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USB接口芯片SL811HS的性能与内部结构及在单片机系统中应用的说明

2019年11月10日 文章来源:网络整理 热度:188℃ 作者:刘英

介绍了CYPRESS公司生产的主/从双工作模式USB接口芯片SL811HS的性能与内部结构,给出了SL811HS芯片在单片机系统中扩展USB接口的硬件电路,同时给出了该系统的USB驱动程序及实现U盘读写功能的应用程序。

1 引言

USB(通用串行总线)是INTEL、DEC、MI-CROSOFT、IBM等公司联合提出的、最近几年逐步在PC领域广为应用的新型接口技术。USB接口通用性好、实时性强、传输方式多样、成本低、支持即插即用、易于扩展且便于使用,这些优点使其得到许多硬件厂商的青睐。目前各种类型的USB产品已大量涌入市场,同时也被广泛地用在PC机及嵌入式系统中。

USB的拓扑结构中居核心地位的是Host(也称为主机),任何一次USB数据传输都必须由主机发起和控制,所有的USB外设都只能和主机建立连接,任何两个外设之间或是两个主机之间无法直接通信。而目前,扮演主机角色的大多是个人电脑PC。而我们买到和使用的USB移动设备都是USB外设(device),如USB的移动硬盘、USB接口的数码相机等。所有这些设备都只能在PC上或通过PC来进行文件和数据交换。没有了PC,这些设备就“失灵”了(指数据交换的功能)。

51系列单片机以其优越的性能、成熟的技术高可靠性、高性价比吸引了大量国内用户,被广泛应用于测控和自动化领域。用51系列单片机实现USB主机接口,进而实现对USB外设的控制,对提高整个系统的数据存储、数据传输、设备控制等性能都有很大的作用。本文使用51系列单片机W78E54和USB接口芯片SL811HS设计了一个USB主机接口,通过该接口可实现对USB外设U盘的读写控制,从而实现单片机数据采集系统的海量数据存储*。

USB接口芯片SL811HS的性能与内部结构及在单片机系统中应用的说明

2 SL811HS的结构性能

SL811HS是CYPRESS公司生产的、可支持全速数据传输的USB控制芯片该芯片采用28脚PLCC和48脚TQFP两种封装形式,且内含USB主/从控制器,支持全速(full-speed)/低速low-speed 数据传输,并能自动识别低速或全速设备。SL811HS所提供的接口遵从USB1.1标准,可与微处理器、微控制器、DSPs相连,也可直接与ISA、PCMCIA及其它总线相连。SL811HS的数据接口与微处理器进行接口可提供8位数据I/O或双向DMA通道,并能以从机操作方式支持DMA数据传输。此外,通过中断支持还可以轻松地与Motorola、Intel 及其它众多类型的标准微处理器或微控制器相连。SL811HS内部有一个256字节的RAM,可用做控制寄存器或数据缓冲器。SL811HS的内部结构框图如图1所示。

3 和微控制器的硬件接口

图2所示是51系列微控制器W78E54与SL811HS的连接电路。在该设计硬件时,由于所选用的51系列单片机W78E54及其周围元件的工作电压为5V,而SL811HS的工作电压为3.3V,所以系统应同时提供5V和3.3V电源;虽然SL811HS可以使用12MHz晶振,但在实际使用过程中发现,如果晶振质量不太好,电路稳定性就会比较差,因此,设计时推荐使用48MHz晶振;由于SL811HS的中断请求输出的是高电平,因此需要用反向器把它变换成低电平以满足W78E54中断输入要求;此外,SL811HS是低电平复位;其USB插座的电源接口也应作500mA限流处理以保护系统。

4 软件设计

USB软件设计分为2部分,一是针对SL811HS芯片编写USB主机控制器驱动程序;二是系统调用驱动程序来完成U盘数据读写的应用程序。

USB接口芯片SL811HS的性能与内部结构及在单片机系统中应用的说明

4.1 主控制器驱动程序设计

USB设备驱动程序是开发USB外设的关键,USB协议的复杂性导致了USB驱动程序内容的多样性。本文只介绍主机完成U盘数据读写功能所需的主要模块,包括初始化模块、枚举模块、读字节模块、写字节模块、读缓冲区模块、写缓冲区模块等。

初始化模块用来设置SL811HS的主/从机工作模式、全速或低速工作方式、内部数据缓冲区结构等;而枚举主要是指主机监测到U盘插入时,主机和U盘之间产生的一个过程。当枚举发生时,主机首先自动发出查询请求,U盘回应这个请求,并送出设备的Verdor ID和Product ID然后由主机根据这两个ID装载相应的设备驱动程序,以完成枚举过程。通过枚举不但可为U盘设定设备地址,而且可以得到U盘端点的描述表及U盘支持协议,之后就可以根据U盘所属的子类及协议对U盘进行操作。

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