PIC单片机USB接口应用设计

PIC单片机USB接口应用设计

作者：赵斌斌

来源：《消费电子》2012年第16期

摘要：随着信息技术高速发展，计算机和外围设备通讯重要性日益增强，传授速度快，连接简便的USB接口是实现通讯的最常见接口，支持USB的外围设备已经成为了一种反应技术性能的关键指标，本研究以PIC单片机18F67J50为控制器，对医用肺功能测定仪进行了重新设计，实现了USB数据通讯的接口功能。 关键词：PIC；USB；单片机；应用

中图分类号：TP368.12 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 (2012) 16-0049-01

肺功能测定是临床较为常见的一种检查，对于患者肺及气道早期检查具有积极作用，同时可以对患者病情严重程度给予评估。能够通过检测呼气流速实现多项生理参数评估的医学仪器，由于一些早期肺功能测定仪不支持USB通信，在数据导入导出中不够方便，本研究通过带有USB模块的单片机改造，实现了USB通信功能。 一、PIC单片机USB模块

带改造肺功能测试仪采用的单片机为PIC18F6720型，为确保兼容性，加快改进速度，本次选用的单片机为PIC18F67J50系列单片机。 （一）USB外设

PIC18F67J50系列单片机的USB模块能够实现USB2.0串口兼容，同时可支持全速接口（12Mb/s)和低速接口(1.5Mb/s)，可以全面支持中断、控制及批量传输，能够支持双向16对端点，最多32个端点（双向16对），RAM具有CPU和USB模块双重存取特性。 （二）USB电源模式

在USB电源配置方面，有着不同的要求和配置，比较常见模式为的电源模式包括Self-Power Only（仅自供电)、Dual Powe（双电源）、Bus Power Only（仅总线供电）等三种供电模式。其中仅总线供电模式下是最简单和是最常用的一种供电方式，这种方式电源自USB接口，在供电方式上非常简单。为符合USB2.0对于浪涌电流的规范化要求，Vbus同接地端间等效电容应在l0uF以下。按照USB2.0的规范，USB还应可以支持低功耗挂起模式。在USB提供V的Vbus线供电过程中，其实际电流消耗应在500uA以内，通信停止至少3ms来实现主机和外设之间的挂起模式通信。在elf-Power Only（仅自供电)模式中，USB采取自身提供电源的方式，仅有很小电源来自USB，并通常都需要增加相应的连接指示器，来显示USB和主机连接及Vbus供电情况。

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（三）振荡器

USB模块具有相应的时钟要求。在低速运行状态下，需要给予USB模块6MHz的时钟脉冲频率，在全速运行状态下，需要USB模块48MHz的时钟脉冲频率为48MHz。然而，无论USB模块的时钟脉冲频率如何，单片机CPU等外设振荡器均需要在一定的时钟速度运行。 二、PIC单片机固件开发

本研究选择的PIC单片机程序环境为MPLAB IDE，改集成开发环境平台中，可全面支持机器码编译连接、源程序编写、开发调试工具等功能。软件可免费通过微芯公司官方网站进行下载，此外，在开发语言上也完全支持C语言以及第三方语言工具，主要包括：Byte Craft、CCS、B Knudsen Data、HI-TECH等。本研究中原有肺功能检测仪的采取的程序编译器为第三方提供的HI-TECH，有因此支持nc器件较少，开发成本较高，在综合考虑成本因素和实用因素的基础上，本研究最终采用的编译器为微芯公司的MPLAB C18。

而采取微芯公司的MPLAB C18需要对而这需要对肺功能检测仪原程序的变量定义实施修改，所以必须首先对MPLAB C18的变量的存储区进行定义。默认状态下，编译器会假定无跨越存储区边界问题。因此在创建超过256字节的变量中可对链接描述文件进行相应修改。 三、固件编程

肺功能检测仪固件改进的目的重要在于通过USB接口实现计算机数据处理和本机数据提取功能。因此，在主要改进容物就集中在保持原有操作代码基础上的USB的HID类通信上，实现USB总线的通信命令传送和数据采集并及时返回。 （一）USB状态和控制

在编写USB模块固件程序时会用到USB传输状态寄存器（USTAT)、USB配置寄存器（UCFG)、USB控制寄存器（UCON) 3个寄存器进行当前工作状态的设置和查询，并进入到相应的控制流程当中。

控制寄存器主要包括零电平复位、USB模块等状态配置管理；配置寄存器主要包括片上上拉电阻、总线速度、片上收发器与USB模块硬件相关的配置；状态寄存器则主要负责提供串行接口引擎（SIE)中的状态报告，一旦发现中断信号，应首先进行该寄存器的读取工作，并以此完成传输的状态的确认。 （二）USB中断

USB模块的绝大部分活动均有中断进行触发，和其他单片机中断源一样，该模块也有着自身的特定中断逻辑结构。能够通过一组寄存器允许USB中断，同时可以用一组单独的标志

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寄存器来实现中断事件捕获。在本研究中的单片机中断逻辑中，USB中断源均通过顶层的USB中断请求来反应和标志位USBIF，在通过中断第二层寄存器来进行确认。 四、系统流程与釆集

当肺功能测试仪开启后，应首先对单片机以及液晶屏等进行初始化处理。再通过USB检测引脚来对高电平情况进行判断，如果出现高电平则可以说明已连接上了USB线，可以对PIC单片机的USB模块进行初始化配置工作，在肺功能测试仪液晶屏上出现“连接USB线”提示，在这一期间应禁止键盘中断使能，也就是不允许实施本机操作。随后实施USB枚举过程，进行接口和端点配置。在完成配置工作后，即可以实施相应的计算机操作工作。通过控制输出端点0上位机将命令向下位机进行发送。设备完成对命令的响应工作，开始进行数据采集工作，通过中断输入端点1可实现返回数据。 参考文献：

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