基于C8051F320的數據采集系統USB接口方案

隨著(zhù)現代工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究對數據采集系統的要求日益提高，傳輸速度、糾錯能力和操作安裝的簡(jiǎn)易性是人們進(jìn)行采集數據時(shí)一直關(guān)注的問(wèn)題，這使得數據通訊技術(shù)不可避免地成為了其中的關(guān)鍵技術(shù)，而數據采集系統采用何種接口進(jìn)行數據通訊是影響系統整體效率的重要因素之一。USB（通用串行總線(xiàn)）總線(xiàn)接口技術(shù)由于具有速度快、設備安裝和配置容易、易于擴展、能夠采用總線(xiàn)供電及使用靈活等優(yōu)點(diǎn)，已逐漸成為現代數據傳輸的發(fā)展趨勢[1-5]。

本文給出了一種基于C8051F320的數據采集系統USB 接口設計方案，完成了USB 接口硬件電路設計和軟件程序開(kāi)發(fā)，并將其應用到倉庫視頻監控系統中，實(shí)現了快速、方便的數據采集和傳輸。

2 C8051F320 單片機原理

2.1 C8051F320 的主要特點(diǎn)

C8051F320 是由美國Cygnal 公司推出的C8051F 系列單片機中的一款用于USB 設備的小型單片機。該器件內部集成有2304 Byte RAM 和16K Byte 的Flash 存儲器。由于利用該芯片進(jìn)行設計時(shí)可以不需要任何外部元件（包括電阻和晶振），因而是小型USB 應用的理想選擇。與其它同類(lèi)USB 產(chǎn)品相比，C8051F320 主要具有如下一些特點(diǎn)：

① 滿(mǎn)足 USB2.0 協(xié)議；

② 可在全速（12 Mbps）或低速（1.5 Mbps）下運行；

③ 集成有一個(gè)時(shí)鐘源，對于全速或低速傳輸均可不用外部晶振；

④ 支持 8 個(gè)靈活通用的USB 端點(diǎn)；

⑤ 內置一個(gè) 1K 的USB 專(zhuān)用緩沖存儲器；

⑥ 集成了一個(gè) USB 接收器，不需要外部電阻。

⑦ 具有高速增強型 8051 MCU 內核，該MCU 內核采用流水線(xiàn)式指令結構，70%的指令執行時(shí)間為一個(gè)或兩個(gè)系統時(shí)鐘周期，處理速度可達25MIPS（時(shí)鐘頻率為25MHz 時(shí)）。此外，C8051F320 還有許多其它特性，如支持在系統編程（ISP），帶有可編程的數字I/O和數字交叉開(kāi)關(guān)，可提供全速、非侵入式的在系統片內調試電路等。

2.2 C8051F320 的引腳及封裝

C8051F320 的引腳排列如圖1 所示，封裝為T(mén)QFP-32。其中VDD 為數字電源；GND為模擬地；REGIN 為5V 校準器的輸入端；RST/C2CK 為設備的復位引腳或EC2 調試接口的時(shí)鐘信號；P3.0/C2D 為端口P3.0 或EC2 調試接口的雙向信號引腳；VBUS 為USB 總線(xiàn)輸入腳；D+為USB 的D+；D-為USB 的D-；P0.2/XTAL1 為端口0.2 或外部晶振輸入；

P0.3/XTAL2 為端口P0.3 或外部晶振輸出；P0.6/CNVSTR 為端口P0.6 或ADC0 外部轉換開(kāi)始輸入腳；P0.7/VRFF 為端口P0.7 或外部參考電源的輸入端或輸出端；P0.0、P0.1、P0.4、P0.5、P1.0～P1.7、P2.0～P2.7 均為相應的端口引腳。

3 USB 接口電路設計

3.1 USB 接口硬件電路設計

由于 C8051F320 微控制器內部集成了一個(gè)USB 接收器，簡(jiǎn)單易用，因此，用它進(jìn)行USB 接口的硬件設計也顯得比較簡(jiǎn)單。主要包括兩部分的內容，一是接口轉換模塊供電方式的選擇，二是USB 引腳的連接。圖2 是其USB 接口電路圖。模塊選擇自供電模式，圖2所示的整個(gè)模塊的供電電源都來(lái)自外部5V 電源。C8051F320 中的USB 收發(fā)器內部已經(jīng)集成了上拉電阻，不需要任何外部器件就可直接與USB 接口相連。

圖 2 USB 接口連接電路圖

3.2 USB 設備固件程序設計

USB 設備固件程序是USB 設備必須實(shí)現的部分，它的主要目的是：當USB 設備連接到主機上時(shí)，主機可以發(fā)現新設備，然后建立連接并完成數據傳輸任務(wù)，也就是能夠讓上位機能夠正常檢測和識別USB 設備。因此，本固件設計的目的是使主機能夠識別C8051F320設備，以及正確的與它進(jìn)行通信。同時(shí)為了在USB 上達到最大的傳輸速度，C8051F320 固件設計成中斷驅動(dòng)。