單片機(jī)課程設(shè)計(jì)---usb鼠標(biāo)

1、<p>　　電氣與電子信息工程學(xué)院</p><p>　　單片機(jī)原理與應(yīng)用課程設(shè)計(jì)報(bào)告</p><p>　　設(shè)計(jì)題目： USB鼠標(biāo) </p><p>　　專 業(yè)： 電子信息工程 </p><p>　　班 級(jí)： </p><

2、p>　　姓 名： </p><p>　　學(xué) 號(hào)： </p><p>　　摘要：本課程設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的是具有鼠標(biāo)功能的單片機(jī)系統(tǒng)。該系統(tǒng)基于C51單片機(jī)的USB接口設(shè)計(jì)，該系統(tǒng)由最小C51單片機(jī)系統(tǒng)、USB接口模塊組成。系統(tǒng)通過(guò)幾個(gè)獨(dú)立按鍵實(shí)現(xiàn)鼠標(biāo)的移動(dòng)、左右鍵、滾輪功能。通過(guò)對(duì)系統(tǒng)實(shí)物調(diào)試，完成了系統(tǒng)設(shè)計(jì)，

3、實(shí)現(xiàn)了課程設(shè)計(jì)的要求。</p><p><b>　　前言</b></p><p>　　USB是英文Universal Serial BUS的縮寫(xiě)，中文含義是“通用串行總線”。它不是一種新的總線標(biāo)準(zhǔn)，而是應(yīng)用在PC領(lǐng)域的接口技術(shù)。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(guò)直到近期，它才得到廣泛地應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)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(gè)4針插頭作為標(biāo)準(zhǔn)插頭，采用菊花鏈形式可以把所有的外設(shè)連接起來(lái)，最多可以連接127個(gè)外部設(shè)備，并且不會(huì)損失帶寬。USB需要主機(jī)硬件、操作系統(tǒng)和外設(shè)三個(gè)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(dú)立供電等優(yōu)點(diǎn)，可以連接鼠標(biāo)、鍵盤、打印機(jī)、掃描儀、攝像頭、閃存盤、MP3機(jī)、手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、移動(dòng)硬盤、外置光軟驅(qū)、USB網(wǎng)卡、ADSL Modem、Cable Modem等，幾乎所有的外部設(shè)備。隨著計(jì)算機(jī)硬件飛速發(fā)展，這么多的設(shè)備，如何接入個(gè)人計(jì)算機(jī)，USB就是基于這個(gè)目的產(chǎn)生的。USB是一個(gè)使計(jì)算機(jī)周邊設(shè)備

6、連接標(biāo)準(zhǔn)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(guó)內(nèi)近年來(lái)計(jì)算機(jī)非鍵盤輸入技術(shù)在漢字英文和數(shù)字的手寫(xiě)識(shí)別方面發(fā)展很快，此項(xiàng)目的目的是吸收USB總線和MOTOROLA微控制器的先進(jìn)技術(shù)與手寫(xiě)識(shí)別技術(shù)相結(jié)合設(shè)計(jì)生產(chǎn)新一代USB手寫(xiě)輸入系統(tǒng)。除

7、了這種系統(tǒng)，還有一種無(wú)線式專家評(píng)審智能系統(tǒng)，需要一塊具有USB 接口的無(wú)線式數(shù)據(jù)通信接口卡，來(lái)實(shí)現(xiàn)中央數(shù)據(jù)處理站計(jì)算機(jī)與各智能評(píng)分器之間的數(shù)據(jù)交換。</p><p><b>　　總體設(shè)計(jì)方案</b></p><p><b>　　接口設(shè)計(jì)方案</b></p><p>　　1.1.1 獨(dú)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(shí)必須由外部微控制器(MCU)進(jìn)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(shè)計(jì)獨(dú)立模式說(shuō)明連接外設(shè)的一種簡(jiǎn)單模式，所有寄存器和數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)都是通過(guò)C8051的I/O接口來(lái)仿真。其優(yōu)點(diǎn)是傳輸數(shù)據(jù)速率較快，也可以通過(guò)接口轉(zhuǎn)換，與其他功能的外設(shè)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(jī)接口能力外圍設(shè)備廣品種包括大容量存儲(chǔ)器接口。MCU被集成在USB接口芯片，在使用時(shí)會(huì)更加的方便可行。</p><p>

10、;<b>　　系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案</b></p><p>　　該系統(tǒng)由最小C51單片機(jī)系統(tǒng)、PDIUSBD12芯片、串行通信模塊組成。單片機(jī)模擬鼠標(biāo)設(shè)備發(fā)送鼠標(biāo)的信息給USB芯片，USB芯片負(fù)責(zé)處理單片機(jī)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(shè)計(jì)原理</b></p><p>　　2.1 U

11、SB接口簡(jiǎn)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(hào),如圖4。故信號(hào)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(dá)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(shí)際上有誤差，最大不能超過(guò)+/-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(wàn)不要把正負(fù)極弄反了，否則

12、會(huì)燒掉usb設(shè)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(jiǎn)介 </p><p>　　RS232接口是1970年由美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)（EIA）聯(lián)合貝爾系統(tǒng)、調(diào)制解調(diào)器廠家及計(jì)算機(jī)終端生產(chǎn)廠家共同制定的用于串行通訊的標(biāo)準(zhǔn)。它的全名是“數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）和數(shù)據(jù)通訊設(shè)備（DCE）之間串行二進(jìn)制數(shù)據(jù)交換接口技術(shù)

13、標(biāo)準(zhǔn)”。 該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定采用一個(gè)25個(gè)腳的DB25連接器，對(duì)連接器的每個(gè)引腳的信號(hào)內(nèi)容加以規(guī)定，還對(duì)各種信號(hào)的電平加以規(guī)定。隨著設(shè)備的不斷改進(jìn)，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(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　3.1 電源模塊</b></p>&

14、lt;p>　　電源部分通過(guò)大于等于5v的電源輸入，然后用7805穩(wěn)壓到5v供電給各個(gè)芯片。</p><p><b>　　3.2 單片機(jī)模塊</b></p><p>　　本系統(tǒng)采用stc89c52單片機(jī)，比at系列的下載方便。為了少拖USB的后退以及獲得標(biāo)準(zhǔn)串口波特率，采用22.1184Mhz的晶體振蕩器。為了便于擴(kuò)展，將單片機(jī)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(jià)比很高的USB 器件。它通常用作微控制器系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)與微控制器進(jìn)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(shí)現(xiàn)USB 接口的標(biāo)準(zhǔn)組件使得設(shè)計(jì)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(kāi)

16、發(fā)的時(shí)間、風(fēng)險(xiǎn)以及費(fèi)用，從而用最快捷的方法實(shí)現(xiàn)最經(jīng)濟(jì)的USB 外設(shè)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(chǔ)器件、通信器件打印設(shè)備、以及人機(jī)接口設(shè)備。同樣地，PDIUSBD12 理想地適用于許多外設(shè)，例如：打印機(jī)、掃描儀外部的存儲(chǔ)設(shè)備和數(shù)碼相機(jī)等等。它使得當(dāng)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(yīng)用于使用總線供電的外設(shè)。 此外它還集成了許多特性，包括SoftConnetTM GoodLinkTM 、可編程時(shí)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(shí)使USB 功能在外設(shè)上的應(yīng)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(fù)用，我也將其每個(gè)引腳都引了出來(lái)。本系統(tǒng)采用IO口模擬PD12的時(shí)序來(lái)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(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。本系統(tǒng)采用比較通用的MAX232進(jìn)行轉(zhuǎn)換，其外接電容標(biāo)準(zhǔn)為1uf。<

19、;/p><p><b>　　3.5 其它模塊</b></p><p>　　獨(dú)立按鍵采用輪詢方法進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)到哪個(gè)為低電平則說(shuō)明按下了哪一個(gè)按鍵。Led采用共陽(yáng)極接法，以滿足足夠的驅(qū)動(dòng)電流。</p><p>　　3.6 最后PCB圖</p><p><b>　　四、軟件設(shè)計(jì)</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(fù)雜，這里只介紹一下通信過(guò)程：在設(shè)備連接到主機(jī)后，主機(jī)會(huì)對(duì)設(shè)備進(jìn)行幾次復(fù)位操作，而后向端點(diǎn)0發(fā)送數(shù)據(jù)。如沒(méi)回應(yīng)則繼續(xù)發(fā)送，總共進(jìn)行3次，如再?zèng)]

21、回應(yīng)則主機(jī)提示無(wú)法識(shí)別的USB設(shè)備。如沒(méi)特殊說(shuō)明，以后的每個(gè)通信階段都是類似的結(jié)果。</p><p>　　下面說(shuō)請(qǐng)求過(guò)程：首先主機(jī)向設(shè)備請(qǐng)求設(shè)備描述符，設(shè)備向端點(diǎn)0發(fā)送設(shè)備描述符，然后再對(duì)設(shè)備設(shè)置地址，接下來(lái)又向設(shè)備請(qǐng)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(diǎn)描述符。設(shè)備將其返回給主機(jī)后，主機(jī)又向設(shè)備請(qǐng)求字符串描述符，字符描述符包括語(yǔ)言ID、廠商字符串、產(chǎn)品字符串、產(chǎn)品索引號(hào)。爾后對(duì)

22、設(shè)備進(jìn)行設(shè)置配置。最后請(qǐng)求報(bào)告描述符。在取得字符串描述符過(guò)后，（如果后面的過(guò)程沒(méi)有正常通信）主機(jī)就不會(huì)提示無(wú)法識(shí)別的USB設(shè)備了，而是說(shuō)設(shè)備工作不正常。</p><p>　　以上就是主機(jī)對(duì)USB設(shè)備的枚舉過(guò)程。</p><p>　　4.3 串行通信部分</p><p>　　串行通信部分較簡(jiǎn)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(zhǔn)備配置高4位</p&g

24、t;<p>　　TMOD|=0x20; //定時(shí)器1工作在方式2，自動(dòng)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(shè)置定時(shí)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(dòng)定時(shí)器1</p><p>　　REN=1; //允許接收</p><p>　　EA=1; //開(kāi)忠中斷</p><p>

26、;<b>　　}</b></p><p><b>　　五、結(jié)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(shè)計(jì)心得體會(huì)</b></p><p>　　進(jìn)過(guò)一星期的努力，終于完成了我的第一個(gè)USB作品。

27、雖然這個(gè)作品的電路圖和代碼都是是照著書(shū)上做的，但我在代碼上并沒(méi)有進(jìn)行復(fù)制粘貼，而是一點(diǎn)一點(diǎn)敲下來(lái)的，中途還是遇到與書(shū)上說(shuō)的結(jié)果不同的問(wèn)題，進(jìn)過(guò)慢慢研究，最后一一找到問(wèn)題并解決。</p><p>　　通過(guò)這次學(xué)習(xí)，我知道了USB的大致通信過(guò)程，為進(jìn)一步學(xué)習(xí)它打好了基礎(chǔ)，我堅(jiān)信，在接下來(lái)的學(xué)習(xí)中，我會(huì)慢慢將USB理解透，爭(zhēng)取早日完成一個(gè)完全是自己想法的作品。</p><p>　　學(xué)習(xí)USB的重

28、點(diǎn)是理解主機(jī)對(duì)設(shè)備的枚舉過(guò)程，深入了解幾天描述符的作用，特別是最難的報(bào)告描述符，自己做開(kāi)發(fā)就要在這上面多下功夫，這次也只是知道它的一點(diǎn)點(diǎn)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(xué)出版社</p><p>　　[2]Philips. PDIUSBD