基于PIC32嵌入式USB工業(yè)U盤(pán)系統設計

　　1 應用領(lǐng)域背景

　　隨著(zhù)自動(dòng)化技術(shù)的不斷發(fā)展，各種各樣的嵌入式控制器獲得了日益廣泛的應用。一些傳統的輸入輸出設備已經(jīng)為新型的大容量、智能化的輸入輸出設備所取代。U盤(pán)以其容量大、體積小、價(jià)格便宜的眾多優(yōu)點(diǎn)成為了最新的移動(dòng)存儲設備。目前在個(gè)人計算機上U盤(pán)已經(jīng)取代了傳統的軟盤(pán)成為廣泛使用的移動(dòng)存儲介質(zhì)。

　　工業(yè)現場(chǎng)一般都需要數據采集器來(lái)完成各類(lèi)數據采集任務(wù)。在很多實(shí)際應用中，往往要求數據采集器具有工作可靠、成本低廉、操作簡(jiǎn)單、數據便于收集和計算機分析等特點(diǎn)。如果能在嵌入式數據采集系統中實(shí)現USB主機功能，那么嵌入式數據采集器就能像PC機一樣方便靈活地利用U盤(pán)這類(lèi)USB存儲設備進(jìn)行數據存儲。但是U盤(pán)和其他的USB設備一樣。是通過(guò)PCI總線(xiàn)與PC機內部的數據總線(xiàn)相接，實(shí)現數據的傳送，這樣在一些相對簡(jiǎn)單的微控制器中將無(wú)法實(shí)現對U盤(pán)的操作。本設計所實(shí)現的模塊就是為了將U盤(pán)應用在PC機不適合的場(chǎng)所而設計的。

　　2 設計摘要

　　針對現在U盤(pán)無(wú)法脫離PC機使用的局限性，工業(yè)現場(chǎng)許多嵌入式系統沒(méi)有提供USB接口和文件系統操作功能，本模塊使用PIC32 Starter KitsⅡ通過(guò)RS232接口實(shí)現現有嵌入式系統對U盤(pán)的操作。包括數據文件的寫(xiě)入、讀取以及文件目錄的創(chuàng )建和刪除等。

　　3 系統框圖

　　本系統硬件主要包括PIC32 Starter KitsⅡ為中央控制器，USB設備如U盤(pán)等為數據存儲設備，嵌入式設備為一些工控設備。其系統框圖如圖3-1所示。

　　圖3-1系統架構圖

　　本系統軟件工作流程如圖3-2，可以執行各種規定的操作，如：打開(kāi)、新建、刪除文件等。USB接口系統PIC32 Starter KitsⅡ是整個(gè)系統的核心，用來(lái)控制USB總線(xiàn)接口和U盤(pán)進(jìn)行命令和數據交換。它可以被看作是一個(gè)硬件、固件和軟件的綜合體。

　　圖3-2工作流程圖

　　4 系統原理和技術(shù)特點(diǎn)

　　系統原理：

　　本設計采用PIC32 Starter KitsⅡ作為主機系統，并采用MAX3232芯片設計3.3V到5V電平轉換電路構成整個(gè)系統的硬件體系。

　　1)PIC32 Starter KitsⅡ硬件平臺簡(jiǎn)介

　　PIC32MX 單片機(MCU)是一款基于MIPS? Technologies的M4KTM 內核的復雜片上系統。M4KTM 是最新型的32位低功耗RISC處理器內核，采用了增強型MIPS32? Release 2指令集架構。

　　主要特性

　　● 最高可達到1.5 DMIPS/MHz 的性能

　　● 可編程預取高速緩存存儲器，以增強閃存中的執行效率

　　● 16位指令模式(MIPS16e)，用于緊湊型代碼

　　● 帶有63個(gè)優(yōu)先級的向量中斷控制器

　　● 可編程的用戶(hù)和內核工作模式

　　● 可對外設寄存器執行原子級位操作(單周期)

　　● 乘法/除法單元，最高指令發(fā)出速率為每個(gè)時(shí)鐘一條32 × 16 乘法指令

　　● 高速Microchip ICD 端口，具有基于硬件的非侵入式數據監視和應用程序數據流功能

　　● EJTAG調試端口，支持廣泛的第三方調試、編程和測試工具

　　● 指令控制的功耗管理模式

　　● 5 級流水線(xiàn)指令執行

　　● 內部代碼保護，以幫助保護知識產(chǎn)權

　　2)如圖4-1電平轉換電路原理圖，實(shí)現3.3V到5V的電平轉換，實(shí)現RS232通信。

　　圖4-1 電平轉換電路原理圖

　　技術(shù)特點(diǎn)：

　　◆ 直接嵌入用戶(hù)系統，不必了解USB協(xié)議

　　◆ 兼容大容量U盤(pán)

　　◆ 支持USB2.0接口協(xié)議

　　◆ 多種RS232串口波特率：115200/9600bps等

　　◆ 支持文件系統： FAT32

　　◆ 直接創(chuàng )建Word、 Excel、二進(jìn)制等各種類(lèi)型文件

　　◆ 能對文件及文件目錄進(jìn)行創(chuàng )建、更名、刪除及移動(dòng)等操作

　　5 軟件流程介紹

　　總結

　　本設計建立了基于PIC32的嵌入式USB主機系統，該系統實(shí)現了USB協(xié)議中的Mass Storage類(lèi)協(xié)議和精簡(jiǎn)的FAT文件系統，能夠對U盤(pán)中的文件數據進(jìn)行讀寫(xiě)，完成相應的文件操作等各種功能。 該系統能真正實(shí)現了便攜式，擺脫了PC機對USB設備的控制，無(wú)需PC主機即可對USB設備進(jìn)行讀寫(xiě)操作，在嵌入式系統領(lǐng)域將有著(zhù)很廣泛的應用前景。例如：

　　◆嵌入式儀器、設備將采集到的數據存儲到U盤(pán)，異地進(jìn)行分析。

　　◆嵌入式產(chǎn)品可以通過(guò)USB接口隨時(shí)更新軟件系統，獲得最新數據。如可以在自動(dòng)販賣(mài)機、自動(dòng)售票機上及時(shí)更新貨物、票據的品種價(jià)格等信息。