單片機課程設計---usb鼠標

1、<p>　　電氣與電子信息工程學院</p><p>　　單片機原理與應用課程設計報告</p><p>　　設計題目： USB鼠標 </p><p>　　專 業(yè)： 電子信息工程 </p><p>　　班 級： </p><

2、p>　　姓 名： </p><p>　　學 號： </p><p>　　摘要：本課程設計實現(xiàn)的是具有鼠標功能的單片機系統(tǒng)。該系統(tǒng)基于C51單片機的USB接口設計，該系統(tǒng)由最小C51單片機系統(tǒng)、USB接口模塊組成。系統(tǒng)通過幾個獨立按鍵實現(xiàn)鼠標的移動、左右鍵、滾輪功能。通過對系統(tǒng)實物調(diào)試，完成了系統(tǒng)設計，

3、實現(xiàn)了課程設計的要求。</p><p><b>　　前言</b></p><p>　　USB是英文Universal Serial BUS的縮寫，中文含義是“通用串行總線”。它不是一種新的總線標準，而是應用在PC領域的接口技術。USB是在1994年底由英特爾、康柏、IBM、Microsoft等多家公司聯(lián)合提出的。不過直到近期，它才得到廣泛地應用。從1994年11月11

4、日發(fā)表了USB V0.7版本以后，USB版本經(jīng)歷了多年的發(fā)展，到現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展為2.0版本，成為目前電腦中的標準擴展接口。目前主板中主要是采用USB1.1和USB2.0，各USB版本間能很好的兼容。USB用一個4針插頭作為標準插頭，采用菊花鏈形式可以把所有的外設連接起來，最多可以連接127個外部設備，并且不會損失帶寬。USB需要主機硬件、操作系統(tǒng)和外設三個方面的支持才能工作。 </p><p>　　USB具有傳輸速

5、度快（USB1.1是12Mbps，USB2.0是480Mbps, USB3.0是5 Gbps），使用方便，支持熱插拔，連接靈活，獨立供電等優(yōu)點，可以連接鼠標、鍵盤、打印機、掃描儀、攝像頭、閃存盤、MP3機、手機、數(shù)碼相機、移動硬盤、外置光軟驅、USB網(wǎng)卡、ADSL Modem、Cable Modem等，幾乎所有的外部設備。隨著計算機硬件飛速發(fā)展，這么多的設備，如何接入個人計算機，USB就是基于這個目的產(chǎn)生的。USB是一個使計算機周邊設備

6、連接標準化、單一化的接口，其規(guī)格是由Intel、NEC、Compaq、DEC、IBM、Microsoft、Northern Telecom聯(lián)系制定的。</p><p>　　由于USB總線接口具有體積小、攜帶方便、熱插拔等特征，國內(nèi)近年來計算機非鍵盤輸入技術在漢字英文和數(shù)字的手寫識別方面發(fā)展很快，此項目的目的是吸收USB總線和MOTOROLA微控制器的先進技術與手寫識別技術相結合設計生產(chǎn)新一代USB手寫輸入系統(tǒng)。除

7、了這種系統(tǒng)，還有一種無線式專家評審智能系統(tǒng)，需要一塊具有USB 接口的無線式數(shù)據(jù)通信接口卡，來實現(xiàn)中央數(shù)據(jù)處理站計算機與各智能評分器之間的數(shù)據(jù)交換。</p><p><b>　　總體設計方案</b></p><p><b>　　接口設計方案</b></p><p>　　1.1.1 獨立模式（C51外接USB芯片）</

8、p><p>　　這種是純粹的USB接口芯片，僅處理USB通信，使用時必須由外部微控制器(MCU)進行控制，如Philips的PDIUSBD12（本系統(tǒng)采用此芯片），National Semiconductor的USBN9604等。USB接口設計獨立模式說明連接外設的一種簡單模式，所有寄存器和數(shù)據(jù)的讀寫都是通過C8051的I/O接口來仿真。其優(yōu)點是傳輸數(shù)據(jù)速率較快，也可以通過接口轉換，與其他功能的外設相連，具有較廣泛的

9、適用性。但是數(shù)據(jù)吞吐速率較低，適合間歇式數(shù)據(jù)的傳送。</p><p>　　1.1.2 集成模式（C51內(nèi)部集成USB芯片）</p><p>　　這種芯片如CYPRESS的EZ-USB。 帶集成的USB 2.0 全速接口的C51:靈活的自可編程的閃存人機接口能力外圍設備廣品種包括大容量存儲器接口。MCU被集成在USB接口芯片，在使用時會更加的方便可行。</p><p>

10、;<b>　　系統(tǒng)設計方案</b></p><p>　　該系統(tǒng)由最小C51單片機系統(tǒng)、PDIUSBD12芯片、串行通信模塊組成。單片機模擬鼠標設備發(fā)送鼠標的信息給USB芯片，USB芯片負責處理單片機與電腦的通信，串口則是用于顯示調(diào)試信息。</p><p><b>　　二、系統(tǒng)設計原理</b></p><p>　　2.1 U

11、SB接口簡介 </p><p>　　USB是一種常用的pc接口,它只有4根線，兩根電源兩根信號,如圖4。故信號是串行傳輸?shù)?usb接口也稱為串行口，usb2.0的速度最高可以達到480Mbps?？梢詽M足各種工業(yè)和民用需要。USB接口的輸出電壓和電流是：+5V 500mA實際上有誤差，最大不能超過+/-0.2V 也就是4.8-5.2V。usb接口的4根線一般是下面這樣分配的，需要注意的是千萬不要把正負極弄反了，否則

12、會燒掉usb設備或者電腦的南橋芯片：黑線：gnd 紅線：vcc 綠線：data+ 白線：data-。</p><p>　　2.2 RS232接口簡介 </p><p>　　RS232接口是1970年由美國電子工業(yè)協(xié)會（EIA）聯(lián)合貝爾系統(tǒng)、調(diào)制解調(diào)器廠家及計算機終端生產(chǎn)廠家共同制定的用于串行通訊的標準。它的全名是“數(shù)據(jù)終端設備（DTE）和數(shù)據(jù)通訊設備（DCE）之間串行二進制數(shù)據(jù)交換接口技術

13、標準”。 該標準規(guī)定采用一個25個腳的DB25連接器，對連接器的每個引腳的信號內(nèi)容加以規(guī)定，還對各種信號的電平加以規(guī)定。隨著設備的不斷改進，出現(xiàn)了代替DB25的DB9接口，現(xiàn)在都把RS232接口叫做DB9。如下圖：</p><p><b>　　三、單元模塊設計</b></p><p><b>　　3.1 電源模塊</b></p>&

14、lt;p>　　電源部分通過大于等于5v的電源輸入，然后用7805穩(wěn)壓到5v供電給各個芯片。</p><p><b>　　3.2 單片機模塊</b></p><p>　　本系統(tǒng)采用stc89c52單片機，比at系列的下載方便。為了少拖USB的后退以及獲得標準串口波特率，采用22.1184Mhz的晶體振蕩器。為了便于擴展，將單片機所有引腳都用排針引出。</p&

15、gt;<p>　　3.3 USB通信模塊</p><p>　　USB接口芯片：PDIUSBD12 </p><p>　　PDIUSBD12是一款性價比很高的USB 器件。它通常用作微控制器系統(tǒng)中實現(xiàn)與微控制器進行通信的高速通用并行接口。它還支持本地的DMA 傳輸。這種實現(xiàn)USB 接口的標準組件使得設計者可以在各種不同類型微控制器中選擇出最合適的微控制器。這種靈活性減小了開

16、發(fā)的時間、風險以及費用，從而用最快捷的方法實現(xiàn)最經(jīng)濟的USB 外設的解決方案。 </p><p>　　PDIUSBD12 完全符合USB1.1 版的規(guī)范，它還符合大多數(shù)器件的分類規(guī)格：成像類、海量存儲器件、通信器件打印設備、以及人機接口設備。同樣地，PDIUSBD12 理想地適用于許多外設，例如：打印機、掃描儀外部的存儲設備和數(shù)碼相機等等。它使得當前使用SCSI 的系統(tǒng)可以立即降低成本。 </p>

17、<p>　　PDIUSBD12 所具有的低掛起功耗連同LazyClock 輸出可以滿足使用ACPI OnNOW 和USB 電源管理的要求。低的操作功耗可以應用于使用總線供電的外設。 此外它還集成了許多特性，包括SoftConnetTM GoodLinkTM 、可編程時鐘輸出、低頻晶振和終止寄存器集合。所有這些特性都為系統(tǒng)顯著節(jié)約了成本，同時使USB 功能在外設上的應用容易。</p><p>　　PDIU

18、SBD12芯片采用TSSOP28的貼片封裝，引腳很密，不便于焊接和拆卸，為了復用，我也將其每個引腳都引了出來。本系統(tǒng)采用IO口模擬PD12的時序來操作其與PC的通信。</p><p>　　3.4 串口通信模塊</p><p>　　串口是±12v邏輯電平，而本系統(tǒng)其它模塊都是5v邏輯電平，所以必須進行電平轉換。本系統(tǒng)采用比較通用的MAX232進行轉換，其外接電容標準為1uf。<

19、;/p><p><b>　　3.5 其它模塊</b></p><p>　　獨立按鍵采用輪詢方法進行檢測，檢測到哪個為低電平則說明按下了哪一個按鍵。Led采用共陽極接法，以滿足足夠的驅動電流。</p><p>　　3.6 最后PCB圖</p><p><b>　　四、軟件設計</b></p>

20、<p><b>　　4.1 主文件部分</b></p><p><b>　　大致流程：</b></p><p>　　4.2 USB部分</p><p>　　USB部分較復雜，這里只介紹一下通信過程：在設備連接到主機后，主機會對設備進行幾次復位操作，而后向端點0發(fā)送數(shù)據(jù)。如沒回應則繼續(xù)發(fā)送，總共進行3次，如再沒

21、回應則主機提示無法識別的USB設備。如沒特殊說明，以后的每個通信階段都是類似的結果。</p><p>　　下面說請求過程：首先主機向設備請求設備描述符，設備向端點0發(fā)送設備描述符，然后再對設備設置地址，接下來又向設備請求配置描述符，配置描述符中包括配置描述符、接口描述符、HID描述符、端點描述符。設備將其返回給主機后，主機又向設備請求字符串描述符，字符描述符包括語言ID、廠商字符串、產(chǎn)品字符串、產(chǎn)品索引號。爾后對

22、設備進行設置配置。最后請求報告描述符。在取得字符串描述符過后，（如果后面的過程沒有正常通信）主機就不會提示無法識別的USB設備了，而是說設備工作不正常。</p><p>　　以上就是主機對USB設備的枚舉過程。</p><p>　　4.3 串行通信部分</p><p>　　串行通信部分較簡單，這里就貼上初始化代碼：其中FOSC為22118400（即晶振頻率）的宏定

23、義，BAUDRATE為9600（即波特率）的宏定義</p><p>　　void InitUart()</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　EA=0;</b></p><p>　　TMOD&=0x0f; //清零高4位，準備配置高4位</p&g

24、t;<p>　　TMOD|=0x20; //定時器1工作在方式2，自動重裝</p><p>　　SCON=0x50; //串口工作在方式1</p><p>　　TH1=256-FOSC/(BAUDRATE*12*16); //根據(jù)波特率設置定時值</p><p>　　TL1=256-FOSC/(BAUDRATE*12*16);&l

25、t;/p><p>　　PCON|=0x80; //波特率加倍</p><p>　　ES=1; //串口中斷允許</p><p>　　TR1=1; //啟動定時器1</p><p>　　REN=1; //允許接收</p><p>　　EA=1; //開忠中斷</p><p>

26、;<b>　　}</b></p><p><b>　　五、結果展示</b></p><p>　　由于此系統(tǒng)屬于硬件系統(tǒng)，所以現(xiàn)給出其在PC上的屬性截圖：</p><p><b>　　六、設計心得體會</b></p><p>　　進過一星期的努力，終于完成了我的第一個USB作品。

27、雖然這個作品的電路圖和代碼都是是照著書上做的，但我在代碼上并沒有進行復制粘貼，而是一點一點敲下來的，中途還是遇到與書上說的結果不同的問題，進過慢慢研究，最后一一找到問題并解決。</p><p>　　通過這次學習，我知道了USB的大致通信過程，為進一步學習它打好了基礎，我堅信，在接下來的學習中，我會慢慢將USB理解透，爭取早日完成一個完全是自己想法的作品。</p><p>　　學習USB的重

28、點是理解主機對設備的枚舉過程，深入了解幾天描述符的作用，特別是最難的報告描述符，自己做開發(fā)就要在這上面多下功夫，這次也只是知道它的一點點皮毛。</p><p><b>　　參考資料</b></p><p>　　[1]劉榮(網(wǎng)名 電腦圈圈).《圈圈叫你玩USB》 北京航空航天大學出版社</p><p>　　[2]Philips. PDIUSBD