一電容、第二電容、第三電容、第四電容、第五電容，MAX232CPE芯片的Cl+管腳通過第二電容連接MAX232CPE芯片的Cl-管腳，MAX232CPE芯片的V+管腳通過第一電容連接MAX232CPE芯片的Vcc管腳，MAX232CPE芯片的C2+管腳通過第三電容連接MAX232CPE芯片的C2-管腳，MAX232CPE芯片的V-管腳通過第四電容接地，MAX232CPE芯片的Vcc管腳通過第五電容，連接MAX232CPE芯片的GND管腳，MAX232CPE芯片的GND管腳接地，MAX232CPE芯片的TlOUT管腳連接R232接口的第二管腳，MAX232CPE芯片的RlIN管腳連接R232接口 8的第三管腳，R232接口的第五管腳接地，MAX232CPE芯片的RlOUT管腳及MAX232CPE芯片9的TlIN管腳與單片機(jī)系統(tǒng)相連。所述的電平轉(zhuǎn)換電路包括TPS9633芯片、第六電容、第七電容、第八電容，TPS9633芯片的IN管腳及TPS9633芯片的EN管腳相連，連接在單片機(jī)系統(tǒng)上，TPS9633芯片的GEN管腳接地，TPS9633芯片的EN管腳通過第六電容連接TPS9633芯片的GEN管腳，TPS9633芯片的OUT管腳通過第八電容連接TPS9633芯片的GEN管腳，TPS9633芯片的Bypass管腳通過第七電容連接TPS9633芯片的GEN管腳，TPS9633芯片的OUT管腳連接在MAX232CPE 芯片上，所述的USB下行端口電路包括第九電容、第一電阻、第二電阻，USB主控器的Vcc管腳通過第九電容連接USB主控器的GEN管腳，USB主控器的D+管腳通過第一電阻連接USB主控器的GEN管腳，USB主控器的D-管腳通過第二電阻連接USB主控器的GEN管腳，USB主控器的GEN管腳接地。本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下特點(diǎn)在外接一個(gè)USB主機(jī)控制芯片的情況下就可以獨(dú)立于PC實(shí)現(xiàn)USB主機(jī)功能，實(shí)現(xiàn)對USB設(shè)備的直接控制和操作。
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本實(shí)用新型的詳細(xì)結(jié)構(gòu)作進(jìn)一步描述。
附圖I為本實(shí)用新型主機(jī)控制器組成框圖；附圖2為串口通信模塊電路圖；附圖3為電平轉(zhuǎn)換電路圖；附圖4為USB下行端口電路圖。
具體實(shí)施方式
嵌入式USB主機(jī)包括主機(jī)控制器、串口通信模塊電路、電 平轉(zhuǎn)換電路、USB下行端口電路。如附圖I所示，所述的主機(jī)控制器包括單片機(jī)系統(tǒng)I、外擴(kuò)R0M2、外擴(kuò)RAM3、USB主控器4、USB接口 5、按鍵6、1^0顯示7、1 232接口 8，外擴(kuò)R0M2、外擴(kuò)RAM3、USB主控器4、按鍵6、LED顯示7以及RS232接口 8都連接在單片機(jī)系統(tǒng)I上，與單片機(jī)系統(tǒng)I進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，USB接口 5連接在USB主控器4上。如附圖2示所示，所述的串口通信模塊電路包括:MAX232CPE芯片9、R232接口 8、第一電容C10、第一電容C10、第二電容C11、第三電容C12、第四電容C13、第五電容C14，MAX232CPE芯片9的Cl+管腳Ml通過第二電容Cll連接MAX232CPE芯片9的Cl-管腳M3，MAX232CPE芯片9的V+管腳M2通過第一電容ClO連接MAX232CPE芯片9的Vcc管腳M16，MAX232CPE芯片9的C2+管腳M4通過第三電容C12連接MAX232CPE芯片9的C2-管腳M5，MAX232CPE芯片9的V-管腳M6通過第四電容C13接地，MAX232CPE芯片9的Vcc管腳M16通過第五電容C14，連接MAX232CPE芯片9的GND管腳M15，MAX232CPE芯片9的GND管腳M15接地，MAX232CPE芯片9的TlOUT管腳M14連接R232接口 8的管腳J2,，MAX232CPE芯片9的RlIN管腳M13連接R232接口 8的管腳J3，R232接口 8的管腳J5接地，MAX232CPE芯片9的RlOUT管腳M12及MAX232CPE芯片9的TlIN管腳Mll與單片機(jī)系統(tǒng)I相連。如附圖3所示，所述的電平轉(zhuǎn)換電路包括TPS9633芯片10、第六電容C15、第七電容C16、第八電容C17，TPS9633芯片10的IN管腳Tl及TPS9633芯片10的EN管腳T2相連，連接在單片機(jī)系統(tǒng)I上，TPS9633芯片10的GEN管腳T5接地，TPS9633芯片10的EN管腳T2通過第六電容C15連接TPS9633芯片10的GEN管腳T5，TPS9633芯片10的OUT管腳T4通過第八電容C17連接TPS9633芯片10的GEN管腳T5，TPS9633芯片10的Bypass管腳T3通過第七電容C16連接TPS9633芯片10的GEN管腳T5, TPS9633芯片10的OUT管腳T4連接在MAX232CPE芯片9上，如附圖4所示，所述的USB下行端口電路包括第九電容C18、第一電阻R11、第二電阻R12，USB主控器4的Vcc管腳Ul通過第九電容C18連接USB主控器4的GEN管腳U4，USB主控器4的D+管腳U2通過第一電阻Rll連接USB主控器4的GEN管腳U4，USB主控器4的D-管腳U3通過第二電阻R12連接USB主控器4的GEN管腳U4，USB主控器4的GEN管腳U4接地。本實(shí)用新型的工作原理和使用方法是單片機(jī)系統(tǒng)I在完成系統(tǒng)初始化之后，等待USB主控制器4的外部中斷，當(dāng)USB設(shè)備插入主機(jī)系統(tǒng)之后，由USB主控制器4通過外部中斷信號來通知單片機(jī)系統(tǒng)1，單片機(jī)系統(tǒng)I與USB主控制器4完成設(shè)備的枚舉、配置等操作，并將存儲在Flash閃盤中的數(shù)據(jù)讀出來，通過RS232送入顯示器。為了能夠直觀的顯示系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)和加強(qiáng)對系統(tǒng)的控制，系統(tǒng)設(shè)置了 LED顯示7和按鍵6。為了方便系統(tǒng)的調(diào)試工作，能夠及時(shí)地將單片機(jī)系統(tǒng)I內(nèi)部的運(yùn)行情況直接反映在PC上，利用RS232協(xié)議與PC進(jìn)行通信，以充當(dāng)整個(gè)系統(tǒng)調(diào)試的窗口，由于RS232電平標(biāo)準(zhǔn)與系統(tǒng)的TTL電平無法兼容，故需加入電平轉(zhuǎn)換電路，電平轉(zhuǎn)換芯片采用MAX232CPE芯片，該模塊的串口通過三線電纜與計(jì)算機(jī)的9針串口連接，通信協(xié)議為RS-232協(xié)議，MAX232CPE芯片9將發(fā)送的串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為RS232標(biāo)準(zhǔn)的電平信號發(fā)送到發(fā)送端；反之MAX232CPE芯片9將接收的RS232標(biāo)準(zhǔn)的電平信號轉(zhuǎn)換為串行的數(shù)據(jù)傳給單片機(jī)系統(tǒng)1，這樣就完成了RS232接口通信功能，串行口的通信方式采用8位異步通訊方式，波特率采用9600bps。由于單片機(jī)系統(tǒng)I采用的是5V的標(biāo)準(zhǔn)電壓，而MAX232CPE芯片9采用的是3. 3V的電平標(biāo)準(zhǔn)，所以需要將5V的輸入電平轉(zhuǎn)換為3. 3V，TPS96 33芯片10作為電平轉(zhuǎn)換芯片。對于系統(tǒng)的電源管理，USB有著非常嚴(yán)格的要求，嵌入式USB主機(jī)系統(tǒng)中連接的外設(shè)為耗電量極低的USB Flash盤，因此為了簡化處理，下行端口的電源被直接接到了系統(tǒng)的電源上。
權(quán)利要求1.一種嵌入式USB主機(jī)，其特征是它包括主機(jī)控制器、串口通信模塊電路、電平轉(zhuǎn)換電路、USB下行端口電路；主機(jī)控制器包括單片機(jī)系統(tǒng)、外擴(kuò)ROM、外擴(kuò)RAM、USB主控器、USB接口、按鍵、LED顯示、RS232接口，外擴(kuò)ROM、外擴(kuò)RAM、USB主控器、按鍵、LED顯示以及RS232接口都連接在單片機(jī)系統(tǒng)上，與單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，USB接口連接在USB主控器上；串口通信模塊電路包括MAX232CPE芯片、R232接口、第一電容、第一電容、第二電容、第三電容、第四電容、第五電容，MAX232CPE芯片的Cl+管腳通過第二電容連接MAX232CPE芯片的Cl-管腳，MAX232CPE芯片的V+管腳通過第一電容連接MAX232CPE芯片的Vcc管腳，MAX232CPE芯片的C2+管腳通過第三電容連接MAX232CPE芯片的C2-管腳，MAX232CPE芯片的V-管腳通過第四電容接地，MAX232CPE芯片的Vcc管腳通過第五電容，連接MAX232CPE芯片的GND管腳，MAX232CPE芯片的GND管腳接地，MAX232CPE芯片的TlOUT管腳連接R232接口的第二管腳，MAX232CPE芯片的Rl IN管腳連接R232接口 8的第三管腳，R232接口的第五管腳接地，MAX232CPE芯片的RlOUT管腳及MAX232CPE芯片9的TlIN管腳與單片機(jī)系統(tǒng)相連；電平轉(zhuǎn)換電路包括TPS9633芯片、第六電容、第七電容、第八電容，TPS9633芯片的IN管腳及TPS9633芯片的EN管腳相連，連接在單片機(jī)系統(tǒng)上，TPS9633芯片的GEN管腳接地，TPS9633芯片的EN管腳通過第六電容連接TPS9633芯片的GEN管腳，TPS9633芯片的OUT管腳通過第八電容連接TPS9633芯片的GEN管腳，TPS9633芯片的Bypass管腳通過第七電容連接TPS9633芯片的GEN管腳，TPS9633芯片的OUT管腳連接在MAX232CPE芯片上；USB下行端口電路包括第九電容、第一電阻、第二電阻，USB主控器的Vcc管腳通過第九電容連接USB主控器的GEN管腳，USB主控器的D+管腳通過第一電阻連接USB主控器的GEN管腳，USB主控器的D-管腳通過第二電阻連接USB主控器的GEN管腳，USB主控器的GEN管腳接地。
專利摘要一種嵌入式USB主機(jī)，它包括主機(jī)控制器、串口通信模塊電路、電平轉(zhuǎn)換電路、USB下行端口電路,主機(jī)控制器包括單片機(jī)系統(tǒng)、外擴(kuò)ROM、外擴(kuò)RAM、USB主控器、USB接口、按鍵、LED顯示、RS232接口，外擴(kuò)ROM、外擴(kuò)RAM、USB主控器、按鍵、LED顯示以及RS232接口都連接在單片機(jī)系統(tǒng)上，與單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，USB接口連接在USB主控器上。
文檔編號G06F13/38GK202615388SQ201220235510
公開日2012年12月19日 申請日期2012年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月24日
發(fā)明者黃櫻, 曾華程 申請人:湖南工學(xué)院