作者：李建平

　　摘要：C8051F320是Cygnal公司推出的一款新型USB微控制器芯片。該器件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USB接口設(shè)計(jì)的理想選擇。文中介紹了C8051F320的特點(diǎn)和引腳功能，并以一個(gè)USB-CAN接口轉(zhuǎn)換模塊為例介紹了USB接口的軟硬件設(shè)計(jì)。

   關(guān)鍵詞：C8051F320；USB；USB描述符；固件

　　隨著ＵＳＢ技術(shù)的快速發(fā)展以及ＵＳＢ外設(shè)在越來越多場合的廣泛應(yīng)用，支持ＵＳＢ接口技術(shù)的芯片也越來越多。對于ＵＳＢ接口的設(shè)計(jì)，如非擴(kuò)展之用，選用帶有ＭＣＵ的ＵＳＢ控制器當(dāng)然是設(shè)計(jì)師們的首選，因?yàn)檫@樣不僅可以大大簡化硬件電路、減小外設(shè)體積，而且還可以提高產(chǎn)品的可靠性。文中介紹的Ｃ８０５１Ｆ３２０就是順應(yīng)這種需求而推出的一種新型ＵＳＢ控制器芯片。

　�。� Ｃ８０５１Ｆ３２０的主要特點(diǎn)

　�。茫福埃担保疲常玻笆牵茫纾睿幔旃就瞥龅囊豢罹哂腥伲眨樱鹿δ艿幕旌闲盘枺妫欤幔螅栉⒖刂破餍酒�，該器件內(nèi)部集成有２３０４ Ｂｙｔｅ ＲＡＭ和１６ｋ Ｂｙｔｅ的ｆｌａｓｈ存儲器。實(shí)際上，Ｃ８０５１Ｆ３２０是一個(gè)完整的小型片上系統(tǒng)（ＳｏＣ）。由于利用該芯片進(jìn)行設(shè)計(jì)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(yīng)用的理想選擇。與其它同類產(chǎn)品相比，Ｃ８０５１Ｆ３２０主要具有如下一些特點(diǎn)：

　　●全速的ＵＳＢ ２．０功能控制器；

　　●內(nèi)部集成了時(shí)鐘恢復(fù)電路，且不需要外接晶體振蕩器；

　　●可支持８個(gè)ＵＳＢ端點(diǎn)；

　　●帶有１ｋ字節(jié)的ＵＳＢ緩沖存儲器；

　　●內(nèi)部集成了ＵＳＢ接口的數(shù)據(jù)收發(fā)器，設(shè)計(jì)中無需外部上拉電阻；

　　●具有高速增強(qiáng)型８０５１ ＭＣＵ內(nèi)核，該ＭＣＵ內(nèi)核采用流水線式指令結(jié)構(gòu)，７０％的指令執(zhí)行時(shí)間為一個(gè)或兩個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期，處理速度可達(dá)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(tǒng)編程（ＩＳＰ），帶有可編程的數(shù)字Ｉ／Ｏ和數(shù)字交叉開關(guān)，可提供全速、非侵入式的在系統(tǒng)片內(nèi)調(diào)試電路等。

　�。� Ｃ８０５１Ｆ３２０的引腳功能

　�。茫福埃担保疲常玻暗囊_排列如圖１所示。主要引腳的功能如下：

　�。模�、Ｄ－：ＵＳＢ電纜的ＵＳＢ Ｄ＋和ＵＳＢ Ｄ－連接端；

　�。郑模模海玻贰常叮制想娫摧斎攵嘶蚱瑑�(nèi)電壓調(diào)節(jié)器的３．３Ｖ輸出端；

　�。遥牛牵桑危浩瑑�(nèi)電壓調(diào)節(jié)器的５Ｖ輸入端；

　�。郑拢眨樱海眨樱码娎|ＶＢＵＳ引線的感應(yīng)輸入端，當(dāng)該腳出現(xiàn)５Ｖ高電平信號時(shí)，表示該設(shè)備已經(jīng)和主機(jī)連接好；

　�。遥樱裕茫玻茫耍憾喙δ芤_，內(nèi)部上電復(fù)位ＰＯＲ（Ｐｏｗｅｒ Ｏｎ Ｒｅｓｅｔ）和ＶＤＤ監(jiān)視器的漏極開路輸出，使該腳保持低電平１５μｓ以上可對系統(tǒng)進(jìn)行一次復(fù)位。此外，該腳還可作為Ｃ２接口的時(shí)鐘信號輸入端；

　�。校常埃茫玻模憾喙δ芤_，可作為Ｉ／Ｏ端口或Ｃ２接口的雙向數(shù)據(jù)信號傳輸端口。

　�。场�(yīng)用舉例

　　筆者以Ｃ８０５１Ｆ３２０為核心設(shè)計(jì)了一個(gè)ＵＳＢ和ＣＡＮ總線的接口轉(zhuǎn)換模塊，運(yùn)用該接口轉(zhuǎn)換模塊可以方便地把具有ＵＳＢ接口的測控設(shè)備連接到一個(gè)ＣＡＮ總線測控網(wǎng)絡(luò)中，以對系統(tǒng)的運(yùn)行狀況進(jìn)行系統(tǒng)和整體的測試和分析。在該接口轉(zhuǎn)換模塊的設(shè)計(jì)中，最主要的工作就是ＵＳＢ接口部分的設(shè)計(jì)，包括硬件電路和固件程序的設(shè)計(jì)。

　　３．１ ＵＳＢ 接口硬件電路設(shè)計(jì)

　　由于Ｃ８０５１Ｆ３２０微控制器具有簡單易用的特點(diǎn)，因此，用Ｃ８０５１Ｆ３２０進(jìn)行ＵＳＢ接口的硬件設(shè)計(jì)也顯得十分簡單，主要包括兩部分的內(nèi)容，一是接口轉(zhuǎn)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。

　　由于整個(gè)模塊的功率估計(jì)在３Ｗ左右，而ＵＳＢ總線的供電量只適合小功率模塊的供電，最大也只有５００ｍＡ，因此不能滿足整個(gè)模塊的安全供電，所以模塊選擇自供電模式，圖２所示的整個(gè)模塊（包括Ｃ８０５１Ｆ３２０和模塊中所有其它部分）的供電電源都來自外部５Ｖ電源。由于Ｃ８０５１Ｆ３２０中的ＵＳＢ收發(fā)器內(nèi)部集成了上拉電阻，因而不需要任何外部器件便可直接與ＵＳＢ接口相連。

　�。常� ＵＳＢ固件程序設(shè)計(jì)

　　ＵＳＢ固件程序設(shè)計(jì)是ＵＳＢ接口部分的主要工作，它的主要目的是：當(dāng)ＵＳＢ設(shè)備連接到主機(jī)上時(shí)，主機(jī)可以發(fā)現(xiàn)新設(shè)備，然后建立連接并完成數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)，也就是能夠讓Ｗｉｎｄｏｗｓ正常檢測和識別ＵＳＢ設(shè)備。因此在ＵＳＢ固件程序中，最重要的工作就是ＵＳＢ描述符的定義和ＵＳＢ傳輸中斷的處理。

　 （１）Ｕ