SPCE061A单片机在USB通讯中的应用_接口电路论文
由于现在市面上新出一款单片机spce061a，它非常有特色。本文主要介绍，利用spce061a和usb接口芯片pdiusbd12来开发usb设备。spce061a单片机由台湾凌阳公司制造，spce061a单片机款式新颖，而且性价比极高。 spce061a在2.6v~3.6v工作电压范围内的工作速度范围为0.32mhz~49.152mhz；2k字sram和32k字flash仅占一页存储空间；32位可编程的多功能i/o端口；两个16位定时器/计数器；低电压复位/监测功能；8通道10位模/数转换输入功能并具有内置自动增益控制功能的麦克风输入方式；双通道10位dac方式的音频输出功能；指令系统提供具有较高运算速度的16位×16位的乘法运算指令和内积运算指令，为其应用增添了dsp功能.....。较高的处理速度使spce061a能够非常容易地、快速地处理复杂的数字信号。开发数字声音和语音识别产品，选择spce061a是一种最经济的选择。
本文所设计的usb设备系统的功能比较简单，它主要实现spce061a与pc机之间的简单通讯，是spce061a单片机的一种基本应用。这篇文章的主要目的是希望能够给读者起抛砖引玉的作用,开发者可以在这个基础上修改程序，轻松实现usb设备系统开发。本文所设计的系统具有三种简单功能：1.检测usb外设是否连接成功。 2.通过点击pc端的应用软件上的按钮，可以点亮或熄灭与spce061a单片机io口相连的led灯。3.应用软件发送任意字符串到spce061a，spce061a接受、回送字符串，应用软件接受到字符串时，能够将它显示出来。
4.1系统组成
本usb通讯系统，主要由凌阳十六位单片机spce061a，philips公司的usb接口芯片pdiusbd12组成，系统框图如图3.10所示。
这个系统的基本工作流程为：pc端应用软件，发送id0（为了使主机和设备方能同步，该系统定义了三个握手id：id0,id1,id2。）给pdiusbd12，pdiusbd12接收数据，产生中断通知spce061a单片机读取数据。spce061a如果读取的数据为id0，那么发送id0给pdiusbd12；pc机端应用软件发送完数据后，读取外设发送的数据，如果读到的数据为id0,那么弹出一个提示框，提示usb外设连接成功。此后pc机端的应用软件和usb外设之间的通讯都是通过id来进行的。
4.2硬件设计
系统电路原理图如图3.11所示。其中pdiusbd12用作实现pc机与spce061a单片机进行通信的高速通用并行接口。usb协议层的相关通讯协议通过pdiusbd12来实现，它由硬件实现不需要固件的参与。spce061a单片机的主要作用：1.windows系统配置、枚举usb外设时，spce061a发送、接收相关的usb设备。2. windows系统配置、枚举usb外设成功后，根据接收到的id,进行相应的操作，起控制作用。
spce061a内嵌32k的flash的存储空间、14个中断源,它在2.6~3.6v的工作电压范围内的工作速率范围为0.32mhz～49mhz，这使得它有较高的速率和存储空间来应付usb通讯。单片机spce061a与pdiusbd12之间通讯采用中断方式，数据交换主要是靠spce061a单片机给pdiusbd12发命令和数据来实现的。
pdiusbd12通过这种方式来识别命令和数据：在ale信号的下降沿时锁定地址，如果是奇地址，那么它接收的是命令；如果是偶地址，那么它发送或接收的是数据。pdiusbd12的中断寄存器只要不为0,它的中断输出引脚（int_n）就保持低电平，所以系统初始化时可将spce061a单片机的外部中断（下降沿触发）引脚iob2设置为带上拉电阻输入。当pdiusbd12的中断寄存器由零变为非零时，马上触发spce061a的外部中断，spce061a单片机在中断处理时，读取pdiusbd12芯片的状态寄存器以清除中断寄存器中对应位，使得中断引脚变为高电平。这样使得spce061a可以在退出中断后，可随时响应外部中断。
图3.11中的led1灯非常有用，它是pdiusbd12的goodlink指示灯，在系统枚举时会根据通信的状况间歇闪烁，当pdiusbd12被枚举和配置成功后，将一直点亮。随后在usb通信时会闪烁，这对调试非常有用。
4.3软件设计
usb设备的软件设计主要包括两部分：一、usb设备端的单片机软件，主要完成usb协议处理与数据交换。二、pc端的程序，由usb驱动程序和用户服务程序两部分组成，用户服务程序通过usb驱动程序通信，由系统完成usb协议的处理与数据传输。
该系统单片机端的软件流程如图3.12所示。spce061a单片机控制程序由三部分组成：第一、初始化spce061a和pdiusbd12。 第二、主循环部分，主要任务是判断标志位是否改变，如果改变则执行相应的程序，否则一直循环等待中断。第三、中断服务程序，主要任务是接收、发送数据，设置相应的标志位。主机首先要发令牌包给pdiusbd12，pdiusbd12接收到令牌包后就给单片机发中断，单片机进入中断服务程序，首先读pdiusbd12的中断寄存器，判断 usb令牌包的类型，然后执行相应的操作。因此，单片机程序主要就是中断服务程序的编写。在 usb单片机程序中要完成对各种令牌包的响应，其中比较难处理的是setup包，主要是端点0的编程。
系统初始化部分包括系统时钟，io口，中断设置（开外部中断），pdiusbd12芯片软件复位、初始化。该主流程的核心部分是协议层的请求处理，它关系到pc机枚举usb外设成功与否。所以在调试单片机程序的时候，要特别注意window对usb设备的枚举顺序。如果枚举成功，主机将找到新的设备，提示安装驱动程序；否则找到未知设备，usb外设不可用。
中断服务子程序的编写，采用混合编程，也就是说，在汇编程序中调用c函数，这样可以提高代码的可读性。中断服务子程序的流程如图3.13所示，有好几个地方，只做清中断处理，这是因为有些端点没有用到。它只作为一个程序接口，为扩展系统功能用。
目前编写主机的usb驱动程序主要采用三种方法。第一，使用windows ddk来编写驱动程序，难度很大，但是非常灵活；第二，使用driverstudio开发工具来生成驱动程序；第三，使用windriver开发工具来生成驱动程序。用后面两种方法来开发驱动程序的周期短，但是不灵活。本系统的驱动程序采用ddk编写，用户服务程序能够通过驱动程序与pdiusbd12芯片中任意端点通讯，因此编写用户服务程序也是非常灵活的。
4.4
通常在开发usb设备产品，需要编写实时性、程序可读性要求很高的代码，这时就需要采用混合编程。而凌阳的m’nsp™ ide具有良好的编程环境，它可以很轻松、很容易进行混合编程（在c程序中调用汇编程序，在汇编程序中调用c程序）。
在该系统中，只用到了spce061a单片机的外部中断、io口资源。其实spce061a单片机的资源很丰富，它除了具有普通单片机功能以外，还具有语音识别、语音录放等功能。因此这个系统只是一个雏形，spce061a还能够实现比较复杂的功能，比如使用spce061a的录音功能进行录音并将语音数据存储到外扩的flash，然后通过usb通讯，将语音数据送到pc机上播放，同样也可以将pc机上压缩后的语音文件下载到spce061a上进行播放。这样可以很容易使用spce061a可以开发录音笔、电话记录仪等usb设备。因此利用spce061a开发usb设备产品的前景是非常广阔的。