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第八章嵌入式USB接口设备开发实例8.3USB手写板的设计用MC68HC05JB4Motorola单片机开发USB手写板8.2.1硬件设计MOTOROLA公司从1996年开始，陆续推出了一系列支持USB总线协议的单片机，如最早的用于显示器的68HC05BD9A，用于鼠标的68HC05JB2，以及用于集线器（HUB）的MC141555等等。这些芯片共同的特点是都内含一个USB模块，通过这个模块，用户可以很方便地实现USB总线上的数据通讯。68HC05JB4最初是用于开发USB游戏杆的，后来也常被用于其他一些USB外设的开发，比如USB手写板等等。它除了含有USB接口以外，还有6路8位A／D变换输入端，4路键盘中断扫描用输入端，并可最多同时开启19个I／O端口。USB手写板的设计思路：传感器获得笔划信息，传给MC68HC05JB4，经过整理后通过USB总线发送到PC，我们编写的驱动程序接收，最终转给文字识别软件识别。68HC05JB4只支持低速USB外设。它提供了两个端口分别与电缆的Ｄ＋、Ｄ－相连；同时提供了一个3.3V的参考电压与Ｄ－相连。典型连接如图。图中电阻电容的参数是我们在USB手写板中采用的数值，其中1.5kΩ的电阻要求较高，阻值范围必须是1.5kΩ±5％。由于电缆长度有限，类似电缆负载之类的工作就不再需要开发者去考虑了。8.2.2系统软件设计USB设备的软件功能主要有两点：一是监视设备的状态，自动产生状态信息和用户命令信息；一是完成主机与设备之间的USB总线通讯，自动处理主机的控制和查询命令。前一功能与设备的具体工作方式有关，与一般非USB设备的实现方法大体一致。唯一的区别是开发者需要预先定义设备所属的类别和使用的协议。开发者还应考虑的是主机的工作平台，比如Windows98／NT、Unix等等，原因是不同的系统对不同的设备的支持程度不同。例如在Windows98下，系统除了提供通用的USB设备的底层驱动以外，还单独提供了少数HID设备（如鼠标）的完整驱动，也就是说，开发者如果想实现一个USB鼠标，是不需要在Windows98下开发自己的驱动程序的，而如果想实现一个USB手写板，就必须在通用的底层驱动基础上开发自己的设备驱动程序。后一个功能的实现较为困难。USB总线上传递的信息有两种：一是由数据线的差分信号传递的三种包（令牌包、数据包和应答包）；一是经过定义的特殊的数据线信号，如复位信号、唤醒信号和包结束（EOP）信号等。对于低速设备，USB还定义了两种总线操作方式：控制传输（用于主机设置设备和获取状态）和中断传输（用于工作信息的传输）。MC68HC05JB4中的USB模块提供了3个端点，其中端点0通过控制传输与主机通讯，而端点1和端点2则使用中断传输。对应于3个端点，68HC05JB4提供了3个控制寄存器，2个中断寄存器（端点1和端点2共用1个），同时为端点0提供了8个数据发送／接收寄存器，为端点1和端点2提供了8个共用的数据发送寄存器。其他在USB模块中提供的寄存器还包括一个地址寄存器和一个状态寄存器。软件开发的主要工作是编写USB的中断服务例程，其功能是处理USB发送／接收的不同的通讯信息（如令牌、数据或应答等），再从端点0获得主机的控制信息，或是向端点0发送设备的状态信息，以及向端点1或端点2发送完整的数据报告等。根据设备类型的不同，主机发送的控制信息的种类和数量都会不同。下图是USB手写板的一个典型的程序流图7.2.3设备的测试在设备的软件调试过程中，开发者往往需要观察设备发往主机的数据，包括设备的状态和设置信息，以及正常工作时发送的数据包等等。如果开发者需要捕捉USB总线上的信息，必须使用价格昂贵的专用设备。而如果开发者使用68HC05JB4，就不用再担心总线信号是否正常，只需在主机端观察主机接收的数据即可。USB开发者组织在他们的网点上提供了一个在主机端测试HID（人机接口设备）设备的软件包USBComplianceTestSuite，通过运行其中的程序，开发者可以很方便地向设备发送各种USB和HID的协议命令，并接收设备的数据，从而对设备的工作状态作出判断。开发者同样可以编写自己的主机端驱动程序，对USB设备进行调试和检验。