本科毕业设计基于单片机的USB口控制彩灯系统的设计.doc

基于单片机的USB口控制彩灯系统的设计专业年级：信息技术学院02级电子信息学生姓名：指导教师：基于单片机的USB口控制彩灯系统的设计 摘要：USB，通用串行总线，是由Intel,Compaq,Microsoft等七家著名的计算机和通信公司于1994年推出的通用串行总线USB作为一种新型的接口技术，以其简单易用、速度快、连接灵活、支持热插拔等优点而备受青睐，因而在PC机的多种外设上得到广泛应用,并成为控制系统重要的发展方向本文论述了通过USB接口控制彩灯系统的软件和硬件设计首先简要介绍USB 接口的特点、硬件结构、数据流传送以及外设控制器的实现方式然后介绍了USB口控制彩灯的设计，该设计主要包括输入模块、USB口通信模块、彩灯控制模块和主机显示模块四部分在硬件设计部分，介绍了USB接口芯片ISP1581的性能和特点，实现了PC机与单片机之间的通信；利用AT89C52单片机的控制系统完成了彩灯的显示关键字：USB、ISP1581、驱动程序、彩灯控制、AT89C51Abstract: The USB means Universal Serial Bus ,which was proposed by Intel, Compaq, Microsoft and other companies in 1994. As one kind of new connection technology,USB which has many advantages such as high transmission speed, facility in connection and supporting of hot insert&plug, is favored by the users. So it has been widely used in PC's peripheral equipments, and it has become one of the most important directions ofcontroling system. This article elaborated the software and the hardware design of controlling colored lantern system through the USB interface.Firstly it briefly introduced the characteristic of the USB interface, the hardware architecture, the data stream transmission as well as the way of the peripheral controller realization. Then it introduced the design of the USB interface controling the colored lantern,this design mainly includes the load module, the USB interface correspondence, the colored lantern controling and the main engine demonstrates three parts. In the hardware design part,it introduced the performance and characteristic of the USB connection chip ISP1581 , have realized PC machine and between the monolithic integrated circuit correspondence;has realized PC machine and between the monolithic integrated circuit correspondence;has completed the colored lantern demonstration using the controling system of AT89C52 monolithic integrated circuit.Key words: USB, ISP1581, driver, colored lantern control, AT89C51目录1、前言 51.1研究提出及意义 51.2方案简介 51.3方案论证 61.4各模块功能 62、USB2.0规范 62.1 USB接口概述 62.1.1 USB发展历史 62.1.2 USB主要特点： 72.1.3 USB物理接口 82.2 USB体系结构 92.2.1 USB物理总线的拓扑 92.2.2 USB主机与USB设备的逻辑互连 102.2.3 USB设备 112.2.4电源管理 132.3 数据传输模型 132.3.1设备的端点 142.3.2 管道 142.3.3 USB的数据流传输 142.3.4 传输、事务和包 152.3.5 USB包类型和包格式 162.4连接方式 203、USB驱动程序 203.1WDM驱动程序模型 213.2 USB驱动程序 223.2.1 USB驱动程序概述 223.2.2 开发USB驱动程序 233.2.3Windows如何选择驱动程序 244、USB口控制彩灯系统的硬件电路设计 244.1硬件组成 244.2 USB设备开发器件ISP1581使用说明 254.2.1 ISP1581概述 254.2.2 ISP1581特性 254.2.3 ISP1581内部结构方框图 264.2.4 ISP1581封装及引脚说明 284.2.5 ISP1581结构和功能综述 334.2.6 ISP1581硬件连接结构图 344.3 AT89C52简介 354.3.1 AT89C52基本结构 354.3.3 AT89C52控制彩灯硬件设计 365、USB口控制彩灯系统的软件编写 365.1固件流程 375.1.1固件的结构 375.1.2中断服务程序 385.1.3主循环 395.2彩灯控制程序 426、系统调试 427、参考文献 428、致谢 43附录一：USU口控制彩灯系统硬件设计 44附录二：AT89C52控制彩灯程序 45附录3：英文资料 47附录四：外文参考资料………………………………………………………………………………………..1、前言1.1研究提出及意义USB的英文全称为Universal Serial Bus,中文含义是通用串行总线，它是一种快速的，双向的，同步传输的，廉价的，并可以进行热拔插的串行接口。

USB接口使用方便，它可以连接多个不同的设备，而过去的串口和并口只能接一个设备速度快是USB技术的突出特点之一全速USB接口的最高传输率可达12Mb/s,比串口快了整整100倍，而执行USB2.0标准的高速USB接口速率更是达到了480Mb/s这使得高分辨率、真彩色的大容量图象的实时传送成为可能普通的使用串口、并口的设备都需要单独的供电系统，而USB设备则不需要 正是由于USB的这些特点，使其获得了广泛的应用到目前为止，USB已经在PC机的多种外设上得到应用，包括扫描仪，数码相机，数码摄像机、音频系统、显示器、输入设备等对于控制系统来说，USB是设计外设接口时理想的总线1.2方案简介 USB控制器一般有两种类型:一种是微控制器(MCU)集成在芯片里面的，如Intel的8X930AX, CYPRESS的EZ-USB, SIEMENS的C541U以及MOTOLORA,National Semiconductors等公司的产品;另一种就是纯粹的USB接口芯片，仅处理USB通信，如PHILIPS的PDIUSBDII(工2C接口)、PDIUSBPIIA, PDIUSBDI2(并行接口)，National Semiconductor的USBNg602. USBN9603, USBN9604等。

使用这种芯片完成USB接口时，需要微控制器的配合〔30]0集成MCU的USB控制芯片优点是CPU与控制器在同一片芯片里，CPU只需要访问一系列寄存器和存储器，便可实现USB口的数据传输，最大限度地发挥USB高速的特点而且简化了程序的设计，极大地降低了USB外设的开发难度缺点是灵活性不够高，开发成本较大 纯粹的USB接口芯片的优点是系统组成灵活，可根据不同的系统需求，搭配不同的MCU，具有较高的性能价格比但因为USB控制器是通过串行口或并行口与MCU连接，在传输速度方面和开发难度方面不如集成了MCU的控制芯片MCU可以根据具体的需求，选用单片机、FPGA或数字信号处理器(DSP)选用单片机价格便宜，但处理速度不快使用FPGA或DSP处理速度很快，但由于逻辑复杂，开发风险大，周期长且成本太高 因此，对应USB控制器的两种类型，USB的接口方案也有两种:一种是采用集成MCU的USB控制芯片直接构成USB接口，另一种就是采用纯粹的USB接口芯片搭配以单片机、FPGA或者ASP构成USB接口 不同的实现方式在设计成本、系统复杂性和通用性等方面各有优劣，选择不同的方案意味着在以上各项指标中进行取舍。

1.3方案论证结合彩灯控制的要求，选用集成MCU的USB控制芯片，通用型与移植性不好，不利于系统的扩展因此，决定选用单独的USB接口芯片搭配以微处理器完成USB接口经综合比较，选用Philips半导体生产的ISP1581为USB接口芯片，选用89C52单片机作为控制芯片ISP1581是一款性价比很高的USB器件，它通常用作微控制器系统中实现与微控制器进行通信的高速通用并行接口，设计者可根据需要选择合适的微控制器，灵活性较大，适用于开发低成本且高效的USB外围设备1.4各模块功能l 输入模块：这部分位于上位机根据系统的功能要求，利用VC开发环境进行编程，在PC机中做一个操作界面，通过通信模块对单片机进行操作从而实现彩灯的控制l 通信模块：它包括上位机（PC机）对下位机（89C52单片机）的通信，下位机（89C52单片机）对上位机的通信这种通信是通过USB口实现的采用的USB控制芯片是ISP1581l 彩灯控制模块：通过单片机对彩灯系统的各项参数进行设置l 显示模块：LED点阵显示2、USB2.0规范2.1 USB接口概述2.1.1 USB发展历史过去的二十年中，个人计算机的外设一直比较简单，常常用到的是鼠标、打印机。

尽管个人计算机由Apple I发展到今天的Pentium4，在计算性能和应用领域方面提升了许多，串口与并口却多少年来一成不变地位于主机箱的背后，在功能和结构上没有什么变化1994年Intel, Compaq, Digital、IBM, Microsoft, NEC, North ern Telecom等世界上著名的七家计算机公司和通讯公司成立了USB论坛，于1995年11月。