应用USB控制芯片SL811HS实现通信
应用USB控制芯片SL811HS实现通信
一、硬件电路的设计
1、SL811HS介绍
SL811HS是Cypress公司推出的具有主/从两种工作模式的USB控制器，遵循USB1.1规范；可自动检测总线速率，支持全速12Mbps和低速1.5Mbps设备；具有8位双向的数据总线，易与单片机连接；片内256字节的SRAM(其中16字节用于工作寄存器)，用于数据传输；可自动产生SOF和CRC5/16，简化软件工作量；片内具有根Hub；支持挂起/唤醒工作模式，减少功耗；支持自动加1功能，减少数据读写周期；3.3V工作电源，接口可承受5V的工作电压，可与多种规格的单片机连接。
（1）SL811HS内部寄存器
SL811HS内部寄存器一共有256个单元，每个单元是一个字节，其中地址为[00H]－[0FH]的前16个单元是SL811HS的状态寄存器或控制寄存器（统称为特殊寄存器），其余的是数据缓冲寄存器（240个），表1列出了16个特殊寄存器的名称和主要功能含义。
读写SL811HS内部寄存器子程序是最低层的子程序，系统所进行的各种操作主要都是通过调用这些子程序读写SL811HS内部寄存器实现的。通过读取SL811HS的状态寄存器获取SL811HS的状态信息可以实现设备插拔检测、设备速度检测等，通过向SL811HS的相关控制寄存器写入控制字节可以实现USB总线复位以及USB数据传输等操作。
2、创建元件
在Proteus元件库中没有SL811HS的元器件，要搭建电路、实现虚拟仿真，必须自己绘制一个SL811HS原理图。具体操作是，在ProteusISIS编辑环境下，可以实现SL811HS元件的创建。详细的创建步骤可以参考相关资料。如图一所示，就是一个新绘制的SL811HS接口控制芯片。
图一SL811HS管脚分布
这是一个28管脚的控制芯片，其中D0~D7是8位双向数据传输管脚，管脚9、10外接USB接口，管脚1、4、5、6、15、16分别为数据/地址控制、读控制、写控制、片选、芯片复位和中断等功能管脚。通过这些管脚与单片机相连，就可以通过对单片机编程，实现对该控制器芯片的寄存器的读写操作，实现虚拟仿真。
SL811HS控制芯片与单片机的连接电路图，如下图二所示。8 位双向数据总线D7～D0、读选通输入RD、写选通输入WR、片选输入CS、中断输出INT以及地址输入线A0。SL811HS控制芯片的RD和WR可以分别连接到单片机的读选通输出引脚和写选通输出引脚。INT可以连接到单片机的中断输入引脚，由于控制芯片是输出高电平，而单片机中断请求是低电平有效，所以中间需要串接一个非门电路。当CS和RD为高、A0为低电平时，SL811HS中的数据通过D7～D0 输出；当CS和WR为高、A0 都为低电平时，D7～D0 上的数据被写入SL811HS 芯片中；当CS和WR都为低电平而A0为高电平时，D7～D0 上的数据被作为命令码写入SL811HS芯片中。
图二SL811HS与单片机的连接电路图
二、软件实现
要通过SL811HS完成数据传输，实现单片机与PC机的通信，必须经过软件编程，通过驱动sl811hs工作，才能完成。其工作流程如图三所示。
图三SL811HS工作流程图
1、SL811HS初始化
初始化操作主要包括SL811HS芯片复位、USB总线复位、设备插拔检测和设备USB数据传输速度检测等，通过这些初始化操作，SL811HS将作为USB主机与从机之间建立一个底层协议连接关系，为后续的数据通信做好准备。
（1）SL811HS芯片复位
USB接口芯片SL811HS的复位是对芯片的状态进行复位，包括了对芯片内部寄存器值的复位，实现该操作不需要读写接口芯片内部寄存器，只需向接口芯片的复位引脚输入一个有效的复位脉冲即可。
（2）USB总线复位。
按照USB协议，USB总线复位是指在USB数据线上输出SE0态，并保持10ms以上，接在USB总线上的从机设备受到这个复位信号后就会进行自身的复位操作，为接下来的USB数据传输作好准备，通过设置接口芯片的CtrlReg[05H]寄存器的第4、3位为逻辑"01"，并保持10ms，然后再把它们恢复为逻辑"00"，就可以让接口芯片产生USB总线复位信号。
（3）设备插拔检测和设备速度检测
在USB协议的物理层上，USB从机设备是否接在USB总线上是通过检测总线的电压得知的，根据该电压的高低，还可获得USB总线上的设备所支持的速度（例如，在USB1.1协议中，分有低速和全速）。USB主机接口芯片SL811HS把这个物理层的电压检测结果反应到状态寄存器的取值上，通过读取这些状态寄存器的值，可以获知当前的设备插拔状态的设备速度。
USB主机所进行的初始化操作除了上述3项外，还包括帧起始包启动/禁止的设置、帧同步设置、帧定时初值的设置等，它们都是通过对接口芯片特殊寄存器进行读写而实现的。 传输事务的实现。
2、数据传输
根据USB1.1协议，一个传输事务一般包含3个包（Packet）的传输，分别是标记包（Token Packet）、数据包（Data Packet）和握手包（Handshake Packet）。USB数据传输方式一共有四种，分别是控制传输（Control Transfer）、同步传输（Isochronous Transfer）、中断传输（Interrupt Transfer）和批传输（Bulk Transfer）。其中，控制传输方式至少由2个传输事务构成，其他三种传输方式则都各由1个传输事务构成，可见，传输事务在USB传输中至关重要。
一个典型的传输事务含有3个包的传送，这连续的3个包数据流如表3所示。
使用SL811HS设计USB主机系统时，用户只需要让单片机设置SL11HS内部几个相关的特殊寄存器，然后把传输事务启动位使能（置为逻辑"1"），就可以让接口芯片自动完成这3个包的发送与接收，在表3所示的例子中，第n个包（标记包）和第n＋2个包（握手包）都是由主机法给从机的，第n＋1个包（数据包）是由从机发送给主机的。这个传送方向和第n＋2个包的传送方向都是由标记包中的标识域取值决定的，其规律可参考USB协议。
如果传输事务的数据包是由从机发送给主机，则该传输事务属于输入类型，称为输入传输事务，反之则称为输出传输事务，可见，表3例子是一个输入传输事务，对于一个输入传输事务，单片机通过设置 SL811HS内部特殊寄存器就可以决定其取值的包域主要有：标记包中的标识域、地址域或端点域，数据包中的标识域。在输入传输事务中，虽然数据包并不是主机发送的，但之所以仍需要单片机设置与数据包标识域相关的寄存器，是因为主机在该传输事务中将只认可标识域符合所设置值的数据包。其余部分，如标记包中的其他域及握手包的内容则都是SL811HS根据情况自动产生的。
具体的，单片机控制USB主机接口芯片进行一次传输事务所需要知执行的操作步骤如下：
首先，如果是输出传输事务，则需要把将在数据包中发送的数据存放到SL811HS的数据缓冲区中。
其次，做好相关的传输准备工作，即设置接口芯片中的4个特殊寄存器，这4个寄存器的名称及其在传输事务中的作用如表4的前4面项所列。
第三、启动传输事务：把寄存器EP0Control[00H]或EP1Control[08H]的第0位（即传输事务启动位）置为逻辑"1"，即可启动传输事务。但在此之前必须把这个寄存器中其他位设置好（或与启动位同时设置），与这个寄存器相关的包域如表4中最后一项所列。
第四，单片机读取寄存器EP0Status（03H]或EP1Status[0BH]的值，以获知此次事务传输的完成情况。
最后，如果传输成功，则结束中断返回；否则重新传输，最多三次。
3、实验程序
//写SL811HS寄存器函数
uchar write(addr,data_0){
P0=addr;
P3=0x86; //选中要写的sl811hs寄存器
delay(10); //延时10ms
P3=0x8e;
P0=data_0; //写温度数据
return(P0);
}
//读SL811HS寄存器函数
uchar read (reg,data_1){
//uchar reg,data_1;
P0=reg; //选中将要读的寄存器
P3=0x46;
delay(1);
P3=0x4e; //读到寄存器中的内容
data_1=P0;
return(data_1);
}
//SL811HS初始化函数
void rst_usb(){
write(0x00,0x2f); //传输方向是从机到主机
write(0x05,0xef); //总线复位
delay(10);
write(0x05,0xe7); //全速传输，允许自动SOF
write(0x06,0x7f); //中断设置
}
//将单片机中数据写入sl811hs函数
void send (){
uchar addr,data_1;
uint i;
read(0x01,data_1); //读sl811hs缓冲区首地址
addr=data_1;
for(i=0;i<20;i++){ //将十个温度数据送入sl811hs缓冲区
write(addr,temp_data[i]);
temp_data[i]=0x00;
addr++;
}
}
//USB驱动主函数
void usb(){
uchar data_1;
int i=3; //判断数据传输成功，即有无ACK握手，当没有时，最多重发三次数据
do{
P3=0x07; //初始化SL811HS芯片
send(); //将单片机中数据送入sl811hs
rst_usb(); //初始化sl811hs
read(0x03,data_1);
data_1=data_1&0x01; //检测有无ACK握手
if(!data_1)
i--;
else
i=0;
}
while(i);
P3=0x07; //数据传输结束，清中断返回
}
三、总结
通过这个实验掌握了基于SL811HS USB主/从控制芯片实现数据传输的原理、实现方法、学习了USB传输协议、并进一步加强了C语言的编程思想。
同时在这个实验的进行当中遇到了很多的问题，如对接口的理解不够、对USB传输协议不理解以及用Proteus仿真时其元件库中没有该器件等等问题。问题出现了，将问题解决就是一个学习的过程。经过一段时间的学习与与同学的交流沟通，我逐步的讲问题一一的解决了。当然这当中也还有问题无法完成，如Proteus元件库无该元件问题，虽然这里我们绘制了SL811HS，但是，这仅仅是一个外形，内部的电气性能由于能力所限而无法添加，从而，在图二中所述的仅仅是电路原理图，真正的仿真并没有完成，但这个可以通过实物做实验来验证。
应用USB控制芯片SL811HS实现通信
