基于C8051F340微控制器的USB通讯接口的设计概要文档格式.docx
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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;
USBXpress软件包中图分类号:
TM571-61文献标识码:
B
文章编号:
1001－3881（20114－098－2
DesignofUSBInterfaceBasedonMCUC8051F340
XUMing,WANGXuejun,DINGJinhua,ZHANGLei,ZHANGBo
（SchoolofMechanicalEngineeringandAutomation,DalianPolytechnicUniversity,
DalianLiaoning116034,China
Abstract:
ThedesignofUSBcommunicationsystemwasimplementedbasedonmixedsignalMCUC8051F340ofSiliconCo．ThecharacteristicsofC8051F340anditsembeddedUSBcontrollerwereintroduced,andhardwarecircuitwasdesignedaccordingtothem．TheprogramforPCandMCUcommunicationwasrealizedseparatelybySiliconLaboratoriesUSBXpressdevelopmentkit．GraphicinterfaceofPCsoftwarewasprogrammedbyVB,anddataobtainedfromexperimentweredisplayedonit．Thissystemischar-acterizedbysimplenessininterface,wideaccommodationandhighcost-performance．
Keywords:
USBinterface;
C8051F340MCU;
USBXpresssoftware
在工业控制、数据处理等领域,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USBFLASH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接口（片内;
（3真正10bit200kb/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;
（9
USB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,1kBUSB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（dllSiUS-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
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_IntEnable（/*API中断使能*/USB_Int_Disable（/*API中断禁止*/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:
voidUSB_API_TEST_ISR（voidinterrupt17{
BYTEINTVAL=Get_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[4]
SiUSBXp.dl1提供的API函数主要有:
SI_GetNumDevices（'
返回主机所连接USB设备的个数
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WinCCFlexible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、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SimotionD435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。
SimotionD435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:
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2003．3．（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。
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2007．·
301·
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
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