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1、大连东软信息学院 本科毕业设计（论文）本科毕业设计（论文） 系系 所：所： 电子工程系 专专 业：业： 电子信息工程（嵌入式系统工程方向） 学生姓名：学生姓名： 学生学号：学生学号： 指导教师：指导教师： 导师职称：导师职称： 副教授 完成日期：完成日期： 2014 年 5 月 2 日 论文题目论文题目：基于单片机的基于单片机的 USBUSB 控制器硬件设计与实现控制器硬件设计与实现 大连东软信息学院 Dalian Neusoft University of Information 大连东软信息学院毕业设计（论文） 摘要 I 基于单片机的基于单片机的 USBUSB 控制器硬件设计与实现控制器硬
2、件设计与实现 摘摘 要要 随着个人计算机的大量使用，其外接设备也越来越多，比如打印机、扫描仪、鼠 标、音箱、游戏杆，每个外接设备都需求通过一个外部接口与计算机连接。外接 设备多了，PC 的 I/O 口也就不满足正常使用了。在许多特定的使用环境，比如工业上 数据的采集等领域，经常使用集板卡来完成每项工作，而且每个板卡自然会占用一个 计算机接口。计算机上的接口很有限。采集点占用多了接口就不够用。此外，在个人 计算机的应用中，外部设备存在着许多问题。而且许多问题基本可以归结到因为配置、 成本以及个人计算机的连接等几个方面，而为了解决这些问题而出现的一种方案就是 USB 的出现。简而言之，USB 的实
3、现不仅解决了插口不够用的问题，而且创建了一条访 问外设连接的方法。这些解决方案可以有效地减少总成本，并且从最终用户的立场来 看，可以增加可连接的外部设备的数目，简化设备的连接和配置。 本文主要论述了使用单片机采用 STC89C52RC 和 USB 芯片采用 PDIUSBD12 实现一个 假 U 盘设备。当设备连接到电脑上后，设备被电脑识别为一个大容量存储设备，采用 USB 供电，插到电脑上后进入“我的电脑” ，可以看到多出一块磁盘。里面会有一个测 试文本文件 TEST.TXT，占用了一定存储空间，这是在单片机固件程序中模拟的一个文 件，文本文件内的内容是在固件代码中设置好的，可以对这个文件进行
4、读写。以此来 实现模拟 U 盘的控制。就是在单片机的内部模拟一个 FAT16 的文件系统，做一个虚拟 U 盘。 关键词关键词：虚拟 U 盘，单片机，控制器 大连东软信息学院毕业设计（论文） Abstract II Design and Implementation of USB Controller Hardware Based on Microcontroller Abstract With the extensive application of the PC， which more and more peripherals， printers， mice， scanners， joyst
5、icks， speakers each peripherals are connected through an interface with a PC. More peripherals， PCs I / O socket naturally enough. In many specific applications， such as industrial areas such as data acquisition， acquisition boards are often used to complete the work， and each one will naturally occ
6、upy a PC card slot. PC slots are limited. More collection points is not good enough. In addition， the use of personal computers， there are many problems peripherals. These problems can be attributed substantially to the cost aspects of the configuration and the like connected to the PC， and the USB
7、is a scheme to solve these problems arise. In short， USB appears not only to solve the I / O socket enough problems， but also to establish a connection and access to peripherals approach. These methods can effectively reduce the overall cost， but also from the perspective of the end user， you can in
8、crease the number of peripherals that can be connected to simplify the connection and configuration of the device. This article discusses the use of SCM STC89C52RC and USB chip PDIUSBD12 implement a fake U-disk devices. When the device is connected to the computer， the device is recognized by the co
9、mputer as a mass storage device， USB-powered， rear into your computer go to “My Computer“， you can see more of a disk. There will be a test text file TEST.TXT， occupy a certain amount of storage space， which is a file in the analog microcontroller firmware， the contents of the text within the file i
10、s set up good in the firmware code， you can read and write to this file . In order to achieve control analog U disk. Is an internal microcontroller simulation FAT16 file system， do a fake U disk. Key words: Virtual U disk， SCM， Controller 大连东软信息学院毕业设计（论文） 目录 III 目目 录录 摘 要I ABSTRACTII 第 1 章 绪 论.1 1.1
11、 USB 控制器研究背景与意义.1 1.1.1 USB 背景和意义.1 1.1.2 USB 技术现状及发展趋势.2 1.2 课题研究的背景意义与研究方法.3 1.3 课题研究现状.3 第 2 章 USB 总线的协议阐述5 2.1 USB 事务传输.5 2.2 关键技术.5 2.2.1 SYNC同步字段.5 2.2.2 包标识字段 PID.6 2.2.3 数据字段.6 2.2.4 CRC 字段阐述.7 2.2.5 EOP 字段.7 2.3 USB 的 4 种数据传输种类 7 2.3.1 控制传输7 2.3.2 中断传输8 2.3.3 同步传输8 2.3.4 批量传输8 2.4 USB 传输检测及
12、其恢复.8 2.4.1 数据包的检测及恢复9 2.4.2 总线超时的校验及修复9 2.4.3 错误的包结束符的恢复9 2.4.4、数据切换 toggle 错误及恢复.9 大连东软信息学院毕业设计（论文） 目录 IV 2.5 本章小结10 第 3 章 USB 控制的设计.11 3.1 USB 设备控制器的工作原理及模块划分.11 3.1.1 硬件电路实现目标11 3.1.2 PDIUSBD12 简介 .11 3.1.3 硬件设计方法11 3.1.4 USB 设备控制器功能阐述.12 3.1.5 USB 设备控制器总的模块划分.12 3.2 串行接口引擎的设计13 3.2.1 时钟恢复模块 GEC
13、LK.13 3.2.2 事件检测模块 ENEVT .13 3.2.3 媒体访问控制模块 MAC .14 3.3 功能控制器 FNCTL15 3.3.1 协议引擎模块 PE16 3.3.2 枚举控制模块 ENUM CTRL18 3.4 数据缓冲区 FIFO 和 ROM.18 第 4 章 仿真与综合19 4.1 USB 设备控制器的仿真验证.19 4.1.1LED 指示灯模块代码的编写19 4.1.2 电路的设计及其功能介绍20 4.1.3 单片机固件程序设计21 4.2 上位机应用程序设计22 第 5 章 结 论24 参考文献25 致 谢26 大连东软信息学院毕业设计（论文） -1- 第第 1
14、1 章章 绪绪 论论 单片机是单片微型计算机（MCU）的简称，主要用于工业控制领域，用来实现对信 号的检测，数据的采集以及对应用对象的控制。但单片机有其先天的不足：存储空间 太小，运算速度较低。若有大量数据要处理、储存或输出时，PC 机的存在不可少。所 以单片机和 PC 机之间的通信至关重要，如何有效、方便、快速、准确的进行数据传递 作为一个重要问题产生了，“即插即用”的 USB 技术为我们提供了一种解决方法， USB 总线是一种通用串行总线，以其方便易用、快速、价格低廉的特性，已经被广泛应 用于各种数据传输设备。本文正是使用 USB 这一新型总线模式，实现了一种单片机和 PC 机之间数据传输
15、的解决方案。 1.11.1 USBUSB 控制器研究控制器研究背景与意义背景与意义 伴着计算机科技尤其是单片微型机的技术的发展，人们已经越来越多的使用单片 机来对一些工业控制设备中如温度、流量和压力等参数进行监测和控制。PC 机具有很 强的检测和控制能力，而单片机则具有快速和灵活的检测特点，通过计算机的串行口 与外部设备进行联系，是许多测控系统设备中经常使用的一种通信解决办法。而随着 USB 接口技术的成熟和使用的普遍，由于 USB 接口有着 RS232 串口无法比拟的优点， RS232 串口正在逐步地被 USB 接口所代替。而在现在的大多数笔记本电脑中，为了节省 物理空间和用处不大等原因，RS232 串口已不设置，这就制约了基于 RS232 串口与 PC 机联系的单片机设备的使用范围。当前 USB 接口逐步取代 RS232 串口已是大趋势，单 片机和计算机的 USB 通信在现实工作中的应用范围也将逐渐变大。本文设计所介绍的 单片机与 USB 完成的 USB 控制器，电路简单，兼容性好，可移植性强，故可作为单片 机同计算机的 USB 通信控制器广泛应用于工业和电子产品的开发中。因此研究单片机 与 USB 实现的控制器具有非常重要的现实意义。 通常 USB 设备控制器中的功能控制器都由一个微控制器来实现，而在现实使用中， 硬件也可以实现对 USB 的控
