采用P89C61x2和ISP1581的USB接口電路的設計

摘 要：本文主要介紹了采用P89C61x2、ISP1581芯片設計測試系統USB接口的方法，闡述了硬件、軟件、應用程序等的設計流程，在試驗過程中實現了主機與設備之間簡單、可靠的連接和通信。

關鍵詞：USB；接口芯片；固件,P89C61

本文主要針對傳統儀器的并行接口設計了一種基于單片機的接口電路。

主要芯片介紹
本設計采用控制芯片P89C61x2和接口芯片ISP1581實現USB接口電路的設計。
P89C61x2包含1024B RAM、64KB Flash存儲器、32個I/O口、3個16位定位/計數器、6個中斷源-4個中斷優先級-嵌套的中斷結構、1個增強型UART、片內振蕩器和時鐘電路。此外，器件的靜態設計使其具有非常寬的頻率范圍，可選擇1MHz~12MHz的晶體振蕩器。具有兩個軟件可選的節電模式-空閑模式和掉電模式。

USB接口芯片ISP1581是一種價格低、功能強的USB接口器件，符合USB2.0規范，并為基于微控制器或微處理器的系統提供了高速USB通信能力；具有7個IN端點，7個OUT端點和1個固定的控制IN/OUT端點；可以通過軟件控制與USB總線的連接；內部集成了帶PLL的12MHz晶體振蕩器；可通過內部上電復位、低電壓復位電路和軟件復位。
　
系統硬件設計
系統的連接框圖如圖1所示。

圖1系統的連接框圖

ISP1581有兩種工作模式：通用處理器工作模式和斷開總線工作模式。本文的硬件設計中通過設置BUS-CONF=0實現斷開總線的工作模式。AD[7:0]為8位的多路復用地址/數據，與單片機的P0口連接；DATA[15:0]為16位的數據總線。MODE0接高電平，表示讀或寫信號工作在8051類型；ALE與單片機的ALE相連，實現地址鎖存； RPU為USB D+線的外部上拉電阻連接端，通過一個1.5kW電阻與Vcc(3.3V)相連；RREF連接外部偏置電阻，通過一個12.0kW電阻同地端相連，使高速收發器得到一個精確的鏡電源。為了實現良好的EMC特性，所有的電源引腳均連接到由0.01mF和0.1mF電容并聯后的網絡中。

系統的固件設計
單片機的固件是USB設備運行的核心。主要包括以下幾個部分：
Kernel.c： 循環掃描USB事件；啟動設備和系統的工作；
Isr.c：   中斷服務程序；
Chap9.c：包含標準USB命令，用于在設備和主機之間建立一個基本連接；
Vendor.c：包含廠商定義命令，處理廠商請求；
Init.c：初始化單片機和ISP1581芯片。

初始化程序主要初始化各種狀態變量，包括單片機的初始化以及設置ISP1581寄存器。主要包括地址寄存器、模式寄存器、中斷配置寄存器,中斷使能寄存器 以及端點寄存器等。

USB設備采用控制傳輸完成枚舉，從而判斷出設備的狀況。

數據傳輸過程采用中斷方式，單片機通過讀取中斷寄存器的狀態判斷中斷源，并進入相應的中斷處理程序。ISP1581主要有SETUP中斷、總線掛起中斷以及端點輸入/輸出中斷等，控制端點設置64B的緩沖區，每次只能傳輸64B，傳輸的數據量由單片機控制。若傳輸的字節數大于64B，將先傳輸64B，然后判斷剩下的字節數，同時確定是否為空包或短包。如果沒有數據傳送到單片機，將發送一個空包表明數據發送完畢。
 

固件主要完成設備初始化、USB協議標準請求處理以及其它應用程序如數據交換功能。程序采用C51語言編寫，使用Keil公司的uVision2編譯器進行編譯。
固件的主循環流程見圖2。

圖2  固件程序流程圖

設備驅動程序和應用程序的設計
USB設備驅動程序的開發，可采用Driver Works和Microsoft公司的2000DDK，并以VC++6.0作為開發環境。為了方便用戶開發USB接口，在DP-1581的開發包中提供了一個通用驅動程序，該程序可不加修改，直接使用。在本電路設計中，采用的是開發版自帶的驅動程序。

結語
本系統將原有的并口改進為USB接口，支持即插即用和熱插拔。經實際試驗驗證，本系統性能穩定可靠，具有一定的實際應用價值。

參考文獻
1 周立功.USB2.0與OTG規范及開發指南.北京： 北京航空航天大學出版社，2004
2 蕭世文.USB2.0硬件設計.北京：清華大學出版社，2002