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1、三 江 学 院本科生毕业设计（论文）题 目 基于51单片机的USB键盘设计与实现 高职院 院（系） 电气工程及其自动化 专业学生姓名 梁邱一 学号 G105071013 指导教师 孙传峰 职称 讲师 指导教师工作单位 三江学院 起讫日期 2013年12月10日至2014年4月12日 摘 要 随着计算机技术的不断更新和多媒体技术的快速发展,传统的计算机外设接口因为存在许多缺点已经不能适应计算机的发展需要。比起传统的AT，PS2，串口，通用串行总线USB,具有速度快,使用方便灵活,易于扩展,支持即插即用,成本低廉等一系列优点,得到了广泛的应用。本论文阐述了51系列单片机和USB的相关内容，详细介绍
2、了系统的一些功能设计，包括硬件设计和软件设计。在程序调试期间用简单的串口通信电路，通过串口调试助手掌握了USB指令的传输过程，这对整个方案的设计起到了很大的指导作用。论文以单片机最小系统配合模拟键盘组成的USB键盘硬件系统，通过对D12芯片的学习与探索，在其基本命令接口的支持下，结合硬件进行相应的固件程序设计，使其在USB协议下，实现USB模块与PC的数据通信，完成USB键盘的功能模拟。总结论文研究工作有阐述USB总线的原理、对本设计的系统要求作出了分析、根据要求选定元件和具体编程方案、针对系统所要实现的功能对相关芯片作了详细介绍以及在硬件部分设计了原理图。关键词：USB；D12；PCAbst
3、ract With the rapid development of computer technology and multimedia technology constantly updated, traditional computer peripheral interface because there are many shortcomings unable to meet the development needs of the computerpared to traditional AT, PS 2, serial, Universal Serial Bus USB, with
4、 fast, flexible and easy to use, easy to expand, support Plug and Play, a series of advantages, such as low cost, widely used. This paper describes the 51 series and USB related content, detailing some of the features of the system design, including .During debugging a simple serial communication ci
5、rcuit, through the serial port debugging assistant master USB transfer instructions, which designed the entire program guiding.Thesis smallest single-chip system consisting of analog keyboard with a USB keyboard D12 chips, with the support of its basic command interface, in conjunction with the corr
6、esponding , making it in the USB protocol, USB module data communication with the PC, the USB keyboard to complete the functional simulation. This paper summarizes research work the specific requirements of the selected programming for the system to achieve the function of the relevant chips are des
7、cribed in detail in the as well as the principle of Figure.Keywords:USB；D12；PC 目 录第一章绪 论11.1 PC接口简介11.2 USB 接口分析11.3 USB 器件的选择1第二章系统分析32.1 USB总线简介32.2 USB技术指标32.3 USB系统构成4第3章系统硬件设计63.1 STC89C52单片机简介及最小系统6 3.1.1 单片机发展概况及发展方向6 3.1.2 单片机特点及结构6 3.1.3 复位电路设计8 3.1.4 单片机最小系统硬件设计93.2 PDIUSBD12接口芯片设计9 3.2.1
8、USB接口芯片简介9 3.2.2 USB接口芯片引脚配置11 3.2.3 USB接口芯片硬件设计14 3.2.4 USB接口芯片端点描述14 3.2.5 USB接口芯片命令163.3 USB键盘硬件设计18第4章系统软件设计194.1 固件编程的实现20 4.1.1 USB接口芯片工作流程图20 4.1.2 PDIUSBD12命令接口-PDIUSBD12.C21 4.1.3 USB中断服务程序-USBISR.C21 4.1.4 按键处理流程图21 4.1.5 USB键盘处理程序-KEY.C22 4.1.6 USB主循环程序-MAIN.C234.2 实物演示25结束语27致 谢28参考文献29附
9、录A30附录B37 第一章绪 论1.1 PC接口简介PC中的接口有两类：串行接口和并行接口。计算机内部总线，如CPU与存储器之间匀采用并行接口，这样速度快；但外设却以串行接口比较占优势。传统的打印机接口为并行接口。SCSI标准的全名是小型设备通用接口标准，其传输速率为10M，早期的扫描仪一般使用此接口，硬盘与主机的联接也使用这种接口。串行接口出现最早，使用最广的RS232接口，但其速度太慢，现在已经逐渐被淘汰。USB接口和IEEE1394接口是两种速度比较高的串行接口，还有局域网中的以太网接口，它们具有较广阔的发展前景和应用潜力。USB适用于低档外设与主机之间的高速数据传输，USB1.1可以达
10、到1.5Mbps或12Mbps的传输率，而1394更是可达100200400Mbps。USB2.0将速度定位在480Mbps，而IEEE1394也推出了1394b 1.3.1 版草案，速度从800Mbps起步，最高可达3.2Gbps。局局域中用得最多的是以太网接口，速度可达100Mbps，当使用光纤传输时，速度可达1000Mbps。1.2 USB 接口分析通用串行总线(Universal Serial Bus USB），是一种快速、灵活的总线接口。与其它通信接口比较，USB接口的最大特点是易于使用。作为一种高速总线接口，USB适用于多种设备，如数码相机、MP3播放机、高速数据采集设备等。易于使
11、用还表现在USB接口支持热插拔，并且所有的配置过程都由系统自动完成，无需用户干预。USB接口支持1.5Mbs(低速)、12Mbs(全速)和高达480Mbs的数据传输速率，扣除用于总线状态、控制和错误监测等的数据传输，USB的最大理论传输速率仍达1.2Mbs或9.6Mbs，远高于一般的串行总线接口。USB接口芯片价格低廉，一个支持USB 1.1 规范的USB接口芯片价格大多在人民币1530元之间，这也大大促进USB设备的开发与应用。1.3 USB 器件的选择在进行一个USB设备开发之前，首先要根据具体使用要求选择合适的USB控制器。目前，市场上供应的USB控制器主要有两种：带USB接口的单片机（
12、MCU）或纯粹的USB接口芯片。带USB接口的单片机从应用上又可以分成两类，一类是从底层设计专用于USB控制的单片机另一类是增加了USB接口的普通单片机，如Cypress公司的EZUSB(基于8051），选择这类USB控制器的最大好处在于开发者对系统结构和指令集非常熟悉，开发工具简单，但对于简单或低成本系统。但价格因素也是在实际选择过程中需要考虑的因素。纯粹的USB 接口芯片仅处理USB通信，必须有一个外部微处理器来进行协议处理和数据交换。典型产品有Philips公司的PDIUSBD11（I2C接口）、PDIUSBD12(并行接口），NS公司的USBN96039604(并行接口），NetChi
13、p公司的NET2888 等。USB接口芯片的主要特点是价格便宜、接口方便、可靠性高，尤其适合于产品的改型设计（硬件上仅需对并行总线和中断进行改动，软件则需要增加微处理器的USB中断处理和数据交换程序、PC机的USB接口通信程序，无需对原有产品系统结构作很大的改动）。 第二章系统分析2.1 USB总线简介 USB是一种支持在USB主机和USB设备之间进行串行数据传输的通信协议。主机作为总线的主叫方，采用两种信令模式：全速模式12Mbs和低速模1.5Mbs。USB使用四种数据传输方式：控制传输（control）、中断传输（interrupt）、批量传输（bulk）及等时传输（isochronous
14、）。Intel公司开发的通用串行总线架构(USB)的目的主要基于以下三方面考虑：一、计算机与电话之间的连接显然用计算机来进行计算机通信将是下一代计算机基本的应用。机器和人们的数据交互流动需要一个广泛而又便宜的连通网络。然而，由于目前产业间的相互独立发展,尚未建立统一标准,而USB则可以广泛的连接计算机和电话。二、易用性众所周知，PC机的改装是极不灵活的。对用户友好的图形化接口和一些软硬件机制的结合，加上新一代总线结构使得计算机的冲突大量减少，且易于改装。但以终端用户的眼光来看，PC机的输入输出，如串行并行端口、键盘、鼠标、操纵杆接口等，均还没有达到即插即用的特性，USB正是在这种情况下问世的。
15、三、端口扩充外围设备的添加总是被相当有限的端口数目限制着。缺少一个双向、价廉、与外设连接的中低速的总线，限制了外围设备(如电话电传调制解调器的适配器、扫描仪、键盘、PDA)的开发。现有的连接只可对极少设备进行优化，对于PC机的新的功能部件的添加需定义一个新的接口来满足上述需要，USB就应运而生。它是快速、双向、同步、动态连接且价格低廉的串行接口，可以满足PC机的发展现状和未来需要。码主要存储在单片机中，通过单片机中的软件代码运行后，通过各个管脚的控制外围辅助电路的运行以实现系统的功能。复位电路是保证系统安全运行的基础，由于单片机的运行环境无法确定，无法保证单片机在长时间的运行过程中能够一直保证系统的稳定性，复位电路就是在单片机无法正常运行后，软复位无法进行复位的情况下，能够保证系统能够重新启动2.2
