基于单片机PIC18F4550的USB接口设计

自己的产品。它提供了应用程序、驱动程序和固件，帮助使用者熟悉USB的工作过程；同时，可以直接利用开发套件来扩展外围设备。

图1是一个光栅位移传感器检测系统硬件电路框图，主要实现数据的采集、处理、传输和PWM脉冲的产生等。从光栅传感器输入的信号有5路：±sin，±cos以及零窗信号zero。经差分放大电路合成，分3路进入PIC单片机模拟量输入口进行A／D转换；同时，经差分放大电路合成后的sin、cos信号经过零比较器后转换成数字脉冲信号，然后经D触发器和“与”门电路完成光栅位移的辨向。PIC单片机T0和T1口接收来自“与”门电路的数字脉冲，完成光栅位移的计数(计算光栅尺移动的完整光栅数)；PIC单片机RC1口输出4 MHz的PWM脉冲信号作为D触发器的CP信号。计算机的USB接口两根数据线分别接PIC18F4550的D+和D-口，用于完成计算机和单片机之间的数据通信。计算机的USB电源一方面为PIC微处理器提供能源，另一方面通过电源模块转换成±12 V电源，为运放电路提供正负电源。

2.3 单片机软件部分设计

单片机的软件部分主要完成光栅位移传感器的数据采集、A／D转换、计算光栅位移传感器的正向、反向莫尔条纹的个数、为数字电路提供CP脉冲以及完成USB的通信等工作。图2是单片机软件部分的流程图。

　　2.4 PIC18F4550的固件设计

微芯公司提供了一系列的USB寄存器，使用这些寄存器可以完成USB通信。大多数的USB通信都是通过中断来完成的，在USB中断服务程序内，要实现输入／输出接口，允许大多数的USB程序在后台完成。从应用的观点来看，枚举过程和数据通信的发生好像没有联系。

对于单片机控制程序，目前没有任何厂商提供自动生成固件(firmware)的工具，因此所有程序都要由自己手工编制。由于USB协议的复杂性，并且考虑 到广大客户的需求，因此，Microchip公司在推出PIC18F4550系列芯片时，提供了面向不同客户群的DEMO程序，这就大大减轻了系统开发人员的负担，同时缩短了开发周期。本系统的设计就是在Microchip公司提供的DEMO程序的基础上，进行必要的修改来完成的。本设计的具体固件主要由以下8个文件组成。

① main.c：系统的主程序，包括InitializeSystem()和USBTasks(void)两个子程序，主要完成系统的初始化以及其他各种子程序的调用。

② usb9.c：实现的是USB协议第9章的功能，包括枚举总线的接口和核心功能，以及USB的中断服务程序。它处理由USB用户所产生的所有的中断。在这个程序中，主要实现对描述符的枚举以及休眠、复位功能，主要包括USBCheckStdRequest(void)、USBStdGetDscHandler(void)和USBStdFeatureReqHandler(void)等5个子程序。

③ usbctrltrf.c：主要实现USB控制传输所需的各种功能，主要由USBCtrlTrfSetupHandler(void)、USBCtr-lEPServiceComplete(void)和USBPrepareForNextSetup-Trf(void)等8个子程序组成。

④ usbdrv.c：主要实现与USB驱动相关的功能，包括检查总线状态、USB模块使能、USB模块挂起、远程唤醒等功能；主要由USBSuspend(void)、USBModuleEnable(void)、USBSoftDetach(void)和USBDriverService(void)等12个子程序组成。

⑤ usbdsc.c：主要是对该系统的描述，包括厂商、产品号等的描述。

⑥ usbgen.c：对USB设备类的配置(在这里把它配置为通用USB类)，主要包括USB通用类的初始化端点和读写，由USBGenInitEP(void)、USBGenRead(byte*buffer，byte len)和USBGenWrite(byte*buffer，bytelen)三个子程序组成。

⑦ usbmmap.c：主要用于检查USB在通信过程中，端点号与BDT(缓冲器描述符表)之间的匹配。

⑧ user.c：直接面向用户的应用程序，可以帮助用户完成自己的初始化配置、处理数据的读／写、I／O口的处理，设备的请求等。本设计中下位机的大部分功能都是由这个程序来实现的，比如A／D转换及其数据的读取、1MHz的PWM波形产生等。它主要包括UserInit(void)、BlinkUSBStatus(void)、ServiceRequests(void)、ProcessIO(void)、ResetTempLog(void)和ReadPOT(void)六个子程序。

2.5 PC机软件编程

要编写PC机上的软件，可以利用Microchip公司提供的开发工具包。该工具包是一个安装程序，安装后可以在安装目录下找到USB通用的驱动程序、用Borland C编写的应用程序、一些固件代码，以及编写应用程序所需的API函数等。对于一般的应用，驱动程序可以直接使用，无需重编。在编程中主要用到以下7个API函数：MPUSBGetDLL Version()，返回DLL的版本号；MPUSB-GetDeviceCount()，返回连接没备的数目；MPUSBOpen()，返回指定pVID_PID和p