USB接口單片機SL11R的特點及應用

1 USB接口簡介

USB總線是通用串行總線(Universal Serial Bus)的簡稱,已經成為PC機的標準接口。目前586以上的PC機基本上都已經配置了USB接口。USB接口具有數據傳輸速率高、使用方便等特點。USB1.1協議規定的全速傳輸速率為12Mbit/s,而USB2.0協議所規定的高速傳輸速率為480Mbit/s,非常適合有大量數據傳輸的系統。USB設備即插即用,無需重新啟動計算機。

2 SL11R介紹

2.1 SL11R概述

SL11R是Scanlogic公司的SL11產品家族的一員,是一種帶USB接口的16位單片機,內部運行頻率為48MHz,采用RISC結構,有16位數據總線,32位通用I/O口(GPIO),其中22位可作為地址總線進行尋址(A0~A21),可以直接擴展多種外設。

2.2 SL11R主要特點

?USB接口 SL11R的USB接口符合USB1.1協議,有四個端點(endpoint),兩種數據傳輸速率,全速模式為12Mbit/s,低速模式為1.5Mbit/s,并且具有USB協議所規定的四種數據傳輸方式,即控制傳輸方式(Control mode)、同步傳輸方式(Iochronous mode)、中斷傳輸方式(Intrerupt mode)、批量傳輸方式(Bluk mode)。

?硬件資源豐富 SL11R有3K字節的內部RAM、兩個定時器、兩個外部中斷、一個看門狗電路、一個普通串行接口(UART)、32位通用可編程I/O口(GPIO)、一個16位的可編程DMA接口、四個PWM輸出引腳及擴展外圍元件用的控制引腳。SL11R的外圍元件擴展非常方便,擴展EPROM、串行E2PROM、SRAM即EDO DRAM等常用元件時均無需另加控制電路。

?多種工作方式 SL11R有四種工作模式,即通用輸入輸出模式、快速增強并行端口模式、8位/16位DMA模式、DVC8位DMA模式,可根據實際應用場合用軟件進行設置。尤其8位DVC模式,可以直接與CCD接口,方便地開發CCD圖像采集系統或數碼相機。

?無需專用開發裝置 SL11R內部有3K×16位的程序存儲器,類似于80X86的BIOS,已經把單片機的啟動配置、聯機調試及常用功能等固化在內部,開發者直接調用即可。CPU復位后,內部BIOS會把外部程序存儲器中的代碼讀入內部RAM中執行。如果沒有外部程序存儲器,SL11R會自動運行在監控狀態,與PC機進行聯機通訊,并能夠在線對線路板上的串行EEPROM進行編程或直接調試程序。由此可見,SL11R無需專用開發裝置就可以進行開發,這一點對開發者非常有利。由于SL11R可以在線編程,這就意味著即使用戶也可以進行軟件升級。這一點對新產品開發很必要,因為有些BUG可能要用戶使用后才能發現。

2.3 SL11R工作方式簡介

?通用輸入輸出模式(GPIO模式) 在這種模式下,SL11R的外部有32個通用輸入輸出引腳,其中4個已經分配給USB和UART串行接口專用,其他28個引腳可以通過軟件編程,分別設置成輸入或輸出狀態。這種模式一般用于處理普通的外部并行接口類設備的數據,是用途較廣的模式。

?快速增強并行端口模式(Fast EPP模式) 快速增強并行端口(Fast EPP)是計算機外設的一種標準并行接口。SLR11R在這種模式下,可以直接讀寫快速EPP并行增強端口。一般用于USB接口和Fast EPP接口的轉換。

?8位/16位快速DMA模式 SL11R的DMA模式包括郵箱協議(Mailbox Protocol)和DMA協議兩種方式。郵箱協議工作方式允許外部處理器與SL11R進行異步通訊,它們通過郵箱的輸入、輸出寄存器交換數據。DMA協議工作方式一般用于SL11R與外部設備大量的數據高速傳輸。這種傳輸無需CPU的干預,而且允許外設直接與DRAM進行數據交換,適合數據量大的場合,如打印機、Modem、掃描儀等。

SL11R在DMA模式下,還有四個可編程的PWM輸出引腳,可以控制DMA模式下的外設與不同的外設通訊,如連接CCD、CIS、COMS等圖像傳感器或其他外設。只要根據外設的控制要求對PWM編程,就可以控制外設在DMA模式下傳輸數據。

?DVC8位DMA模式 這種模式專門用于與CCD相機接口,SL11R通過串行方式控制CCD相機,圖像數據以DMA的方式傳給SL11R。

3 SL11R設計應用

3.1 SL11R硬件設計

SL11R的硬件設計比較簡單,因為實際應用中一般的外圍元件可以直接擴展。Scanlogic公司在開發套件中提供了一個比較完善的電路圖,但對一些簡單應用場合顯得稍繁瑣。事實上SL11R的內部有3K字節的RAM,在數據量不是特別大的場合,無需擴展外部數據存儲器。圖1是筆者設計的SL11R應用的一個基本電路,已經在實際項目中應用。

雖然SL11R經過編程可以使用12MHz晶振,但調試模式不支持12MHz,而且筆者在實際使用過程中發現,如果晶振質量不太好,電路穩定性稍差。故建議在條件許可的情況下,盡量使用48MHz的晶振。

SL11R的工作電壓為3.3V,電路中其它元件均應選用低電壓型器件。

Scanlogic公司提供的SL11R開發工具中附帶有調試程序,在線調試時需要使用RS232口,所以電路中設計了RS232接口芯片。

3.2 SL11R固件設計

SL11R的固件直接控制CPU的運行,程序代碼可以存儲在外部EPROM或I2C串行EEPROM中,甚至可以存在主機上,在適當的時候下載到SL11R的內部運行。最簡單的方式是把代碼寫到串行EEPROM中,因為SL11R提供了專用的工具軟件可以直接對EEPROM在線編程,無需另外的編程裝置。

3.2.1 SL11R程序結構

SL11R匯編語言的語法結構與80X86相似,而且也有內部BIOS。