USB接口芯片FTDI VNC2在51单片机系统中应用
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摘要:介绍了FTDI公司生产的主/从双工作模式USB接口芯片VNC2的性能与内部结构,给出了VNC2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。 关键词:VNC2;USB接口;驱动程序;U盘读写
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 VNC2 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*。
2 VNC2的结构性能
VNC2 是FTDI第二代提供两口USB Host的芯片.VNC2 是一个可编程的,基于通用的嵌入式微处理器核心的片上系统。 从早期的VNC1升级到VNC2,CPU 处理能力有了显著的提升。USB的数据传输由硬件处理,因此用户能更方便的进行控制。 完整的组合软件设计环境和工具可以使设计更简单。 提供各种芯片封装及配置的评估板给客户。 嵌入式微处理器处理核心。 16 bit Harvard 架构。指令长度可变。支持系统内部调试。USB设备进入挂起状态时,VNC2进入省电状态。 (<2.5mA)提供开发工具使客户可以生成自己独有的firmware。256Kbytes E-Flash Memory 16Kbytes Data RAM 可以通过UART, SPI, FIFO接口或U盘进行firmware 更新。 可提供评估板。两个全速/低速 USB 2.0 host/slave 接口。可编程 UART。两个SPI slave接口和一个SPI master 接口。提供通用的I/O口。内嵌DMA控制器。通用的计数器。8 bit FIFO 接口。最大8个脉冲宽度调制(PWM)引脚。支持总线主控功能调试界面。
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VNC2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VNC2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VNC2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VNC2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,VNC2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VNC2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。
5 结束语
使用USB主机接口控制器VNC2实现对U盘的读写,可为数据采集系统大容量数据存储提供一种通用、方便和可靠的解决方案,目前该方案已成功应用到 笔者自主研发的温室环境信息采集系统中,并经过长时间测试证明了它的实用性和可靠性。由于VNC2同时具有从机工作模式,因此,也可将此方案经简单 修改后开发USB接口从设备,从而满足不同场合的需要。 |