USB接口芯片FTDI VNC2在51單片機系統中應用

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摘要：介紹了FTDI公司生產的主／從雙工作模式USB接口芯片VNC2的性能與內部結構，給出了VNC2芯片在單片機系統中擴展ＵＳＢ接口的硬件電路，同時給出了該系統的USB驅動程序及實現Ｕ盤讀寫功能的應用程序。
關鍵詞：VNC2；USB接口；驅動程序；Ｕ盤讀寫

　　１ 引言

    ＵＳＢ（通用串行總線）是ＩＮＴＥＬ、ＤＥＣ、ＭＩ-ＣＲＯＳＯＦＴ、ＩＢＭ等公司聯合提出的、最近幾年逐步在ＰＣ領域廣為應用的新型接口技術。ＵＳＢ接 口通用性好、實時性強、傳輸方式多樣、成本低、支持即插即用、易于擴展且便于使用，這些優點使其得到許多硬件廠商的青睞。目前各種類型的ＵＳＢ產品已大量 涌入市場，同時也被廣泛地用在ＰＣ機及嵌入式系統中。

    ＵＳＢ的拓撲結構中居核心地位的是Ｈｏｓｔ（也稱為主機），任何一次ＵＳＢ數據傳輸都必須由主機發起和控制，所有的ＵＳＢ外設都只能和主機建立連接，任何 兩個外設之間或是兩個主機之間無法直接通信。而目前，扮演主機角色的大多是個人電腦ＰＣ。而我們買到和使用的ＵＳＢ移動設備都是ＵＳＢ外設 （ｄｅｖｉｃｅ），如ＵＳＢ的移動硬盤、ＵＳＢ接口的數碼相機等。所有這些設備都只能在ＰＣ上或通過ＰＣ來進行文件和數據交換。沒有了ＰＣ，這些設備就“ 失靈”了（指數據交換的功能）。

    ５１系列單片機以其優越的性能、成熟的技術高可靠性、高性價比吸引了大量國內用戶，被廣泛應用于測控和自動化領域。用５１系列單片機實現ＵＳＢ主機接口， 進而實現對ＵＳＢ外設的控制，對提高整個系統的數據存儲、數據傳輸、設備控制等性能都有很大的作用。本文使用５１系列單片機Ｗ７８Ｅ５４和ＵＳＢ接口芯片 VNC2 設計了一個ＵＳＢ主機接口，通過該接口可實現對ＵＳＢ外設Ｕ盤的讀寫控制，從而實現單片機數據采集系統的海量數據存儲＊。

    ２　VNC2的結構性能

    VNC2 是FTDI第二代提供兩口USB Host的芯片.VNC2 是一個可編程的，基于通用的嵌入式微處理器核心的片上系統。
    從早期的VNC1升級到VNC2，CPU 處理能力有了顯著的提升。USB的數據傳輸由硬件處理，因此用戶能更方便的進行控制。 完整的組合軟件設計環境和工具可以使設計更簡單。 提供各種芯片封裝及配置的評估板給客戶。
       嵌入式微處理器處理核心。 16 bit Harvard 架構。指令長度可變。支持系統內部調試。USB設備進入掛起狀態時，VNC2進入省電狀態。 (<2.5mA)提供開發工具使客戶可以生成自己獨有的firmware。256Kbytes E-Flash Memory 16Kbytes Data RAM 可以通過UART, SPI, FIFO接口或U盤進行firmware 更新。 可提供評估板。兩個全速/低速 USB 2.0 host/slave 接口。可編程 UART。兩個SPI slave接口和一個SPI master 接口。提供通用的I/O口。內嵌DMA控制器。通用的計數器。8 bit FIFO 接口。最大8個脈沖寬度調制(PWM)引腳。支持總線主控功能調試界面。

　　３ 和微控制器的硬件接口

    圖２所示是５１系列微控制器Ｗ７８Ｅ５４與VNC2的連接電路。在該設計硬件時，由于所選用的５１系列單片機Ｗ７８Ｅ５４及其周圍元件的工作電壓為 ５Ｖ，而VNC2的工作電壓為３．３Ｖ，所以系統應同時提供５Ｖ和３．３Ｖ電源；雖然VNC2可以使用１２ＭＨｚ晶振，但在實際使用過程中發 現，如果晶振質量不太好，電路穩定性就會比較差，因此，設計時推薦使用４８ＭＨｚ晶振；由于VNC2的中斷請求輸出的是高電平，因此需要用反向器把 它變換成低電平以滿足Ｗ７８Ｅ５４中斷輸入要求；此外，VNC2是低電平復位；其ＵＳＢ插座的電源接口也應作５００ｍＡ限流處理以保護系統。

    ４ 軟件設計

    ＵＳＢ軟件設計分為２部分，一是VNC2芯片編寫ＵＳＢ主機控制器驅動程序；二是系統調用驅動程序來完成Ｕ盤數據讀寫的應用程序。

    使用ＵＳＢ主機接口控制器VNC2實現對Ｕ盤的讀寫，可為數據采集系統大容量數據存儲提供一種通用、方便和可靠的解決方案，目前該方案已成功應用到 筆者自主研發的溫室環境信息采集系統中，并經過長時間測試證明了它的實用性和可靠性。由于VNC2同時具有從機工作模式，因此，也可將此方案經簡單 修改后開發ＵＳＢ接口從設備，從而滿足不同場合的需要。