SPCE061A單片機在USB通訊中的應用

由于現在市面上新出一款單片機SPCE061A，它非常有特色。本文主要介紹，利用SPCE061A和USB接口芯片PDIUSBD12來(lái)開(kāi)發(fā)USB設備。SPCE061A單片機由臺灣凌陽(yáng)公司制造，SPCE061A單片機款式新穎，而且性?xún)r(jià)比極高。 SPCE061A在2.6V~3.6V工作電壓范圍內的工作速度范圍為0.32MHz~49.152MHz；2K字SRAM和32K字FLASH僅占一頁(yè)存儲空間；32位可編程的多功能I/O端口；兩個(gè)16位定時(shí)器/計數器；低電壓復位/監測功能；8通道10位模/數轉換輸入功能并具有內置自動(dòng)增益控制功能的麥克風(fēng)輸入方式；雙通道10位DAC方式的音頻輸出功能；指令系統提供具有較高運算速度的16位16位的乘法運算指令和內積運算指令，為其應用增添了DSP功能.....。較高的處理速度使SPCE061A能夠非常容易地、快速地處理復雜的數字信號。開(kāi)發(fā)數字聲音和語(yǔ)音識別產(chǎn)品，選擇SPCE061A是一種最經(jīng)濟的選擇。

本文所設計的USB設備系統的功能比較簡(jiǎn)單，它主要實(shí)現SPCE061A與PC機之間的簡(jiǎn)單通訊，是SPCE061A單片機的一種基本應用。這篇文章的主要目的是希望能夠給讀者起拋磚引玉的作用,開(kāi)發(fā)者可以在這個(gè)基礎上修改程序，輕松實(shí)現USB設備系統開(kāi)發(fā)。本文所設計的系統具有三種簡(jiǎn)單功能：1.檢測USB外設是否連接成功。 2.通過(guò)點(diǎn)擊PC端的應用軟件上的按鈕，可以點(diǎn)亮或熄滅與SPCE061A單片機IO口相連的LED燈。3.應用軟件發(fā)送任意字符串到SPCE061A，SPCE061A接受、回送字符串，應用軟件接受到字符串時(shí)，能夠將它顯示出來(lái)。

4.1系統組成

本USB通訊系統，主要由凌陽(yáng)十六位單片機SPCE061A，Philips公司的USB接口芯片PDIUSBD12組成，系統框圖如圖3.10所示。

這個(gè)系統的基本工作流程為：PC端應用軟件，發(fā)送ID0（為了使主機和設備方能同步，該系統定義了三個(gè)握手ID：ID0,ID1,ID2。）給PDIUSBD12，PDIUSBD12接收數據，產(chǎn)生中斷通知SPCE061A單片機讀取數據。SPCE061A如果讀取的數據為ID0，那么發(fā)送ID0給PDIUSBD12；PC機端應用軟件發(fā)送完數據后，讀取外設發(fā)送的數據，如果讀到的數據為ID0,那么彈出一個(gè)提示框，提示USB外設連接成功。此后PC機端的應用軟件和USB外設之間的通訊都是通過(guò)ID來(lái)進(jìn)行的。

4.2硬件設計

系統電路原理圖如圖3.11所示。其中PDIUSBD12用作實(shí)現PC機與SPCE061A單片機進(jìn)行通信的高速通用并行接口。USB協(xié)議層的相關(guān)通訊協(xié)議通過(guò)PDIUSBD12來(lái)實(shí)現，它由硬件實(shí)現不需要固件的參與。SPCE061A單片機的主要作用：1.windows系統配置、枚舉USB外設時(shí)，SPCE061A發(fā)送、接收相關(guān)的USB設備信息。2. windows系統配置、枚舉USB外設成功后，根據接收到的ID,進(jìn)行相應的操作，起控制作用。

SPCE061A內嵌32K的FLASH的存儲空間、14個(gè)中斷源,它在2.6~3.6V的工作電壓范圍內的工作速率范圍為0.32MHz～49MHz，這使得它有較高的速率和存儲空間來(lái)應付USB通訊。單片機SPCE061A與PDIUSBD12之間通訊采用中斷方式，數據交換主要是靠SPCE061A單片機給PDIUSBD12發(fā)命令和數據來(lái)實(shí)現的。

PDIUSBD12通過(guò)這種方式來(lái)識別命令和數據：在A(yíng)LE信號的下降沿時(shí)鎖定地址，如果是奇地址，那么它接收的是命令；如果是偶地址，那么它發(fā)送或接收的是數據。PDIUSBD12的中斷寄存器只要不為0,它的中斷輸出引腳（INT_N）就保持低電平，所以系統初始化時(shí)可將SPCE061A單片機的外部中斷（下降沿觸發(fā)）引腳IOB2設置為帶上拉電阻輸入。當PDIUSBD12的中斷寄存器由零變?yōu)榉橇銜r(shí)，馬上觸發(fā)SPCE061A的外部中斷，SPCE061A單片機在中斷處理時(shí)，讀取PDIUSBD12芯片的狀態(tài)寄存器以清除中斷寄存器中對應位，使得中斷引腳變?yōu)楦唠娖?。這樣使得SPCE061A可以在退出中斷后，可隨時(shí)響應外部中斷。

圖3.11中的LED1燈非常有用，它是PDIUSBD12的GOODLINK指示燈，在系統枚舉時(shí)會(huì )根據通信的狀況間歇閃爍，當PDIUSBD12被枚舉和配置成功后，將一直點(diǎn)亮。隨后在USB通信時(shí)會(huì )閃爍，這對調試非常有用。

4.3軟件設計

USB設備的軟件設計主要包括兩部分：一、USB設備端的單片機軟件，主要完成USB協(xié)議處理與數據交換。二、PC端的程序，由USB驅動(dòng)程序和用戶(hù)服務(wù)程序兩部分組成，用戶(hù)服務(wù)程序通過(guò)USB驅動(dòng)程序通信，由系統完成USB協(xié)議的處理與數據傳輸。

該系統單片機端的軟件流程如圖3.12所示。SPCE061A單片機控制程序由三部分組成：第一、初始化SPCE061A和PDIUSBD12。 第二、主循環(huán)部分，主要任務(wù)是判斷標志位是否改變，如果改變則執行相應的程序，否則一直循環(huán)等待中斷。第三、中斷服務(wù)程序，主要任務(wù)是接收、發(fā)送數據，設置相應的標志位。主機首先要發(fā)令牌包給PDIUSBD12，PDIUSBD12接收到令牌包后就給單片機發(fā)中斷，單片機進(jìn)入中斷服務(wù)程序，首先讀PDIUSBD12的中斷寄存器，判斷 USB令牌包的類(lèi)型，然后執行相應的操作。因此，單片機程序主要就是中斷服務(wù)程序的編寫(xiě)。在 USB單片機程序中要完成對各種令牌包的響應，其中比較難處理的是SETUP包，主要是端點(diǎn)0的編程。

系統初始化部分包括系統時(shí)鐘，IO口，中斷設置（開(kāi)外部中斷），PDIUSBD12芯片軟件復位、初始化。該主流程的核心部分是協(xié)議層的請求處理，它關(guān)系到PC機枚舉USB外設成功與否。所以在調試單片機程序的時(shí)候，要特別注意Window對USB設備的枚舉順序。如果枚舉成功，主機將找到新的設備，提示安裝驅動(dòng)程序；否則找到未知設備，USB外設不可用。

中斷服務(wù)子程序的編寫(xiě)，采用混合編程，也就是說(shuō)，在匯編程序中調用C函數，這樣可以提高代碼的可讀性。中斷服務(wù)子程序的流程如圖3.13所示，有好幾個(gè)地方，只做清中斷處理，這是因為有些端點(diǎn)沒(méi)有用到。它只作為一個(gè)程序接口，為擴展系統功能用。

目前編寫(xiě)主機的USB驅動(dòng)程序主要采用三種方法。第一，使用Windows DDK來(lái)編寫(xiě)驅動(dòng)程序，難度很大，但是非常靈活；第二，使用DriverStudio開(kāi)發(fā)工具來(lái)生成驅動(dòng)程序；第三，使用Windriver開(kāi)發(fā)工具來(lái)生成驅動(dòng)程序。用后面兩種方法來(lái)開(kāi)發(fā)驅動(dòng)程序的周期短，但是不靈活。本系統的驅動(dòng)程序采用DDK編寫(xiě)，用戶(hù)服務(wù)程序能夠通過(guò)驅動(dòng)程序與PDIUSBD12芯片中任意端點(diǎn)通訊，因此編寫(xiě)用戶(hù)服務(wù)程序也是非常靈活的。

4.4總結

通常在開(kāi)發(fā)USB設備產(chǎn)品，需要編寫(xiě)實(shí)時(shí)性、程序可讀性要求很高的代碼，這時(shí)就需要采用混合編程。而凌陽(yáng)的m’nSP IDE具有良好的編程環(huán)境，它可以很輕松、很容易進(jìn)行混合編程（在C程序中調用匯編程序，在匯編程序中調用C程序）。

在該系統中，只用到了SPCE061A單片機的外部中斷、IO口資源。其實(shí)SPCE061A單片機的資源很豐富，它除了具有普通單片機功能以外，還具有語(yǔ)音識別、語(yǔ)音錄放等功能。因此這個(gè)系統只是一個(gè)雛形，SPCE061A還能夠實(shí)現比較復雜的功能，比如使用SPCE061A的錄音功能進(jìn)行錄音并將語(yǔ)音數據存儲到外擴的FLASH，然后通過(guò)USB通訊，將語(yǔ)音數據送到PC機上播放，同樣也可以將PC機上壓縮后的語(yǔ)音文件下載到SPCE061A上進(jìn)行播放。這樣可以很容易使用SPCE061A可以開(kāi)發(fā)錄音筆、電話(huà)記錄儀等USB設備。因此利用SPCE061A開(kāi)發(fā)USB設備產(chǎn)品的前景是非常廣闊的。