本文主要講述利用T
USB3410 USB-TO-UART橋接
芯片實(shí)現(xiàn)MSP430微
控制器與USB
設(shè)備通訊
的一種
接口方案 通過該
USB接口可實(shí)現(xiàn)高達(dá)921 600bit/s的
數(shù)據(jù)傳輸速率，也可通過該接口
下載MSP430
程序代碼，
是一種MSP430系列微控制器的高效
USB接口解決方案
硬件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，主機(jī)PC與MSP430之間可進(jìn)行全雙工
串口通訊，主機(jī)PC經(jīng)TUSB3410虛擬的一個(gè)COM口與MSP430的硬件USART
模塊進(jìn)行通訊，本文重點(diǎn)敘述TUSB3410與MCU之間的軟、硬件設(shè)計(jì)。
系統(tǒng)采用USB總線供電模式，MCU可通過I2C接口對TUSB3410進(jìn)行在線編程及外部EEPROM存儲(chǔ)器的配置。
1.TUSB3410接口芯片
TUSB3410為TI
公司推出的一款用于USB-TO-UART端口的橋接器，包括通過USB總線與主機(jī)進(jìn)行
通信所必需的全部邏輯
電路，符合USB2.0規(guī)范，支持最高12Mb/s的全速傳輸，支持USB中止、恢復(fù)及遠(yuǎn)程喚醒
功能；同時(shí)，其內(nèi)部包含一個(gè)8052的CPU核、16KB RAM、包含I2C引導(dǎo)加載程序的10KB ROM，4個(gè)通用I/0口，具有USB總線供電和自帶
電源兩種供電模式。
TUSB3410引腳框圖如圖2所示：
2．USB配置
TUSB3410可以支持
多種
應(yīng)用，本文所描述的參考設(shè)計(jì)配置如表1所示。
對于USB的兼容性來說，任意USB設(shè)備都具有唯一的VID(廠商識(shí)別碼)和PID(
產(chǎn)品識(shí)別碼)，VID/PID值作為一描述符傳輸給主機(jī)PC，并且與存儲(chǔ)在
驅(qū)動(dòng)INF
文件中的值相匹配，操作系統(tǒng)根據(jù)VlD/PID加載不同的驅(qū)動(dòng)程序。
外部EEPROM用于存儲(chǔ)配置參數(shù)，如VID/PID信息等，既可通過MCU經(jīng)12C模塊將EEPROM的鏡像文件寫入EEP-ROM，也可通過專用EEPROM編程器直接對EEPROM進(jìn)行鏡像文件寫入TUSB3410也通過12C接口讀取EEPROM數(shù)據(jù)。
3．硬件電路
原理 系統(tǒng)原理圖如圖3所示，本文以MSP430F1612(U1)為例，任意一款內(nèi)部含UART模塊的MSP430微處理器均可與TUSB3410連接，MSP430F1612為MSP430系列中的高端MCU，豐富的資源使得
開發(fā)具有更多的靈活性。
MSP430F1612選用8MHz晶振
工作，MCU的6個(gè)引腳P1-P6通過PORT1-PORT6的8引腳插針引出，方便MCU與TUSB3410(U2)及外圍器件的連接；SW1-SW4按鍵和LED1-LED4指示燈均通過I/O口控制，演示測試過程；同時(shí)，MCU與標(biāo)準(zhǔn)14針JTAG接口連接用于
調(diào)試程序或調(diào)整
電壓值。
系統(tǒng)采用USB總線供電，同時(shí)LED5指示燈點(diǎn)亮，TUSB3410(U2)的USB數(shù)據(jù)
信號(hào)經(jīng)雙路USB端口瞬態(tài)抵制器SN75240(U3)后連接到標(biāo)準(zhǔn)的USB B型連接口，以增強(qiáng)系統(tǒng)ESD抗干擾能力；USB總線提供的5V電壓經(jīng)TPS77301(U4)3.6V LDO穩(wěn)壓后作為MCU系統(tǒng)的VCC電壓。
外部EEPROM(U5)通過12C通訊并存儲(chǔ)USB配置參數(shù)，EEPROM的大小根據(jù)存儲(chǔ)量選擇，編程時(shí)通過短接JP1跳針與EEPROM的SCL信號(hào)線相連，同時(shí)TUSB3410通過USB將標(biāo)準(zhǔn)的VID/PID值傳送到主機(jī)PC。
TUSB3410選用12MHz晶振，與MCU信號(hào)連接如表2所示，數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，MCU的UART模塊開始工作，支持TUSB3410所有波特率，同時(shí)通過12C模塊與外部EEPROM采用在線編程方式直接存儲(chǔ)數(shù)據(jù)MCU的P3.O/SETO引腳作為TUSB3410的復(fù)位腳，當(dāng)MCU訪問EEPROM時(shí)，復(fù)位該引腳，當(dāng)沒有外設(shè)連耐也可用該引腳進(jìn)行復(fù)位測試。
4．低成本參考設(shè)計(jì)
系統(tǒng)的功耗設(shè)計(jì)可以從兩方面考慮：(1)不使用外部EEP-ROM;(2)不使用外部晶振。
(1)不使用外部EEPROM
利用TUSB3410實(shí)現(xiàn)的USB轉(zhuǎn)UART接口可以不使用外部EEPROM，VID/PID描述符使用TI的默認(rèn)缺省值，TUSB3410固件從主機(jī)PC上下載即可實(shí)現(xiàn)通訊，但是，存在兩個(gè)問題:①因?yàn)椴痪邆湮ㄒ籚lD值，系統(tǒng)的USB設(shè)備兼容性不好；②當(dāng)主機(jī)
檢測到兩個(gè)不同USB設(shè)備，具有相同的VID/PID和序列號(hào)時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)到USB設(shè)備不能正常工作或發(fā)生設(shè)備連接沖突所以，通常設(shè)計(jì)中不
推薦采用此方法，除非該系統(tǒng)為獨(dú)立總線工作方式，即不與外界任何USB設(shè)備同進(jìn)與主機(jī)通訊。
(2)MSP430微控器器不使用外部晶振
TUSB3410由CLKOUT引腳
輸出UART波特率或一個(gè)固定的3.556MHz的
頻率信號(hào)，該頻率信號(hào)可以作為MCU的外時(shí)鐘輸入，這種穩(wěn)定的頻率信號(hào)可作為MCU外設(shè)的工作頻率，此時(shí)MCU無須連接外部晶振。
當(dāng)系統(tǒng)選用TUSB3410產(chǎn)生的頻率作為MCU時(shí)鐘時(shí)，只需修改TUSB3410固件，通過設(shè)置MODECNFG配置
寄存器的CLKOUTEN位，CLKOUT位使能輸出，同時(shí)，CLKSLCT位用于選擇以UART輸出還是固定頻率輸出。
修改后的固件存放在外部EEPROM或存放于系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)程序包中，當(dāng)存于系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)程序包中時(shí)，設(shè)備連接時(shí)修改后的固件自動(dòng)從操作系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)程序中載入，MCU的OSCFAULT位用于檢測是否系統(tǒng)使用外部晶振當(dāng)TUSB3410輸出7.3728MHz頻率作為MCU的UART模塊的時(shí)鐘源時(shí)，此時(shí)UART傳輸速率可達(dá)921 000波特。
軟件設(shè)計(jì) MCU固件的主程序流程圖如圖4所示，MCU上電復(fù)位后調(diào)用InitSystem()初始化程序，初始化外設(shè)、看門狗、通用I/O口等，設(shè)置系統(tǒng)時(shí)鐘為外部8MHz晶振，同時(shí)將USARTO設(shè)為12C模式與外部EEPROM實(shí)時(shí)通訊。
MCU初始化時(shí)，TUSB3410處于復(fù)位狀態(tài)，MCU通過12C直接檢測外部EEPROM的有效地址位和ACK應(yīng)答位，當(dāng)接收到有效ACK信號(hào)時(shí)，則調(diào)用EEPROM-Verify()程序校驗(yàn)該EEPROM中的程序是否與MSP430F1612內(nèi)部Flash存儲(chǔ)的EEPROM鏡像文件一致若檢測到外部EEPROM為空，則調(diào)用EEPROM_Write()程序?qū)SP430F1612內(nèi)部Flash存儲(chǔ)的EEPROM鏡像寫入EEPROM當(dāng)EEPROM程序更新后，TUSB3410釋放復(fù)位信號(hào)，讀取外部EEPROM值，當(dāng)連接到USB主機(jī)控制器時(shí)，TUSB3410會(huì)將這些數(shù)據(jù)提供給USB主機(jī)核對，同時(shí)將MCU復(fù)位引腳設(shè)為NMI模式，防止MCU意外復(fù)位。
初始化后，MCU通過Timer_B7模塊檢測SWl-SW4按鍵狀態(tài)，當(dāng)有鍵按下，捕獲/比較模塊捕捉到按鍵的上升沿信號(hào)時(shí)產(chǎn)生中斷，同時(shí)喚醒MCLJ。
中斷服務(wù)程序流程圖如圖5所示，首先將USARTO設(shè)為UART異步串口模式，然后以460 800波特進(jìn)行通訊，一幀數(shù)據(jù)通信的字符格式為8位數(shù)據(jù)位和1個(gè)停止位，沒有奇偶校驗(yàn)位當(dāng)系統(tǒng)要求高速率傳輸時(shí)，主機(jī)PC需打開虛擬COM口，并MCU配置相匹配，此時(shí)MCU傳輸速率可達(dá)到921 600波特。
PC主機(jī)固件及USB驅(qū)動(dòng)程序不作為本文敘述的重點(diǎn)。
小結(jié) 超低功耗MSP430微控制器與TUSB3410實(shí)現(xiàn)USB設(shè)備的接口設(shè)計(jì)，具有功耗低、可靠性高、移植性強(qiáng)等特點(diǎn)，同時(shí)也可以加以推廣應(yīng)用到其它便攜式設(shè)備開發(fā)中。
