１ 引言

ＵＳＢ（通用串行總線）是ＩＮＴＥＬ、ＤＥＣ、ＭＩ-ＣＲＯＳＯＦＴ、ＩＢＭ等公司聯合提出的、最近幾年逐步在ＰＣ領域廣為應用的新型接口技術。ＵＳＢ接口通用性好、實時性強、傳輸方式多樣、成本低、支持即插即用、易于擴展且便于使用，這些優點使其得到許多硬件廠商的青睞。目前各種類型的ＵＳＢ產品已大量涌入市場，同時也被廣泛地用在ＰＣ機及嵌入式系統中。

ＵＳＢ的拓撲結構中居核心地位的是Ｈｏｓｔ（也稱為主機），任何一次ＵＳＢ數據傳輸都必須由主機發起和控制，所有的ＵＳＢ外設都只能和主機建立連接，任何兩個外設之間或是兩個主機之間無法直接通信。而目前，扮演主機角色的大多是個人電腦ＰＣ。而我們買到和使用的ＵＳＢ移動設備都是ＵＳＢ外設（ｄｅｖｉｃｅ），如ＵＳＢ的移動硬盤、ＵＳＢ接口的數碼相機等。所有這些設備都只能在ＰＣ上或通過ＰＣ來進行文件和數據交換。沒有了ＰＣ，這些設備就 “失靈”了（指數據交換的功能）。

５１系列單片機以其優越的性能、成熟的技術高可靠性、高性價比吸引了大量國內用戶，被廣泛應用于測控和自動化領域。用５１系列單片機實現ＵＳＢ主機接口，進而實現對ＵＳＢ外設的控制，對提高整個系統的數據存儲、數據傳輸、設備控制等性能都有很大的作用。本文使用５１系列單片機Ｗ７８Ｅ５４和ＵＳＢ接口芯片ＳＬ８１１ＨＳ設計了一個ＵＳＢ主機接口，通過該接口可實現對ＵＳＢ外設Ｕ盤的讀寫控制，從而實現單片機數據采集系統的海量數據存儲＊。

２　ＳＬ８１１ＨＳ的結構性能

ＳＬ８１１ＨＳ是ＣＹＰＲＥＳＳ公司生產的、可支持全速數據傳輸的ＵＳＢ控制芯片該芯片采用２８腳ＰＬＣＣ和４８腳ＴＱＦＰ兩種封裝形式，且內含ＵＳＢ主／從控制器，支持全速（ｆｕｌｌ－ｓｐｅｅｄ）／低速ｌｏｗ－ｓｐｅｅｄ　數據傳輸，并能自動識別低速或全速設備。ＳＬ８１１ＨＳ所提供的接口遵從ＵＳＢ１．１標準，可與微處理器、微控制器、ＤＳＰｓ相連，也可直接與ＩＳＡ、ＰＣＭＣＩＡ及其它總線相連。ＳＬ８１１ＨＳ的數據接口與微處理器進行接口可提供８位數據Ｉ／Ｏ或雙向ＤＭＡ通道，并能以從機操作方式支持ＤＭＡ數據傳輸。此外，通過中斷支持還可以輕松地與Ｍｏｔｏｒｏｌａ、Ｉｎｔｅｌ及其它眾多類型的標準微處理器或微控制器相連。ＳＬ８１１ＨＳ內部有一個２５６字節的ＲＡＭ，可用做控制寄存器或數據緩沖器。ＳＬ８１１ＨＳ的內部結構框圖如圖１所示。

３ 和微控制器的硬件接口

圖２所示是５１系列微控制器Ｗ７８Ｅ５４與ＳＬ８１１ＨＳ的連接電路。在該設計硬件時，由于所選用的５１系列單片機Ｗ７８Ｅ５４及其周圍元件的工作電壓為５Ｖ，而ＳＬ８１１ＨＳ的工作電壓為３．３Ｖ，所以系統應同時提供５Ｖ和３．３Ｖ電源；雖然ＳＬ８１１ＨＳ可以使用１２ＭＨｚ晶振，但在實際使用過程中發現，如果晶振質量不太好，電路穩定性就會比較差，因此，設計時推薦使用４８ＭＨｚ晶振；由于ＳＬ８１１ＨＳ的中斷請求輸出的是高電平，因此需要用反向器把它變換成低電平以滿足Ｗ７８Ｅ５４中斷輸入要求；此外，ＳＬ８１１ＨＳ是低電平復位；其ＵＳＢ插座的電源接口也應作５００ｍＡ限流處理以保護系統。

４ 軟件設計

ＵＳＢ軟件設計分為２部分，一是針對ＳＬ８１１ＨＳ芯片編寫ＵＳＢ主機控制器驅動程序；二是系統調用驅動程序來完成Ｕ盤數據讀寫的應用程序。

４．１ 主控制器驅動程序設計

ＵＳＢ設備驅動程序是開發ＵＳＢ外設的關鍵，ＵＳＢ協議的復雜性導致了ＵＳＢ驅動程序內容的多樣性。本文只介紹主機完成Ｕ盤數據讀寫功能所需的主要模塊，包括初始化模塊、枚舉模塊、讀字節模塊、寫字節模塊、讀緩沖區模塊、寫緩沖區模塊等。

初始化模塊用來設置ＳＬ８１１ＨＳ的主／從機工作模式、全速或低速工作方式、內部數據緩沖區結構等；而枚舉主要是指主機監測到Ｕ盤插入時，主機和Ｕ盤之間產生的一個過程。當枚舉發生時，主機首先自動發出查詢請求，Ｕ盤回應這個請求，并送出設備的Ｖｅｒｄｏｒ ＩＤ和ＰｒｏｄｕｃｔＩＤ然后由主機根據這兩個ＩＤ裝載相應的設備驅動程序，以完成枚舉過程。通過枚舉不但可為Ｕ盤設定設備地址，而且可以得到Ｕ盤端點的描述表及Ｕ盤支持協議，之后就可以根據Ｕ盤所屬的子類及協議對Ｕ盤進行操作。