如何使用高速51單片機(jī)進(jìn)行模擬USB接口的設(shè)計(jì)

　　參照AVRUSB技術(shù)給出了51單片機(jī)通過(guò)模擬USB通信的實(shí)現(xiàn)方法。用VC編寫了上位機(jī)軟件，通過(guò)libusb驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)了PC與 ST12LE5608AD的通信。

　　1994年11月11日USB正式誕生，1996年1月15日，USB1.0發(fā)布，1998年USB開(kāi)始流行，2000年4月27日高速USB2.0發(fā)布，傳輸速率達(dá)480Mb/S， 2008年11月12日USB3.0發(fā)布，傳輸速率可達(dá)5Gb/s。至今USB被廣泛應(yīng)用，帶串口和并口的PC越來(lái)越少，這使得基于單片機(jī)的設(shè)備必須將串口經(jīng)過(guò)USB芯片轉(zhuǎn)換才能和PC通信，為了解決MCU和PC通信的問(wèn)題，1998年Atmel公司開(kāi)發(fā)了AVRUSB技術(shù)，這是一種不通過(guò)USB芯片，直接使用單片機(jī)的IO口模擬USB通信協(xié)議完成單片機(jī)與PC通信的技術(shù)，理論上任何一款速度足夠快的高速單片機(jī)都可以通過(guò)IO模擬USB1.1的通信協(xié)議。本文給出了廣泛使用的也是最易上手的低成本1T 51單片機(jī)模擬USB通信實(shí)現(xiàn)的方法。

　　USB1.1使用單端偽差分信號(hào)，速率1.5Mb/S；USB2.0使用差分信號(hào)傳輸，最低速率12Mb/S，最高480Mb/S，詳細(xì)的USB通信協(xié)規(guī)范可以參考《Universal Serial Bus Specification》。所以對(duì)于51、 AVR或STM8單片機(jī)，只能模擬出USB1.1規(guī)范的通信。本文參照AVRUSB 給出了USB在STC12LE5608AD單片機(jī)上的實(shí)現(xiàn)，適用于STC12系列和STC10系列的單片機(jī)，也可以移植到性能相同的51單片機(jī)。

　　重點(diǎn)是SIE的實(shí)現(xiàn)，其余部分可以參考AVRUSB相關(guān)技術(shù)文章。 USB1.0通信中使用的是NRZI編碼，信號(hào)是偽差分信號(hào)，當(dāng)Dp=1時(shí)Dm=0，Dp=0時(shí)Dm=1，SE0和SE1信號(hào)信號(hào)除外。這種編碼不需要時(shí)鐘和數(shù)據(jù)一起發(fā)送，電平跳變代表0，無(wú)電平跳變代表1。為了避免一長(zhǎng)串1導(dǎo)致的接收方失去同步信號(hào)，USB使用位填充機(jī)制，在6個(gè)連續(xù)1后面強(qiáng)制填充0，特殊情況是6個(gè)1后面原本就是0，但USB位填充機(jī)制還是會(huì)在6個(gè)1后面填充0，將信號(hào)狀態(tài)變?yōu)?11111100，接收方必須將填充的0丟棄，還原數(shù)據(jù)。如圖1-1所示：X表示是填充的數(shù)據(jù)位。