基于單片機STC90C51的USB通訊系統(tǒng)設計

摘 要：通用串行總線USB的特點是結(jié)構(gòu)簡單并且易于擴展，處理速度快，適合大規(guī)模數(shù)據(jù)傳輸，因此得到廣泛的應用。基于單片機芯片STC90C51和USB通訊協(xié)議，對USB通訊系統(tǒng)的硬件電路模塊和軟件程序模塊提出設計，實現(xiàn)單片機和PC機之間的雙向通信。

關(guān)鍵詞：通用串行總線；單片機；數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)

1 概述

近年來，3D打印技術(shù)成為研究熱點，而其中又涉及到大批量數(shù)據(jù)的傳輸和處理，本設計正是在這一背景下提出，旨在解決三維打印中大批量數(shù)據(jù)的傳輸問題，縮短數(shù)據(jù)傳輸時間，進而縮短三維打印時間。本項目是一套基于單片機的USB通訊系統(tǒng)，其需要實現(xiàn)的成果是完成數(shù)據(jù)的大批量傳輸。主要開展的工作是提高數(shù)據(jù)傳輸速度。

2 系統(tǒng)整體設計

系統(tǒng)整體設計分為硬件電路和軟件程序，硬件電路包含單片機STC90C51，USB20D之間的布線連接設計，為方便使用單片機，設計中我們使用HC6800EM3-V2.2開發(fā)板，自帶仿真器。軟件程序包括上位機界面設計，USB程序設計和單片機芯片STC90C51應用程序設計。

STC90C51RD+系列單片機是宏晶科技推出的超強抗干擾，高速，低功耗的單片機。指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051單片機。內(nèi)部集成MAX810專用復位電路。在要求不高的情況下，可在復位腳外接電阻電容復位。其工作電壓為5.5V-3.3V。

USB接口模塊使用的是西安達泰電子有限責任公司的產(chǎn)品USB20D，它的特點是：（1）封裝了USB協(xié)議，用戶只需操作并行數(shù)據(jù)讀寫，就可通過USB口傳輸數(shù)據(jù)。（2）支持I/O讀寫，高速DMA讀寫。（3）DMA讀寫速度（下位機）最高可達96MB/S，上位機最高傳輸速度可達32MB/S。（4）系統(tǒng)驅(qū)動文件，DLL動態(tài)鏈接庫，用戶不必編寫任何驅(qū)動程序。有兩種工作模式，一種是IO模式，即普通IO讀寫操作模式，另一種是DMA模式，即批量數(shù)據(jù)傳輸模式。

3 硬件系統(tǒng)設計

P0.0到P0.7分別與USB20D模塊的數(shù)據(jù)總線D0～D7相連接，USB上的控制信號線也應與STC90C51的P2，P3口進行配置和連接。選定P2.0與批量數(shù)據(jù)傳輸標示的管腳DMAING相連接，選定P2.1與傳輸方向的管腳DMADIR相連接，選定P2.2與代表緩沖區(qū)空的管腳FE相連接，選定P2.3與代表緩沖區(qū)滿的管腳FF相連接，選定P2.5與輸出使能端DMAOE相連接，選定P2.6與數(shù)據(jù)結(jié)束標志PTKEND相連接，選定P3.4與模塊選通管腳DMACS相連接，選定P3.6與DMA寫信號DMAWR相連接，選定P3.7與DMA讀信號DMARD相連接。主機向單片機提供電源，單片機直接通過開發(fā)板上的接口與上位機進行連接。

4 軟件系統(tǒng)設計

當數(shù)據(jù)從USB向單片機傳輸時，先等待。當檢測到USB模塊的批量數(shù)據(jù)傳輸標示DMAING為高電平，即工作在DMA模式下；同時表示傳輸方向的DMADIR為低電平，表示為輸出狀態(tài)，數(shù)據(jù)從主機到設備進行傳輸；同時緩沖區(qū)空位FE為高電平，代表緩沖區(qū)有數(shù)據(jù)，能從USB模塊讀數(shù)據(jù)。只有DMAING，DMADIR和FE三個信號同時滿足要求，才能進行下一步，否則將一直等待。接著外部邏輯使用nDMARD脈沖從本模塊的緩沖區(qū)內(nèi)讀取主機發(fā)來的數(shù)據(jù)。DMA模式時，可以通過函數(shù)USB20D_STARTDMA設置數(shù)據(jù)總線為8位或者16位，根據(jù)需要設置即可。

當數(shù)據(jù)從單片機向USB傳輸時，過程與上面大體相似。只是需要等待DMAING為高電平，DMADIR為高電平，同時緩沖區(qū)滿位FF為高電平，代表緩沖區(qū)有空間，能給USB模塊寫數(shù)據(jù)。當三個信號同時滿足要求，USB模塊繼續(xù)進行下一步--外部邏輯使用nDMAWR脈沖把數(shù)據(jù)寫入本模塊的緩沖區(qū)內(nèi)，然后數(shù)據(jù)從本模塊的緩沖區(qū)內(nèi)傳輸?shù)街鳈C。完成操作后，系統(tǒng)又跳回到最開始的等待讀數(shù)據(jù)的過程中。

讀寫過程中分別使用了USB20D_DMAREAD和USB20D_DMA

WRITE完成主機從設備讀數(shù)據(jù)和主機向設備寫數(shù)據(jù)。

使用軟件對單片機與USB通訊進行程序編寫，在對八個數(shù)據(jù)總線所連接的P0口進行配置后，對DMAING、DMADIR、FE、FF、DMAOE、PTKEND、DMACS、DMAWR和DMARD九個特殊功能管腳進行配置，并根據(jù)DMA模式工作流程圖進行程序的編寫，現(xiàn)給出USB20DDMA模式讀操作的程序，寫操作程序?qū)ζ溥M行修改即可實現(xiàn)。

rx： if （ （DMAING == 1） （DMADIR == 0） （FIFOEMPTY == 1））

{DMAOE = 0；

for（t=0；t<8；t++）

{P0 = 0xff；DMARD = 0；

buf[t] = P0；_nop_（ ）；

DMARD = 1；_nop_（ ）；}

goto uart；}

else { goto rx；}

uart： DMAOE = 1；

for（i=0；i<8；i++）

{SBUF = buf[i]；_nop_（ ）；

while（TI == 1） {TI = 0；}

delay（3）；}

DMAING = 1；DMADIR = 1；FIFOFULL = 1；

參考文獻

[1]黃建新.單片機原理、接口技術(shù)及應用[M].化學工業(yè)出版社，

2009，8.

[2]張俊.胡向東.基于DSP的USB2.0高速通信接口設計與實現(xiàn)[J].重慶郵電學院學報（自然科學版），2006（6）.