USB是一种新型的通用串行总线，它具有即插即用、可热插拔和传输速率高的特点，在工业界已经获得了广泛的支持和应用。迄今为止，各种USB的外设已有上千种，除了象显卡这种需要极高数据量和实时性要求特别高的控制设备，几乎所有的PC外设都可以移植到USB上来。
一般的USB设备都使用一片微控制器作为其核心部件，通过微控制器强火的控制和运算功能，开发者可以很容易地实现USB设备的智能化。而嵌入式设备的实时、小巧等特性使得USB的协议栈和总线驱动的开发设计显得尤为重要，因为它的好坏会直接对USB主机产生影响，从而会对嵌入式系统性能和稳定产生较大影响。本文以PDIUSBD12为USB接口芯片，以AT89C52为控制器，给出了一种USB接口的设计方法。
PHILIPS公司生产PDIUSBD12接口芯片是一款性价比很高的USB器件，它通常通过其高速并行接口进行和微控制器通信，支持本地的DMA传输，支持3个USB端点，其中一个端点128B容量，另外2个端点具有256B容量。该器件允许在众多可用的微控制器中选择最合适的系统控制器可，允许使用现存的体系结构并使设备软件投资成本减少，是开发低成本，高效率的USB外围设备的最佳途径。 (2)高性能USB接口器件集成了SIE FIFO存储器收发器以及电压调整器 (4) 可与任何外部微控制器／微处理实现高速并行接口2M字节／秒 (7) 主端点的双缓冲配置增加了数据吞吐量并轻松实现实时数据传输 (8) 在批量模式和同步模式下均可实现1M字节／秒的数据传输速率 (12) 采用GoodLink技术的连接指示器，在通信时使LED闪烁 (14) 符合ACPI OnNOW和USB电源管理的要求 (18) 高于8kV的在片静电防护电路减少了额外元件的费用 (19) 具有高错误恢复率(>99％)的全扫描设计确保了高品质 (20) 双电源操作3.3V或扩展的5V电源，范围为3.6～5.5V
本系统设计采用PDIUSBD12和AT89C52配合完成通信设计。其连线图如图1所示。
从上图分析知道，AT89C52和PDIUSBD12采用总线方式连接，对AT89C52来说，PDIUSBD12是一个具有8位数据总线的存储设备。PDIUSBD12获取USB总线数据，并对数据作相应协议处理之后以中断的方式通知AT89C52，MCU根据相应的中断请求往PDIUSBD12发送不同请求数据，协同实现USB设备列举和数据传输。当外设经过PDIUSBD12连接到集线器后，集线器就会检测外设的连接状态并向主机报告，一但发现该设备，主机就会发送一系列请求给集线器，以使得集线器在主机和设备之间建立一个通信通道。然后主机试图列举该设备，发送设备描述符等请求可，列举成功后，主机即可以从外设能够被主机识别并能和主机进行通信。之后，USB总线进入数据传输阶段。
固件是FireWare的中文意思，它实际上足单片机的程序文件，可以采用C语言或是汇编语言编写。它的操作方式与硬件联系紧密，包括USB设备的连接、USB协议、中断处理等，它不是单纯的软件，而是软件和硬件的结合，开发者需要对端口、中断和硬件结构非常熟悉。在本系统中，当PDIUSBD12从USB接受到一个数据包，就对CPU产生一个中断请求，CPU立即响应中断。在ISR(中断服务程序)中，固件读取数据，并将数据保存值到循环数据缓冲区，随后置柏应事件的标志位，CPU继续前台程序，检测事件标志，执行完成相应的事件任务。固件程序一般放入MCU中，当把设备连接到主机上时，上位机可以发现新设备，然后建立连接。因此，编写固件程序的一个最主要的目的就是让Windows可以检测和识别设备。
在本系统设计中，固件程序不仅要协助USB控制芯片PDIUSBD12完成USB通信的任务，而且还要控制采集模块和标准信号源的工作，具体包括：
(1) 应答主机列举设备的所有请求，完成设备的列举和重列举过程。其中包括用软件来模拟USB设备的断开与从新连接，对接收到的设备包进行分析和判断，对主机的设备请求作出适当的响应工作，直到主机对设备的配制完成。 (2) 初始化工作，这项工作有两个方面，一是对采集模块和信号源模块的硬件进行初始化工作；二是对USB芯片进行初始化，设置一些特殊功能寄存器的初值，例如开或关中断，配制I／O端口等。 (3) 当主机发送数据时，要接收数据包并解析数据包的含义，根据事先约定的协议进行相应的操作。对于采集模块具体包括：写入波形数据，选择频率，选择幅度，选择波形类型等。 (4) 当主机要求回传采集到的数据时，根据设备状态回传数据，或者应答数据未准备好。回传数据后，自动按照原先保存的设置初始化采集参数并启动下一次采集，从而使采集继续下去。
单片机与PDIUSBD12的通信主要是靠单片机给PDIUSBD12发命令和数据来实现的。PDIUSBD12的命令字分为三种：初始化命令字、数据流命令字和通用命令字。PDIUSBD12数据手册给出了各种命令的代码和地址。单片机先给PDIUSBD12的命令地址发命令，根据不同命令的要求再发送或读出不同的数据。
因此，可以将每种命令做成函数，用函数实现各个命令，直接调用函数即可。
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