基于51单片机的USB键盘设计与实现

三江学院本科生毕业设计（论文）题目基于51单片机的USB键盘设计与实现高职院院（系）电气工程及其自动化专业学生姓名梁邱一学号G105071013指导教师孙传峰职称讲师指导教师工作单位三江学院起讫日期2013年12月10日至2014年4月12日I摘要随着计算机技术的不断更新和多媒体技术的快速发展,传统的计算机外设接口因为存在许多缺点已经不能适应计算机的发展需要。比起传统的AT，PS/2，串口，通用串行总线USB,具有速度快,使用方便灵活,易于扩展,支持即插即用,成本低廉等一系列优点,得到了广泛的应用。本论文阐述了51系列单片机和USB的相关内容，详细介绍了系统的一些功能设计，包括硬件设计和软件设计。在程序调试期间用简单的串口通信电路，通过串口调试助手掌握了USB指令的传输过程，这对整个方案的设计起到了很大的指导作用。论文以单片机最小系统配合模拟键盘组成的USB键盘硬件系统，通过对D12芯片的学习与探索，在其基本命令接口的支持下，结合硬件进行相应的固件程序设计，使其在USB协议下，实现USB模块与PC的数据通信，完成USB键盘的功能模拟。总结论文研究工作有阐述USB总线的原理、对本设计的系统要求作出了分析、根据要求选定元件和具体编程方案、针对系统所要实现的功能对相关芯片作了详细介绍以及在硬件部分设计了原理图。关键词：USB；D12；PCIIAbstractWiththerapiddevelopmentofcomputertechnologyandmultimediatechnologyconstantlyupdated,traditionalcomputerperipheralinterfacebecausetherearemanyshortcomingshavebeenunabletomeetthedevelopmentneedsofthecomputer.ComparedtotraditionalAT,PS/2,serial,UniversalSerialBusUSB,withfast,flexibleandeasytouse,easytoexpand,supportPlugandPlay,aseriesofadvantages,suchaslowcost,hasbeenwidelyused.Thispaperdescribesthe51seriesandUSBrelatedcontent,detailingsomeofthefeaturesofthesystemdesign,includinghardwareandsoftwaredesign.Duringdebuggingasimpleserialcommunicationcircuit,throughtheserialportdebuggingassistantmasterUSBtransferinstructions,whichdesignedtheentireprogramhasplayedasignificantroleinguiding.Thesissmallestsingle-chipsystemconsistingofanalogkeyboardwithaUSBkeyboardhardwaresystem,bylearningandexplorationD12chips,withthesupportofitsbasiccommandinterface,inconjunctionwiththecorrespondinghardwarefirmwaredesign,makingitintheUSBprotocol,USBmoduledatacommunicationwiththePC,theUSBkeyboardtocompletethefunctionalsimulation.ThispapersummarizesresearchworkhaselaboratedtheprincipleoftheUSBbus,thesystemisdesignedtorequiretheanalysis,componentsandsolutionsbasedonthespecificrequirementsoftheselectedprogrammingforthesystemtoachievethefunctionoftherelevantchipsaredescribedindetailinthehardwarepartofthedesignaswellastheprincipleofFigure.Keywords:USB；D12；PC目录第一章绪论.................................................11.1PC接口简介......................................................11.2USB接口分析....................................................11.3USB器件的选择..................................................1第二章系统分析...............................................32.1USB总线简介.....................................................32.2USB技术指标.....................................................32.3USB系统构成.....................................................4第3章系统硬件设计...........................................63.1STC89C52单片机简介及最小系统....................................63.1.1单片机发展概况及发展方向....................................63.1.2单片机特点及结构............................................63.1.3复位电路设计................................................83.1.4单片机最小系统硬件设计......................................93.2PDIUSBD12接口芯片设计..........................................93.2.1USB接口芯片简介............................................93.2.2USB接口芯片引脚配置.......................................113.2.3USB接口芯片硬件设计.......................................143.2.4USB接口芯片端点描述.......................................143.2.5USB接口芯片命令...........................................163.3USB键盘硬件设计................................................18第4章系统软件设计..........................................194.1固件编程的实现..................................................204.1.1USB接口芯片工作流程图.....................................204.1.2PDIUSBD12命令接口----PDIUSBD12.C........................214.1.3USB中断服务程序----USBISR.C..............................214.1.4按键处理流程图.............................................214.1.5USB键盘处理程序---KEY.C..................................224.1.6USB主循环程序----MAIN.C.................................234.2实物演示........................................................25结束语........................................................27致谢........................................................28参考文献......................................................29附录A........................................................30附录B........................................................37三江学院2014届本科生毕业设计（论文）1第一章绪论1.1PC接口简介PC中的接口有两类：串行接口和并行接口。计算机内部总线，如CPU与存储器之间匀采用并行接口，这样速度快；但外设却以串行接口比较占优势。传统的打印机接口为并行接口。SCSI标准的全名是小型设备通用接口标准，其传输速率为10M，早期的扫描仪一般使用此接口，硬盘与主机的联接也使用这种接口。串行接口出现最早，使用最广的RS232接口，但其速度太慢，现在已经逐渐被淘汰。USB接口和IEEE1394接口是两种速度比较高的串行接口，还有局域网中的以太网接口，它们具有较广阔的发展前景和应用潜力。USB适用于低档外设与主机之间的高速数据传输，USB1.1可以达到1.5Mbps或12Mbps的传输率，而1394更是可达100／200／400Mbps。USB2.0将速度定位在480Mbps，而IEEE1394也推出了1394b1.3.1版草案，速度从800Mbps起步，最高可达3.2Gbps。局局域中用得最多的是以太网接口，速度可达100Mbps，当使用光纤传输时，速度可达1000Mbps。1.2USB接口分析通用串行总线(UniversalSerialBusUSB），是一种快速、灵活的总线接口。与其它通信接口比较，USB接口的最大特点是易于使用。作为一种高速总线接口，USB适用于多种设备，如数码相机、MP3播放机、高速数据采集设备等。易于使用还表现在USB接口支持热插拔，并且所有的配置过程都由系统自动完成，无需用户干预。USB接口支持1.5Mb/s(低速)、12Mb/s(全速)和高达480Mb/s的数据传输速率，扣除用于总线状态、控制和错误监测等的数据传输，USB的最大理论传输速率仍达1.2Mb/s或9.6Mb/s，远高于一般的串行总线接口。USB接口芯片价格低廉，一个支持USB1.1规范的USB接口芯片价格大多在人民币15～30元之间，这也大大促进USB设备的开发与应用。1.3USB器件的选择在进行一个USB设备开发之前，首先要根据具体使用要求选择合适的USB控制器。目前，市场上供应的USB控制器主要有两种：带USB接口的单片机（MCU）或纯粹的USB接口芯片。带USB接口的单片机从应用上又可以分成两类，一类是从底层设计专用于USB控制的单片机另一类是增加了USB接口的普通单片机，如Cypress公司的EZ