基于C8051F340微控制器的USB通讯接口的设计概要文档格式.docx

1、基于C8051F340微控制器的USB 通讯接口的设计许明,王学俊,丁金华,张磊,张波（大连工业大学机械工程与自动化学院,辽宁大连116034摘要:实现基于Silicon 公司的C8051F340混合信号微控制器的USB 通讯系统的设计。简单介绍C8051F340及其内嵌的USB 控制器的特点,根据这些特点设计了硬件电路;使用Silicon 公司提供的USBXpress 开发软件包分别实现了上下位机的通讯程序;给出了用VB 编写的上位机软件图形界面,在此界面上显示出实验所取得的数据。该系统具有接口简单、适应范围广、性价比突出等特点。关键词:USB 通讯;C8051F340微控制器;USBXpr

2、ess 软件包中图分类号:TM571-61文献标识码:B文章编号:10013881（201140982Design of USB Interface Based on MCU C 8051F 340XU Ming ,WANG Xuejun ,DING Jinhua ,ZHANG Lei ,ZHANG Bo（School of Mechanical Engineering and Automation ,Dalian Polytechnic University ,Dalian Liaoning 116034,China Abstract :The design of USB communica

3、tion system was implemented based on mixed signal MCU C8051F340of Silicon CoThe characteristics of C8051F340and its embedded USB controller were introduced ,and hardware circuit was designed according to themThe program for PC and MCU communication was realized separately by Silicon Laboratories USB

4、Xpress development kitGraphic interface of PC software was programmed by VB ,and data obtained from experiment were displayed on itThis system is char-acterized by simpleness in interface ,wide accommodation and high cost-performanceKeywords :USB interface ;C8051F340MCU ;USBXpress software在工业控制、数据处理

5、等领域,单片机技术的上下位机通讯是其应用的一个关键性问题。近些年,随着USB （通用串行总线1技术的发展,其成为了在上下位机通讯中的主要技术手段。基于此,设计了以Silicon 公司新型内嵌USB 控制器的C8051F340作为下位机主控芯片、上位机程序采用VB 编写图形界面的一个USB 通讯系统。1系统硬件的设计C8051F340微控制器2,是Silicon 公司的新型全速USB FLASH 微控制器。其芯片内部集成了一个完全符合USB2.0规范的USB 功能控制器。该微控制器具有很多优点:（1高速、流水线结构的8051兼容的微控制器内核（可达48Mb /s ;（2全速、非侵入式的在系统调试

6、接口（片内;（3真正10bit 200kb /s 的单端,差分ADC ,带模拟多路器;（4片内电压基准和温度传感器;（5片内电压比较器（2个;（6精确校准的12MHz 内部振荡器和4倍时钟乘法器;（7多达64kB 的片内FLASH 存储器;（8多达4352B 片内RAM （256+4kB ;（9USB 功能控制器,符合USB 规范2.0版,集成时钟恢复电路,无需外部晶体,支持8个端点,1kB USB 缓存,集成收发器,无需外部电阻（图1。图1内嵌USB 原理图这些优点使得在设计USB 通讯的硬件接口电路时非常简单,不需要添加额外的电子元器件,就能实现USB 的数据传输与控制（图2图2USB 接

7、口连接电路2系统软件的设计图3USBXpress 数据流程在Silicon 公司的开发软件IDE 中提供了配套的USB 驱动文件USBXpress 3,使程序设计的难度降低了不少,无需了解更多的USB 协议即可进行USB 设备的开发（图3。USBXpress 软件开发包由固件库文件US-BX_F34X.LIB 、头文件USB _API.H 、动态链接库文件（dll SiUS-BXp.Dll 、驱动程序SiUSBXp.sys 、INF 驱动安装文件SiUSBXp.inf 等组成。在这里除了USB_API.H 文件是下位机的头文件外,其余都是为上位机VB 、VC 等程序提供的。2.1下位机软件设计

8、下位机软件是在Silicon 公司提供的IDE 环境中进行开发的。与上位机通讯所需要的接口函数都包含在USBXpress 软件开发包的头文件USB_API.H 中。在设计中主要调用了以下函数:USB_Clock_Start （/*初始化USB 时钟*/USB_Init （/*使能USB 接口*/Block_Write （/*通过USB 向主机写入数据*/Block_Read （/*通过USB 从主机读取数据*/Get_Interrupt_Source （/*得到引发API 中断的类型*/USB_Int Enable （/*API 中断使能*/USB_Int_Disable （/*API 中断禁

9、止*/USB_Disable （/*USB 中断禁止*/USB_Suspend （/*USB 中断暂停*/USB_Get_Library_Version （/*返回USBX-press 固件库版本*/USB 主要工作在虚拟中断模式下（入口地址为0x008B ,中断号为17,软件运行时当USB_Clock_Start （和USB_Init （对单片机配置完之后,Get_In-terrupt_Source （函数开始工作,它始终在检测USB 总线的状态,并返回相应的函数值。部分程序如下:void USB_API_TEST_ISR （void interrupt 17BYTE INTVAL =Get

10、_Interrupt_Source （;/得到中断类型if （INTVAL RX_COMPLETE /数据发送完成Block_Read （Out_Packet ,*;if （INTVAL DEV_SUSPEND /设备挂起Suspend_Device （;if （INTVAL DEV_CONFIGURED /设备初始化Initialize （;2.2上位机软件设计上位机软件是用VB6.0开发的,通过主机（上位机的调用动态链接库文件SiUSBXp.dl1,实现上位机与下位机设备之间的通信4SiUSBXp.dl1提供的API 函数主要有:SI_GetNumDevices （返回主机所连接USB 设

11、备的个数SI_GetProductString （返回所连接USB 设备的描述符SI_Open （打开USB 设备SI_Close （关闭USB 设备SI_Read （读设备SI_Write （写设备程序流程如图4所示图4VB 程序流程图实验中用下位机发送了一组曲线数据给上位机,（下转第103页99第4期许明等:了故障与报警程序的编写难度。触摸屏程序使用WinCC Flexible 软件编写,主要包括开机画面、主画面、伺服轴手动操作画面、自动循环监控画面、自动循环参数配置画面、液压气压润滑操作画面以及报警信息画面,其主要结构如图6。开机画面显示机床初始化信息;伺服轴手动操作画面包括伺服轴回零、

12、伺服轴正反向点动以及单循环试运行画面;自动循环画面则显示在自动运行过程中正在进行的工序、各轴的实际速度位置参数;自动循环参数配置画面允许操作人员在本地操作时进行加工参数调整,以试验配方数据的可行性;报警信息窗口在出现报警信号时将自动弹图6触摸屏程序结构出,准确提醒操作人员故障所在,故障消除后将关闭;液压气压润滑操作画面用于手动模式下操作调整气缸液压马达以及换刀油缸,并可以手动进行床体润滑以及润滑参数设置。触摸屏自动循环画面如图7所示图7触摸屏自动循环画面4结论该系统采用SIEMENS 公司的Simotion D435控制器与TP177B 触摸屏的组合作为机床的主要控制单元,因其自身强大的工程开

13、发系统以及各种功能的结构化的软件模块,使得系统软件的开发周期大大缩短,系统运行的可靠性大大提高。Simotion D435自带以太网模块,简化了与装配线中其他控制器以及上位机之间的通讯设置,可以更加方便地进行生产管理。该机床投入生产以后,大大降低了现场操作人员的劳动强度,提高了生产效率,所加工的管料也完全符合装配单元对工件的精度要求。参考文献:【1】李建辉,蔡伟波,吴修国基于OPC 技术的工业监控系统研究与设计J 微计算机信息,2007,23（24:1618【2】SIEMENS LtdS120SIMOTION M SIEMENS Ltd ,2007【3】SIEMENS LtdSCOUT Man

14、uals M SIEMENS Ltd ,2007【4】田红芳,杨明多西门子Simotion D 在五伺服枕式包装机中的应用C /全国冶金自动化信息网2009年会论文集,2009【5】崔润记,张君峰,李忠,等西门子新型运动控制器Simo-tion D435在全钢工程胎成型机上的应用J 微机应用与自动控制,2007,33（4:4954【6】邓觉川一种基于PLC 和位控单元的机床控制系统设计J 化学工程与装备,2008（3:9497【7】陈伯时电力拖动自动控制系统M 北京:机械工业出版社,1990【8】黄立培电动机控制M 北京:清华大学出版社,2003【9】李华德,白晶,李志民,等交流调速控制系统M

15、 北京:电子工业出版社,20033（上接第99页VB 接收到数据后绘制出相应曲线,最终实现的结果如图5所示图5VB 实现的结果3结束语利用Silicon 公司的混合信号处理器C8051F340芯片,完成了USB 通讯的软件和硬件设计,实现了USB 的批量传输,传输速率达到了全速USB2.0的12Mb /s 的速度要求,将单片机采集到的整组数据同时传到上位机并显示出来。【1】Compaq ,Intel ,Microsoft ,et alUniversal Serial Bus Specifi-cation Revision 2.0M 2000【2】C8051F340Datasheet OL http :/wwwsilabscom【3】Silicon Lab oratoriesUSBXpress Programmers Guide EB /OL （200710192008114http :/wwwxh1corncn /AN169_USB_Xpress_Programmers_Guidepdf【4】Deitel Harvey M ,Deitel Paul J ,Nieto Tem RVisual Basic6大学教程M 于伟,王刚,等,译北京:电子工业出2007301第4期王康等:西门子Simotion 运动控制系统在托辊管加工机床中的应用