基于usb的led點陣顯示牌畢業(yè)設計

1、<p><b>　　畢業(yè)設計論文</b></p><p>　　論文題目： 基于USB的LED點陣顯示牌</p><p>　　院 系 電子信息工程學院 </p><p>　　專 業(yè) 班 級 </p><p>

2、;　　學 生 姓 名 </p><p>　　指 導 教 師 </p><p>　　畢業(yè)設計（論文）任務書</p><p>　　課題名稱：基于USB的LED點陣顯示牌 </p><p>　　完成期限： 年 月 日

3、至 年 月 日</p><p>　　院系名稱 電子信息工程學院 指導教師 </p><p>　　專業(yè)班級 電 信 班 指導教師職稱 講 師</p><p>　　學生姓名 </p><p>　　院系畢業(yè)設計（論文）工作領導小組組長簽字

4、 </p><p><b>　　一、課題訓練內容</b></p><p>　　1、培養(yǎng)學生收集資料、文獻檢索的能力，發(fā)現(xiàn)問題的能力；</p><p>　　2、培養(yǎng)學生工程開發(fā)的能力，制定工作計劃和協(xié)調組織的能力；</p><p>　　3、培養(yǎng)學生綜合運用所學專業(yè)知識、理論，解決實際工程問題的能力；</p&g

5、t;<p>　　4、培養(yǎng)學生原理設計、實驗分析或理論推導的能力；</p><p>　　5、培養(yǎng)學生撰寫文檔的能力；</p><p>　　6、培養(yǎng)學生閱讀英語文獻的能力和翻譯的能力；</p><p>　　7、培養(yǎng)學生學習能力及動手能力；</p><p>　　8、培養(yǎng)學生與人合作、相互交流的能力。</p><p&

6、gt;　　二、設計（論文）任務和要求（包括說明書、論文、譯文、計算程序、圖紙、作品等數(shù)量和質量等具體要求）</p><p><b>　　主要功能:</b></p><p>　　1．能夠在PC機將用戶輸入的漢字生成漢字的點陣字模并通過USB傳輸?shù)较挛粰C。</p><p>　　3.能夠在下位機系統(tǒng)接收到上位機傳送的漢字點陣字模文件，并將其顯示到LE

7、D點陣上。</p><p>　　3.能夠在下位機實現(xiàn)控制漢字在LED點陣上的顯示效果（如漢字的靜態(tài)顯示、動態(tài)顯示等）。</p><p>　　4.能夠完成鋰電池充電，并由鋰電池給系統(tǒng)供電。</p><p><b>　　設計內容:</b></p><p>　?。?）根據(jù)設計要求LED顯示方案并進行方案論證；</p>

8、;<p>　　（2）利用VC++編程，完成上位機要實現(xiàn)的功能；</p><p>　　（3）對下位機系統(tǒng)進行軟件設計，使之可以將上位機的漢字點陣字模存放在單片機片內Flash中，并實現(xiàn)漢字在LED點陣上的顯示；</p><p>　?。?）對下位機系統(tǒng)進行硬件設計，使之完成鋰電池充電、LED點陣驅動； </p><p>　　（5）撰寫畢業(yè)設計正文，寫出系統(tǒng)

9、的設計結構，并提出改進思想。</p><p><b>　　應完成的設計資料:</b></p><p><b>　　（1）開題報告；</b></p><p><b>　　（2）中英文摘要；</b></p><p>　　（3）畢業(yè)設計正文；</p><p>

10、　?。?）外文資料及相應的中文翻譯；</p><p><b>　?。?）參考文獻。</b></p><p>　　三、畢業(yè)設計（論文）主要參數(shù)及主要參考資料</p><p><b>　　1、系統(tǒng)參數(shù)：</b></p><p>　　(1) 單片機及鋰電充電芯片：C8051F320、LTC3555；&

11、lt;/p><p>　　(2) 漢字顯示個數(shù)：4～6個（可靜態(tài)或動態(tài)顯示）；</p><p>　　(3) 鋰電池充電達到的電壓最大值：4.2V；</p><p>　　(4) 實現(xiàn)漢字字模提取。</p><p><b>　　2、 主要參考資料</b></p><p>　　[1] 關積珍.LE

12、D 顯示屏發(fā)展狀況及趨勢[J].世界產品與技術,2002,(2)：21-22.</p><p>　　[2] 尤勇.具有USB電源管理器的鋰離子電池充電器[D].西安:西安電子科技大學,2007.</p><p>　　[3] 黃維柱.通用串行總線USB [J].計算機應用研究,2001,:46-48.</p><p>　　[4] 劉高霞.LED 脫機屏上位機軟件的設計

13、與實現(xiàn)[D].長春:中國科學院長春光學精密機械與物理研究所,2006.</p><p>　　[5] 劉益成.USB 接口技術[J].石油儀器,2002,16(5):56-59.</p><p>　　[6] 邵高平. 通用串行總線（USB）及其開發(fā)方法 [J].微計算機信息,1999,15(3):10-11.</p><p>　　[7] 周立功. USB2.0與OTG

14、規(guī)范及開發(fā)指南[M].北京:北京航空航天大學出版社,2004.</p><p>　　[8] 邵高平.通用串行總線（USB）及其開發(fā)方法[J].微計算機信息,1999,15(3):10-11.</p><p>　　[9] 史波,田凱.通用串行總線USB技術概述[J].信息技術,2001,(4):35-36.</p><p>　　[10] 惠玥琳.基于單片機的USB主從

15、機的設計與實現(xiàn)[D]，成都：電子科技大學，2007.</p><p>　　四、畢業(yè)設計（論文）進度表</p><p>　　武漢科技學院畢業(yè)設計（論文）進度表</p><p>　　注：1.本任務書一式兩份，一份院（系）留存，一份發(fā)給學生，任務完成后附在說明書內。</p><p>　　2.“實際完成情況”和“檢查人簽名”由教師用筆填寫，其余各項均

16、要求打印，打印字體和字號按照《武漢科技學院畢業(yè)設計（論文）規(guī)范》執(zhí)行。</p><p>　　武漢科技學院畢業(yè)設計（論文）開題報告</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本論文首先論述了USB規(guī)范的核心內容，然后介紹了LED點陣顯示牌的設計。LED點陣顯示牌的設計包括硬件設計、驅動程序開發(fā)、主機應用程序開發(fā)和固件程序開

17、發(fā)四大部分。在硬件設計部分，首先介紹了設計中所用的C8051F320、LTC3555芯片的性能和特點，然后給出了具體硬件設計方案。驅動程序開發(fā)部分論述了驅動程序開發(fā)工具的選擇的原則，介紹了驅動程序的結構和驅動程序的開發(fā)過程。主機應用程序主要是提供一個友好的人機界面，用戶輸入漢字，生成漢字庫并傳輸給單片機。固件程序開發(fā)部分是設計中的重點，論文先從總體上介紹了程序的設計思想及其層次結構，隨后詳細介紹了各層次程序的設計過程，并給出了部分源代碼

18、和程序流程圖。</p><p>　　本論文基本上實現(xiàn)了漢字在LED點陣上的顯示。使用USB總線傳輸數(shù)據(jù)，且由鋰電池供電，為LED點陣顯示牌的設計提供了新的實現(xiàn)方案。</p><p>　　關鍵字：USB協(xié)議； 固件； 驅動程序； LED點陣； LTC3555</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p&

19、gt;　　The paper firstly deals with the core content of Universal Serial Bus in detail and then discusses the design of LED dox-matrix’s display board, which includes four segments, hardware design, device driver, host app

20、lication program design and firmware design. In hardware design segment, the performance of C8051F320、LTC3555 firstly is described，then the hardware designs scheme is given in detail. In device driver segment the princip

21、le of choosing driver develop tools is explained, at last the str</p><p>　　The paper has basically realized that Chinese characters display on LED dox-matrix. Using USB bus to transfer data and using Li-ion

22、for power blazed a way in the design of LED dox-matrix’s display board.</p><p>　　Keywords：USB Protocol; Firmware ; Device Driver; LED dox-matrix; LTC3555</p><p><b>　　目 錄</b></p

23、><p><b>　　1. 緒論1</b></p><p>　　1．1 課題的提出及意義1</p><p>　　1．2 USB的發(fā)展狀況2</p><p>　　1．2．1 USB的發(fā)展現(xiàn)狀2</p><p>　　1．2．2 USB的優(yōu)點3</p><p>　　1．3

24、LED點陣顯示牌簡述4</p><p>　　1．4 方案論證4</p><p>　　2．USB系統(tǒng)簡介5</p><p>　　2．1 USB系統(tǒng)組成5</p><p>　　2．2 總線拓撲結構7</p><p>　　2．3 物理接口8</p><p>　　3. USB協(xié)議簡介8&l

25、t;/p><p>　　3．1 USB數(shù)據(jù)流模型8</p><p>　　3．1．1 端點9</p><p>　　3．1．2 管道9</p><p>　　3．1．3 包10</p><p>　　3．1．4 事務11</p><p>　　3．2數(shù)據(jù)傳輸模型13</p><p

26、>　　3．2．1 控制傳輸（Control Transfer）13</p><p>　　3．2．2 批量傳輸（Bulk Transfer）14</p><p>　　3．2．3 中斷傳輸（Interrupt Transfer）14</p><p>　　3．2．3 同步傳輸（Synchronous Transfer）15</p><p&

27、gt;　　3．3 USB設備總線枚舉16</p><p>　　3．3．1 設備暫態(tài)16</p><p>　　3．3．2 USB設備的總線枚舉17</p><p>　　3．3．3 標準USB描述符18</p><p>　　4. 系統(tǒng)硬件設計18</p><p>　　4．1 主要芯片介紹20</p>

28、<p>　　4．1．1 C8051F320簡介20</p><p>　　4．1．2 LTC3555簡介23</p><p>　　4．2 硬件設計電路27</p><p>　　4．2．1 電源電路27</p><p>　　4．2．2 鋰電池充電電路27</p><p>　　4．2．3 LED點陣顯

29、示電路28</p><p>　　5. 系統(tǒng)軟件設計30</p><p>　　5．1 系統(tǒng)初始化的設計與實現(xiàn)30</p><p>　　5．2 驅動程序的開發(fā)31</p><p>　　5．3 主機應用程序的開發(fā)33</p><p>　　5．4 固件程序的設計34</p><p>　　5．

30、4．1 程序設計總體考慮34</p><p>　　5．4．2 主程序設計35</p><p>　　5．4．3 USB中斷服務程序設計37</p><p>　　5．4．4 FLASH讀寫程序設計38</p><p>　　5．4．5 LED點陣顯示程序設計41</p><p>　　6. 結論與展望45</

31、p><p><b>　　6.1 總結45</b></p><p><b>　　6.2 展望46</b></p><p><b>　　參考文獻47</b></p><p><b>　　附 錄49</b></p><p><

32、b>　　外文資料50</b></p><p><b>　　中文翻譯55</b></p><p><b>　　致 謝60</b></p><p><b>　　1. 緒論</b></p><p>　　1．1 課題的提出及意義</p><

33、p>　　LED 點陣顯示牌是由LED點陣組成的顯示信息的產品。它采用低電壓掃描驅動，具有耗電少、使用壽命長、成本低、亮度高、視角大、可視距離遠等許多優(yōu)點，其顯示的內容由PC 機傳送過來，可以是圖形文件和文本文件并以多種模式顯示之，具有技術的先進性和系統(tǒng)的可靠性，因而廣泛應用于證券、交通、醫(yī)院、銀行等公共場合[1]。</p><p>　　現(xiàn)代生活對LED 點陣顯示牌的要求日益提高。除了性能好以外，還要求LED

34、點陣顯示牌能有其它特點，如使用方便、經濟合理、安全可靠、掉電顯示等。</p><p>　　目前常用的LED點陣顯示牌輸入信息固定，一般都是利用取模軟件生成點陣字模在點陣上顯示，不便于更新信息，普遍存在掉電后不能工作的缺陷。</p><p>　　現(xiàn)在的UART 串行口雖然支持外插，但不能給外設供電，其速度太慢，遠不能適用現(xiàn)今高速設備的發(fā)展需求。</p><p>　　U

35、SB（通用串行總線）的普及使其成為在各類便攜式設備中進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊环N較好的選擇。因此，可以應用USB總線設計LED點陣顯示牌并同時對其供電，但USB總線電源斷開時，系統(tǒng)便不能工作。若用鋰電池自動切換供電，則可以解決以上的缺陷 [2]。 </p><p>　　基于此，本文提出了基于USB的LED點陣顯示牌，它具有傳輸速度快、更新信息方便、設備安裝和配置容易、易于擴展、能夠采用總線供電、使用靈活等優(yōu)點；外接的鋰電池

36、可迅速充電，提供工作電源，便于攜帶，基本上完善了LED點陣顯示牌的功能，具有良好的應用前景和很高的實用價值。</p><p>　　本課題介紹的LED點陣顯示牌可應用于會議展牌、學生牌、電影院展示牌、廣告顯示牌，首先在上位機編輯漢字并通過USB適時發(fā)送漢字的點陣字模，然后由單片機控制漢字的靜態(tài)與動態(tài)顯示。該顯示牌可實現(xiàn)多個漢字的顯示。USB 接口控制芯片采用Cygnal 公司推出的一款新型USB 微控制器芯片C80

37、51F320，鋰電池充電芯片采用凌力爾特公司新推出的多功能電源管理器件LTC3555。</p><p>　　1．2 USB的發(fā)展狀況</p><p>　　1．2．1 USB的發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　USB(Universal Serial Bus)即通用串行總線，在傳統(tǒng)的計算機組織結構基礎上引入了網絡的某些技術，可以說是計算機外設連接技術的重大變革。</

38、p><p>　　1995年，由Compaq、Digital Equipment、IBM、Intel、Microsoft、NEC 和Northern Telecom七個在計算機與通信工業(yè)領先的公司組成聯(lián)盟，并建立USB - IF (USB 實施者論壇) 來推進采用USB 標準的兼容設備的開發(fā)。它最初是為將電話接入PC 機而設計的，然而由于這種新的連接標準性能優(yōu)良，USB -IF 決定將USB 推廣為一種計算機標準。&l

39、t;/p><p>　　在1996年，USB - IF公布了USB 規(guī)范1. 0，這是第一個為USB 產品提出設計要求的標準。1998年，在進一步對以前版本的標準進行闡述和擴充的基礎上，發(fā)布了USB 標準1. 1。而此時聯(lián)盟僅剩四個核心公司，它們是Compaq、Intel、Microsoft 和NEC。由于USB 的方向偏離了通信，IBM 和Northern Telecom退出了該聯(lián)盟。</p><

40、p>　　USB2. 0 發(fā)布于1999。由于USB2. 0 的發(fā)布，Hewlett Packard、Philips 和Lucent 三個公司加入了聯(lián)盟，從而使聯(lián)盟的核心成員數(shù)重新恢復為七個。之后，USB一直持續(xù)不斷地增長。USB2.0 向下兼容USB1.1，還支持寬帶寬數(shù)字攝像設備及下一代掃描儀、打印機及存儲設備。</p><p>　　在1998年8月，Apple公司推出了僅有USB 端口的iMAC，曾引起

41、整個業(yè)界的轟動，并使該公司的股票價格高漲。</p><p>　　今天的USB - IF 已經擁有600多個成員公司，幾乎包括所有世界上的PC 和外設制造商。在美國，100 %的PC 機與膝上型電腦配備有Windows 98支持的USB 接口。盡管該操作系統(tǒng)不具備所有外設的驅動程序，用戶卻并不太在意這一點，因為USB 仍可提供僅需一個步驟的簡易安裝。過去兩年內，其它的操作系統(tǒng)，.像MacOS 和開放式UNIX，也已

42、經加入了USB之中。</p><p>　　USB 由于速度快、通用性好、擴展性強、功耗、穩(wěn)定、易開發(fā)等眾多優(yōu)點，正逐步取代傳統(tǒng)的接口總線而應用與計算機的各種外設中，特別是2000年第一季推出USB 2.0 標準后，USB 接口的應用將會更加廣泛。</p><p>　　1．2．2 USB的優(yōu)點</p><p>　　USB標準可以針對不同的價格性能比要求，提供不同的選擇

43、，針對相同的系統(tǒng)和部件提供不同的功能，可以說USB是外設發(fā)展的必然趨勢，其特性在于以下幾點：</p><p><b>　　速度快</b></p><p>　　USB有全速和低速兩種模式。主模式為全速模式，速率為12Mb/s，從而使一些要求高速數(shù)據(jù)的外設，如高速硬盤、攝像頭等，都能統(tǒng)一到同一個總線框架下。另外為了適應一些不需要很大吞吐量, 但有很高實時性要求的設備，如鼠

44、標、鍵盤、游戲桿等，USB還提供低速方式, 速率為1.5Mb/s。不管是全速還是低速模式, 速度都比RS232接口快得多。</p><p><b>　　2) 易擴展</b></p><p>　　USB采用的是一種易于擴展的樹狀結構, 通過使用USB Hub擴展，可連接多達127個外設。標準USB的電纜長度為3米（5米，低速）。通過Hub或中繼器可以使外設距離達到30米

45、。</p><p>　　支持熱插拔和即插即用</p><p>　　在USB系統(tǒng)中, 所有的USB設備可以隨時接入和拔離系統(tǒng)，USB主機能夠動態(tài)地識別設備的狀態(tài), 并自動給接入的設備分配地址和配置參數(shù)。這樣一來，安裝USB設備不必再打開機箱，加、減己安裝過的設備完全不用關閉計算機, 也不必像過去那樣, 需要手動跳線或撥碼開關來設置新的外設。</p><p>　　USB

46、提供總線供電和自供電兩種供電形式</p><p>　　當采用總線供電時, 不需要額外的電源。USB主機和USB Hub有電源管理系統(tǒng)，對系統(tǒng)的電源進行管理。</p><p><b>　　使用靈活</b></p><p>　　USB共有4種傳輸模式：控制傳輸（Control）、同步傳輸（Synchronization）、中斷傳輸（Interrup

47、t）、批量傳輸（Bulk），以適應不同設備的需要。</p><p>　　6) 支持多個外設同時工作</p><p>　　在主機和外設之間可以同時傳輸多個數(shù)據(jù)和信息流。</p><p><b>　　7) 成本低</b></p><p>　　USB設備一般都比同類功能的設備成本低。</p><p>　

48、　8）有很高的容錯性能</p><p>　　它具有事務處理錯誤檢測機制，能夠對有缺陷的設備進行認定，對錯誤的數(shù)據(jù)進行恢復或報告。</p><p>　　總之，USB是一種方便、靈活、簡單、高速的總線結構[3]。</p><p>　　1．3 LED點陣顯示牌簡述</p><p>　　隨著通信技術的迅猛發(fā)展，以嵌入式計算機為核心的LED 點陣顯示牌

49、已經在LED 點陣顯示領域中占到了統(tǒng)治地位。在生活工作中，可用來及時的傳播信息和電視，尤其用來播放廣告、產品介紹等更有良好的經濟效益和社會效益。</p><p>　　現(xiàn)在常用的LED 點陣顯示牌有兩種：脫機型與聯(lián)機型。脫機型移動方便，適宜作廣告、宣傳牌、顯示牌，但信息修改更新不便；聯(lián)機型信息修改方便，時效性強，適用于要求快速發(fā)布信息的場合[4]。</p><p>　　本課題研究的LED 點

50、陣顯示牌利用一臺微機作為上位機，可實時地將上位機上用戶輸入的漢字生成漢字的點陣字模，并通過USB傳輸給單片機，存儲在單片機片內FLASH ，然后由單片機控制漢字在16 塊LED 點陣上的顯示（下位機），外帶的鋰電池支持掉電顯示，集合了以上兩種的優(yōu)點。故基于USB 的LED 點陣顯示牌具有很大的應用前景。</p><p><b>　　1．4 方案論證</b></p><p&

51、gt;　　在進行一個USB 設備開發(fā)之前，首先要根據(jù)具體使用要求選擇合適的USB控制器。目前，市場上供應的USB 控制器主要有兩種：帶USB接口的單片機（MCU）或純粹的USB 接口芯片。</p><p>　　帶USB 接口的單片機在應用上又可以分成兩類，一類是從底層設計專用于USB 控制的單片機，比如Cypress公司的CY7C630（低速）、CY64X13（全速），但由于價格、開發(fā)工具以及單片機性能有限等問題

52、，所以一般不選用。另一類是增加了USB接口的普通單片機，例如Intel公司的8X931（基于8051）、8X930（基于高速、增強的8051）、Cypress公司的EZ－USB(基于8051），Cygnal公司的C8051F32X(基于高速，增強的8051)，選擇這類USB控制器的最大好處在于開發(fā)者對系統(tǒng)結構和指令集比較熟悉，開發(fā)工具簡單。</p><p>　　純粹的USB 接口芯片僅處理USB 通信，必須有一個

53、外部微處理器來進行協(xié)議處理和數(shù)據(jù)交換。典型產品有Philips公司的PDIUSBD12(并行接口），NS公司的USBN9603/9604(并行接口），NetChip公司的NET2888等。USB接口芯片的主要特點是價格便宜、接口方便、可靠性高，尤其適合于產品的改型設計（硬件上僅需對并行總線和中斷進行改動，軟件則需要增加微處理器的USB中斷處理和數(shù)據(jù)交換程序、PC機的USB接口通信程序，無需對原有產品系統(tǒng)結構作很大的改動）。但其明顯的缺點

54、是至少需要兩個芯片(MCU和USB芯片)，電路設計和調試比較復雜，不利于快速開發(fā)一個項目[5]。</p><p>　　根據(jù)本系統(tǒng)的設計要求和實際情況，選用Cygnal公司的C8051F320芯片來完成USB 數(shù)據(jù)傳輸。選用此芯片將大大簡化硬件電路、減小外設體積，而且還可以提高產品的可靠性。該芯片具有較快的處理速度和較大的存儲容量，并且具有在系統(tǒng)可編程的功能，是比較理想的選擇。</p><p&g

55、t;　　鋰電池充電部分我們選用凌力爾特公司的LTC3555，它是一種應用于實現(xiàn)鋰電池或聚合物電池快速充電的電源管理器件，速度快、低功耗, 低噪聲, 使用靈活且體積小，支持I2C總線，采用它可以節(jié)省總線個數(shù)，節(jié)省C8051F320引腳。使用該芯片作為電源管理是較理想的選擇。</p><p><b>　　2．USB系統(tǒng)簡介</b></p><p>　　2．1 USB系統(tǒng)組

56、成</p><p>　　一個USB系統(tǒng)主要由三個部分：USB設備，USB主機和USB互聯(lián)[6] [7]。</p><p><b>　　USB設備</b></p><p>　　USB有兩種設備類：集線器（Hub）和功能部件（Function），如人機接口、打印機、圖像掃描儀或海量存儲器等各種設備。</p><p>　　當設

57、備被連接、編號后，該設備就擁有一個唯一的USB地址，所有USB設備必須在零號端口上提供一個特殊的管道，用來連接USB設備的USB控制管道。在零號端口上，控制管道中的信息應完整地描述USB設備，該信息分為標準信息、類別信息、USB廠商信息。此外，每個USB設備均需提供USB的控制和狀態(tài)信息。</p><p>　　集線器是將設備連接在一起的集中器，可讓不同性質的設備連接在USB端口上。集線器可將一個連接點轉化成多個的

58、連接點，只有集線器可以提供附加的USB 的連接點，集線器極大簡化了USB 的互連復雜性。</p><p>　　功能部件是一種能通過總線進行發(fā)送、接收數(shù)據(jù)和控制信息的USB 設備，為主機提供具體的功能。它一般是一種分開的外設，通過一根電纜接插在集線器的某個端口上。USB 設備必須能提供標準的USB 接口，包括能理解USB 協(xié)議，響應標準USB操作，能對設備進行配置和復位。此外，每個功能設備都應包含設置信息，用來描述

59、該設備的性能和資源要求，以便在使用功能部件前主機對其進行設置。</p><p><b>　　2) USB 主機</b></p><p>　　在任何USB 系統(tǒng)中，只能有一個主機。USB 和主機系統(tǒng)的接口稱作主控制器，主控制器可由硬件、固件和軟件來組合實現(xiàn)。根集線器集成在主機系統(tǒng)內，用來提供一個或多個連接點。USB 的主機通過主控制器與USB 設備進行交互操作。主機負責

60、完成以下工作：</p><p>　　(1) 檢測USB 設備的連接和移除；</p><p>　　(2) 管理主機和USB 設備之間的控制流；</p><p>　　(3) 管理主機和USB 設備之間的數(shù)據(jù)流；</p><p>　　(4) 收集狀態(tài)和動作信息；</p><p>　　(5) 給接上的USB 設備提供能量。&l

61、t;/p><p>　　主機上USB 的系統(tǒng)軟件管理USB 設備和主機上與該設備有關的軟件之間的交互作用。USB 系統(tǒng)軟件與設備軟件間有五種相互作用方式：</p><p>　　(1) 設備編號和設置；</p><p>　　(2) 同步數(shù)據(jù)傳輸；</p><p>　　(3) 異步數(shù)據(jù)傳輸；</p><p><b>　

62、　(4) 電源管理；</b></p><p>　　(5) 設備和總線管理信息。</p><p>　　只要可能，USB 系統(tǒng)軟件就會使用當前的主機軟件接口來管理上述幾種方式。</p><p>　　3) USB 的互連</p><p>　　USB 的互連是指USB 設備與主機之間進行連接和通信的操作，它決定了USB 的體系結構。主要包

63、括以下幾方面：</p><p>　　(1) 總線的拓撲結構：USB 設備與主機之間的各種連接方式；</p><p>　　(2) 內部層次關系：USB 的任務在系統(tǒng)的各個層次中執(zhí)行時按照功能疊放的層次；</p><p>　　(3) 數(shù)據(jù)流模式：數(shù)據(jù)在系統(tǒng)中通過USB 從產生方到使用方的流動方式；</p><p>　　(4) USB 的調度：通過

64、對可使用的連接進行調度,提供資源共享并支持同步數(shù)據(jù)傳輸。</p><p>　　2．2 總線拓撲結構</p><p>　　USB 將USB 設備和USB 主機連接在一起，USB 的物理連接是一個分層的星型拓撲結構。通過網絡集線器進行連接,集線器位于星型的中心。從主機到集線器或功能部件，或從集線器到集線器或功能部件之間，每條接線段是點到點連接。USB的拓撲結構如圖2-1所示。</p>

65、;<p>　　圖2－1 USB總線拓撲結構</p><p>　　由于集線器和電纜所能允許的傳播時間上的限制，所允許的最大層數(shù)為7層，包括根層在內。在這7層中，在主機和任何設備之間的通訊線路上可支持最大5個非根層的集線器。所以，如圖2-1所示，占有2層的一個組合設備將它接到第7層時，將不能工作。在第7層只能接具體的功能器件。</p><p><b>　　2．3 物理接

66、口</b></p><p>　　USB采用四線電纜，其中兩根用來作數(shù)據(jù)傳送的串行通道，其余兩根用來為下流（Downstream）設備提供電源如圖2-2所示。圖中D+、D-是串行數(shù)據(jù)通信線，VBUS和GND作為電源線。USB是基于令牌的總線，類似于像令牌環(huán)網絡或FDDI基于令牌的總線，USB主控制器廣播令牌，總線上設備檢測令牌中的地址是否與自身相符，通過接受或發(fā)送數(shù)據(jù)給主機作響應，USB主機通過支持懸掛

67、/恢復操作來管理USB總線電源[8]。</p><p>　　圖2-2 USB電纜</p><p>　　3. USB協(xié)議簡介</p><p>　　3．1 USB數(shù)據(jù)流模型</p><p>　　任何USB通信都是架構在主機的緩沖區(qū)與接收設備的端點之上的，數(shù)據(jù)在這兩者之間的管道之間傳輸，其數(shù)據(jù)流模型見圖3-1。本節(jié)將依次介紹端點、管道、包、事務等概

68、念[9]。</p><p>　　圖3-1 USB數(shù)據(jù)流模型</p><p><b>　　3．1．1 端點</b></p><p>　　每個邏輯設備都可視為一系列端點的集合，端點標志著主機與設備通信的結束點。每個端點都有一個序號，序號值的范圍在0到14之間。其中，0號端點專用于控制傳輸，不可為主機配置。其他非零端點需在主機配置后，方可訪問。端點根

69、據(jù)數(shù)據(jù)流動的方向又可分為IN端點和OUT端點，因此，0號端點又分為控制IN和控制OUT兩類。其他端點的屬性，如方向、緩沖大小等的設置則在相應的寄存器中進行。</p><p><b>　　3．1．2 管道</b></p><p>　　主機與設備的端點之間的連接稱為管道。USB系統(tǒng)軟件與端點0之間的連接稱為缺省控制管道(Default Control Pipe )，用于配

70、置和控制設備；客戶軟件則使用一組管道與接口通信。管道代表通過內存緩沖區(qū)在客戶軟件與設備端點之間移動數(shù)據(jù)的能力，其具有如下兩種模式。</p><p>　　1) 流(Stream)管道：流管道中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)不具有USB定義的結構，它可以用作批量傳輸、同步傳輸和中斷傳輸，且通常是單向的。因而，如果客戶軟件要完成同設備的IN傳輸和OUT傳輸，則必須使用兩條管道分別進行IN傳輸和OUT傳輸。</p><p

71、>　　2) 消息(Message)管道：在消息管道中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)具有USB定義的結構，它一般只用作控制傳輸?shù)墓艿溃沂请p向的，既支持IN傳輸又支持OUT傳輸。 </p><p>　　USB設備中的0號端點所實現(xiàn)的缺省控制傳輸管道就是這樣的消息管道。USB系統(tǒng)軟件確保不會有多個請求同時發(fā)送到消息管道。設備每個消息管道在同一時刻只能響應一個請求。主機上多個客戶軟件可以通過缺省控制管道提出請求，但是這些請求

72、是按照先進先出的順序發(fā)送到設備。</p><p><b>　　3．1．3 包</b></p><p>　　“包”是USB通信的最基本數(shù)據(jù)單元。每一個包，基本上包含了一個完整的USB信息。按照包在整個USB數(shù)據(jù)傳輸中的作用不同，包主要分為3類：令牌包、數(shù)據(jù)包和握手包。包類型不同，其所包含的字段也不同，但第一個域都是同步域，且它在總線上傳輸時，總是以SOP信號開始、以EO

73、P信號結束，如表3-1所示。</p><p><b>　　表3-1包的組成</b></p><p>　　令牌包定義了數(shù)據(jù)傳輸?shù)念愋?，?shù)據(jù)包中包含需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，握手包則用</p><p>　　于指明了數(shù)據(jù)接收的狀態(tài)。</p><p>　　1) 令牌包(Token Packet)</p><p>　

74、　由于USB的事務是由PC主機啟動的，所以在每一個事務中必須以下列的5個數(shù)據(jù)域所組成的令牌包為開始，執(zhí)行通信協(xié)議的前導工作。令牌包格式如表3-2所示。</p><p>　　表3-2 令牌包格式</p><p>　　2) 數(shù)據(jù)包(Data Packet)</p><p>　　數(shù)據(jù)包由PID域、0-1023字節(jié)長度的數(shù)據(jù)域和16比特的CRC檢查域組成，數(shù)據(jù)包格式如表3-

75、3所示。</p><p>　　表3-3 數(shù)據(jù)包格式 </p><p>　　其中數(shù)據(jù)包的PID數(shù)據(jù)域包含兩種類型：DATAO和DATA1，根據(jù)USB協(xié)議規(guī)定，最初的數(shù)據(jù)封包都是以DATAO位開始，其后才是DATA1，然后以此方式交替切換，這個動作稱為“Data Toggle” 。如此就可以保持整個傳輸過程中主機能與設備維持同步。</p><p>　　3)

76、握手包(Handshake Packet)</p><p>　　握手包用于表示事務(Transaction )處理的最后時相，用來報告事務處理過程中接收方的狀態(tài)。它的結構如表3-4所示，沒有數(shù)據(jù)字段和CRC字段，只有同步字段和標識符字段用來表示數(shù)據(jù)傳輸狀態(tài)。</p><p>　　握手信號封包的PID數(shù)據(jù)域包含ACK, NAK, STALL三種類型名稱。也就對應了ACK握手信號封包、NAK握

77、手信號封包以及STALL握手信號封包。</p><p>　　表3-4 握手包格式</p><p><b>　　3．1．4 事務</b></p><p>　　事務處理是USB總線上數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕締挝?，主機與USB設備之間的一次通信可能要用到1個或者多個事務。事務處理由3個階段組成：令牌階段、數(shù)據(jù)階段和握手階段。事務又分為IN事務、OUT事務、SE

78、TUP事務、PING事務、SOF事務、SPLIT事務和PRE事務。針對本課題，選取最為重要的IN、OUT、SETUP、SOF等4個事務來介紹[7][10][11]。</p><p><b>　　1、IN事務</b></p><p>　　IN事務用于完成USB設備到主機的數(shù)據(jù)傳輸。其內容可由圖3-2表示。正常情況下，USB設備將向主機發(fā)出數(shù)據(jù)包。USB設備不能成功地響應

79、主機發(fā)出的IN令牌包時，USB設備的響應有：當收到的IN令牌包已損壞，則USB設備不應答；如USB設備暫時不能向主機發(fā)送數(shù)據(jù)，則返回NAK握手包；當USB設備的這個IN端點被停止了，則向主機返回STALL握手包。</p><p>　　圖3-2 成功傳輸?shù)腎N事務處理</p><p>　　對主機而言，正常時應接收來自USB設備的數(shù)據(jù)，并以ACK握手。但當主</p><p&

80、gt;　　機暫不能接收數(shù)據(jù)或檢測到數(shù)據(jù)包已損壞，則會丟棄數(shù)據(jù)包，不做任何響應。</p><p><b>　　2、OUT 事務</b></p><p>　　OUT事務用于完成主機到USB設備的數(shù)據(jù)傳輸。正常情況下，USB設備成功接收來自主機的數(shù)據(jù)，并以ACK握手返回。當USB設備收到已損壞的OUT令牌包和數(shù)據(jù)包，則設備將不做答。當USB設備的該端點已被停用，它將會向主機

81、返回STALL握手包。當USB設備和該數(shù)據(jù)包的數(shù)據(jù)觸發(fā)位不匹配，則USB設備則會丟棄數(shù)據(jù)，返回ACK握手。</p><p><b>　　3、SETUP事務</b></p><p>　　SETUP事務是一種特殊的事務，它用于定義主機到USB設備的數(shù)據(jù)傳輸。</p><p>　　由于它的數(shù)據(jù)格式較為特殊，只用于在USB控制傳輸?shù)慕㈦A段。當USB設

82、備</p><p>　　接收到的SETUP令牌包有誤，USB設備則忽略該信息包，且不做任何響應。一旦USB設備接收了SETUP令牌包，則一定要接收后面的數(shù)據(jù)包并向主機返回ACK包握手。與IN、OUT事務不同的是，USB設備不能對SETUP事務處理返回NAK或者STALL等握手包。</p><p><b>　　4、SOF事務</b></p><p&g

83、t;　　SOF事務表示USB幀/小幀的開始，它僅包含主機或者集線器事務翻譯器發(fā)</p><p>　　出的SOF令牌包，而不需USB設備返回任何握手。</p><p>　　對低速/全速傳輸而言，幀的長度為1ms，即每1ms產生一次SOF令牌包。</p><p>　　對高速傳輸而言，幀長度為125μs，SOF令牌包每7個小幀產生一次。</p><p&

84、gt;<b>　　3．2數(shù)據(jù)傳輸模型</b></p><p>　　USB定義了4種傳輸類型，即控制傳輸、中斷傳輸、批量傳輸和同步傳輸。表3-5是這4種數(shù)據(jù)傳輸類型在端點類型、傳輸方向、傳輸數(shù)據(jù)的特點等方面的比較[12]。</p><p>　　表3-5 USB四種傳輸類型的比較</p><p>　　對FLASH等存儲介質進行讀寫操作，一般沒有時間

85、和速率的要求，一般都</p><p>　　采用批量傳輸方式進行傳輸。</p><p>　　3．2．1 控制傳輸（Control Transfer）</p><p>　　控制傳輸作為最重要同時也是最為復雜的傳輸類型，是所有USB設備都必須支持的傳輸類型。待USB設備連接到主機上之后，主機借助控制傳輸來與設備交換信息、配置設備、讀取設備描述符等。</p>

86、<p>　　控制傳輸由初始設置、可選數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息三個階段組成。其中，初始設置</p><p>　　階段中，主機向指定的USB設備發(fā)送SETUP令牌包。可選數(shù)據(jù)階段中，主機則</p><p>　　發(fā)送具有USB定義格式的數(shù)據(jù)包。在最后的握手階段，USB設備則接收主機發(fā)</p><p>　　送給它的令牌包和數(shù)據(jù)包，并向主機返回ACK握手包。一旦SETUP令牌

87、包出錯，USB設備就會忽略該信息包，也不會對返回任何信息。而當設備接收了來自主機的SETUP包時，就一定要接收后面的數(shù)據(jù)包，同時必需向主機返回ACK握手包。</p><p>　　3．2．2 批量傳輸（Bulk Transfer）</p><p>　　批量傳輸支持在不確定時間進行的大量的數(shù)據(jù)通信，在移動存儲設備中使用</p><p>　　廣泛。用于批量傳輸?shù)亩它c決定其

88、接收或發(fā)送的最大數(shù)據(jù)凈負荷區(qū)大小。USB規(guī)定最大的批量傳輸凈負荷區(qū)的長度為8、16、32或64字節(jié)。所有主機控制器都必須支持這幾種字節(jié)長度作為最大長度，而對于超過此范圍的數(shù)據(jù)長度可以不支持。</p><p>　　以BULK IN傳輸為例，當主機做好準備接收數(shù)據(jù)時，就會向USB設備發(fā)送</p><p>　　IN令牌包，并根據(jù)USB設備返回的數(shù)據(jù)來握手。當USB設備在接收到令牌包后，發(fā)現(xiàn)此包損

89、壞，將不應答。若令牌包有效，則USB設備將返回DATAx數(shù)據(jù)包、NAK或者STALL握手包。主機接收到有效的DATAx數(shù)據(jù)包，就會向USB設備返回ACK包；相反，如果接收的數(shù)據(jù)有誤，數(shù)據(jù)包將被丟棄，主機不做應答，并重試該IN事務，但最多3次。批量傳輸格式如圖3-3。</p><p>　　圖3-3 批量傳輸格式</p><p>　　3．2．3 中斷傳輸（Interrupt Transfer）

90、</p><p>　　中斷傳輸適用于傳輸數(shù)據(jù)量少、但服務周期固定的數(shù)據(jù)，常用來傳輸鼠標、</p><p>　　鍵盤操作的數(shù)據(jù)。同批量傳輸類似，中斷傳輸包括IN和OUT事務，并可分為令</p><p>　　牌、數(shù)據(jù)和握手三個階段，但不一定要經歷所有3個階段。其傳輸格式見圖3-4。</p><p>　　圖3-4 中斷傳輸模式</p>

91、<p>　　中斷傳輸?shù)臄?shù)據(jù)不具有USB定義的格式。因此在總線上進行中斷傳輸時，必須使用數(shù)據(jù)觸發(fā)機制來保證數(shù)據(jù)包收發(fā)同步，從而使數(shù)據(jù)能被正確接收。</p><p>　　3．2．3 同步傳輸（Synchronous Transfer）</p><p>　　對于大量的、速率恒定且對服務周期有要求的數(shù)據(jù)，適合采用同步傳輸。通常，對于音視頻設備，如CD機、MP3等都采用同步傳輸?shù)姆绞竭M行

92、數(shù)據(jù)的傳輸。在同步傳輸中，數(shù)據(jù)的及時收發(fā)相對其正確性更為重要，因此，同步傳輸只包含令牌和數(shù)據(jù)2個階段，省去了握手這一步。鑒于USB總線傳輸?shù)恼`碼率很低，即使偶爾出現(xiàn)錯誤情況，也都是在可以接受的范圍內。同步傳輸格式見圖3-5。</p><p>　　圖3-5 同步傳輸格式</p><p>　　3．3 USB設備總線枚舉</p><p>　　主機要識別USB設備之前，需要

93、經歷一系列的設備狀態(tài)，即設備暫態(tài)，進而才能進行USB設備的總線枚舉[13]。</p><p>　　3．3．1 設備暫態(tài)</p><p>　　USB設備的暫態(tài)有：</p><p>　　接入態(tài)——USB設備接入主機的物理行為。主機通過檢測信號線上的電平變化即可發(fā)現(xiàn)有設備接入。</p><p>　　供電態(tài)——在設備未被配置前，設備的電源仍是默認值。

94、設備進入配置階段之后，供電態(tài)會暫時停止供電，以實現(xiàn)設備的復位及重新接入。待設備被配置后，進入正常的供電態(tài)，即主機按照設備要求的最大電流值供電。</p><p>　　缺省態(tài)——設備在配置前，通過缺省地址0與主機通信時的狀態(tài)。</p><p>　　地址態(tài)——設備歷經了配置、復位后，按照主機分配的地址通信的狀態(tài)。</p><p>　　配置態(tài)——主機通過各種USB請求命令獲

95、取設備信息，并改變或設置設備的某些信息，從而完成對設備的配置。此狀態(tài)即為配置態(tài)。</p><p>　　掛起態(tài)——設備進入掛起狀態(tài)。</p><p>　　除掛起態(tài)外，設備必須歷經其他5個狀態(tài)，方可被成功配置。而這6個暫態(tài)之間的關系并非彼此孤立，而是相互關聯(lián)的。其關系可見圖3-6。</p><p>　　圖3-6 USB設備狀態(tài)轉移圖</p><p&g

96、t;　　3．3．2 USB設備的總線枚舉</p><p>　　USB通過使用總線枚舉操作來管理USB設備的連接與斷開?？偩€枚舉的過程由兩部分組成，先是主機和USB設備所連接的集線器進行通信，然后主機才開始與這個新連接的USB設備進行數(shù)據(jù)傳輸?？偩€枚舉的具體過程如下：</p><p>　　1）設備連接。USB設備接入USB總線，即進入接入態(tài)。</p><p>　　2）

97、集線器為設備上電，使之進入供電態(tài)。</p><p>　　3）主機檢測到設備后，復位設備。即設備連接到總線后，主機通過檢測設備在總線上的上拉電阻檢測到有無設備與之連接，并得知設備的速度，繼而發(fā)出復位信號，復位設備。</p><p>　　4）設備進入缺省態(tài)。設備在收到復位信號后，使用缺省地址對其尋址。</p><p>　　5）地址分配。當主機收到來自設備在缺省地址的響應

98、后，就對該設備分配一個空閑的地址。此后，該設備就用這個新獲得的地址與主機通信。</p><p>　　6）讀取USB的設備描述符。主機通過讀取USB設備的描述符，從而確定USB設備的諸多屬性。</p><p>　　7）配置設備，即主機根據(jù)已獲的設備描述符對設備進行配置。若主機能滿足設備所需的USB資源，主機就發(fā)送配置命令給設備，以表示配置結束。</p><p>　　8

99、）掛起。根據(jù)USB協(xié)議規(guī)定，當USB總線空閑狀態(tài)超過3ms，設備驅動程序就進入掛起狀態(tài)。此時，設備的耗電流不超過500μA。而設備的地址及配置等信息都不會因此而發(fā)生改變，而是保存在設備里。</p><p>　　完成以上8步之后，USB設備即可實現(xiàn)即插即用。其中，步驟8是可選的。</p><p>　　即設備不一定都要進入掛起狀態(tài)。</p><p>　　3．3．3 標準

100、USB描述符</p><p>　　如前文所述，任何USB設備都可視為是配置、接口和端點的集合。在實際應用上，主機通過發(fā)送GetDescriptor請求來獲取設備描述符，從而了解設備的具體信息，以便為兩者通信做好準備。標準USB描述符分幾大類，見表3-6。</p><p>　　表3-6 標準USB描述符</p><p>　　其中，設備描述符主要向主機提供USB設備的一

101、般信息，并指出其所含配置的個數(shù)。配置描述符、接口描述符和端點描述符則根據(jù)設備的工作情況，返回設備的相關信息。只是一個USB設備只能有一個設備描述符，但可以同時有多個配置描述符，接口描述符和端點描述符。</p><p><b>　　4. 系統(tǒng)硬件設計</b></p><p>　　LED點陣顯示牌硬件部分的總體設計首先應選好系統(tǒng)的中央處理系統(tǒng)CPU, 然后在其基礎上擴展，

102、選擇其他的元器件，設計出與其相配套的電路部分，經調試后組成硬件系統(tǒng)。</p><p>　　本文介紹的LED點陣顯示牌包括微控制器、USB通信接口、LED點陣以及點陣驅動電路和鋰電管理電路。本設計選用Cygnal公司內置USB接口的高性能微控制器芯片C8051F320，選用凌力爾特公司的LTC3555做為鋰電池電源管理芯片，這樣簡化了硬件部分的設計，在一定程度上縮小了LED點陣顯示牌的體積。</p>

103、<p>　　本設計的硬件電路主要有三個模塊：電源模塊、鋰電管理模塊、LED點陣顯示模塊。系統(tǒng)硬件原理框圖如下圖3-7所示。</p><p>　　其工作原理是：通過USB接口的VBUS或者鋰電池給系統(tǒng)供電，鋰電池充電通過配置LTC3555實現(xiàn)，LED點陣顯示是通過單片機控制LED點陣的行和列的高低電平來實現(xiàn)，并通過軟件編程實現(xiàn)C8051F320與PC機的通信 [14]。</p><p&

104、gt;　　圖3-7 系統(tǒng)硬件原理框圖</p><p>　　4．1 主要芯片介紹 </p><p>　　4．1．1 C8051F320簡介</p><p>　　C8051F320是由Cygnal公司推出的C8051F系列單片機中的一款小型單片機。它是集成的混合信號片上系統(tǒng)SOC（System on chip），除了具有與MCS-51內核及指令集完全兼容的微控制器、標準

105、8051的數(shù)字外設部件之外，片內還集成了數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)中常用的模擬部件和其它數(shù)字外設及功能部件。C8051F320片內自帶有USB收發(fā)器和控制處理器是它區(qū)別于同一系列產品的一大特點。用C8051F320來進行USB技術開發(fā)既方便又快捷。結構示意圖如圖4-1所示[15]。</p><p>　　圖4-1 C8051F320單片機系統(tǒng)結構示意圖</p><p>　　C8051F320功能部件

106、及特點：</p><p>　?、賃SB功能控制模塊：滿足USB2.0協(xié)議；可在全速（12 Mbps）或低速（1.5Mbps）下運行；集成有一個時鐘恢復源，對于全速或低速傳輸均可不用外部晶振；支持8個靈活通用的端點；內置一個1K的USB專用緩沖存儲器；集成了一個USB接收器，不需要外部電阻。</p><p>　?、谀M外設：10位的ADC（±1LSBINL）：其最大可編程轉換速率可

107、達200kbps，可多達17個外部輸入，可編程為單端輸入或差分輸入，內置一個溫度傳感器（±3℃）；2個模擬比較器；2.4V的內部電壓基準；精確的Vdd監(jiān)視器和欠壓檢測器。</p><p>　?、鄹咚?051微控制器內核：采用流水線指令結構，其70%的指令的執(zhí)行時間為一個或兩個系統(tǒng)時鐘周期；速度可達25 MIPS（時鐘頻率為25MHz時）。</p><p>　　④數(shù)字外設：25個字

108、節(jié)寬的端點I/O；所有口線均耐5V電壓；可同時使用UART串口、硬件SMBusTM、SPITM；帶有4個可編程的16位計數(shù)器/定時器陣列；帶有5個捕捉/比較模塊的通用16位計數(shù)器/定時器。</p><p>　　⑤時鐘源：內部晶振，精度為0.25；支持所有USB和UART模式；外部晶振器：晶體、RC、C或外部時鐘；內置一個針對USB控制器的片上時鐘乘法器。</p><p>　　⑥供電電壓：片

109、上的參考電源校準器支持USB總線電源操作；校準器的Bypass模式支持USB內部電源操作。</p><p>　?、叽鎯ζ鳎?280字節(jié)的內部數(shù)據(jù)RAM（1K+256）；16K字節(jié)的可以在系統(tǒng)編程的FLASH閃速存儲器。</p><p>　?、嗥瑑日{試模塊：片內調試電路提供全速、非侵入式的在系統(tǒng)調試（不需仿真器）；支持端點、單步、觀察點、堆棧監(jiān)視器；可以觀察/修改存儲器和寄存器；比使用仿真芯

110、片、目標仿真頭和仿真插座的仿真系統(tǒng)有更好的性能。</p><p>　?、峁ぷ鳒囟确秶?～70℃</p><p>　?、庑阅芴攸c：C8051F320在保持CISC結構及指令系統(tǒng)不變的情況下，對指令運行實行流水作業(yè)，推出了CIP-51的CPU模式，從而大大提高了指令運行速度，使8051兼容機系列進入了8位高速單片機行列。</p><p>　　C8051F320單片機系

111、統(tǒng)集成了全速/低速USB功能控制器，用于實現(xiàn)USB接口的外部設備（C8051F320不能被用作USB主設備）。USB功能控制器（USB0）由串行接口引擎（SIE）、USB收發(fā)器（包括匹配電阻和可配置上拉電阻）、1KB FIFO存儲器和時鐘恢復電路組成，其結構圖如圖4-2所示。USB功能控制器和收發(fā)器符合通用串行總線規(guī)范2.0版，可以全速或低速工作。。片內4倍時鐘乘法器和時鐘恢復電路允許使用內部高精度振蕩器作為USB時鐘源，實現(xiàn)全速和低速

112、通信。外部振蕩器也可以與4倍時鐘乘法器配合使用來產生USB時鐘。CPU時鐘源與USB時鐘相互獨立。</p><p>　　共有8個端點：一個雙向控制端點（端點0）和三對輸入/輸出端點（端點1-3輸入/輸出）。使用1024字節(jié)的片內XRAM作為USB0的FIFO空間。FIFO空間在端點0–3之間的分配如圖4-3所示。分配給端點1–3的FIFO空間可以被配置為輸入（IN）、輸出（OUT）或兩者兼有（分割方式：一半空間給

113、輸入，一半空間給輸出）。</p><p>　　圖4-2 USB控制器結構圖</p><p>　　圖4-3 USB FIFO分配</p><p>　　4．1．2 LTC3555簡介</p><p>　　LTC3555是凌力爾特公司新推出的一種電源管理器件，它集成了獨立電池充電器、開關型PowerPath TM管理器、理想二極管、I2C控制功能、