Иванов Ю.И., Югай В.Я. Интерфейсы средств автоматизации

Подождите немного. Документ загружается.

121

В последнее время появились беспроводные средства интерфейса USB с

применением радиоканалов.

Микросхемы для реализации USB-интерфейса можно условно разделить

на три группы: микроконтроллеры с встроенным USB-модулем, отдельные

микросхемы USB-контроллеров и микросхемы – преобразователи USB-

интерфейса в RS-232.

В связи с тем, что в интерфейсе USB реализован достаточно сложный

протокол обмена информацией, в устройствах сопряжения с

интерфейсом

USB необходим микропроцессорный блок, обеспечивающий поддержку всех

необходимых функций протокола. Поэтому практически все известные вари-

анты реализации интерфейса USB основаны на применение интерфейсных

микросхем, содержащих микроконтроллеры. В табл. 3.6. приведены примеры

таких микросхем разных производителей с краткими описаниями их особен-

ностей.

Таблица 3.6

Фирма Наименование Описание

Atmel

[www.atmel.com]

AT43301

Контроллер LS/FS-хаба 1-4 с общим управ-

лением питанием нисходящих портов.

AT43312A

Контроллер LS/FS-хаба 1-4 с индивидуаль-

ным управлением питанием нисходящих

портов.

AT43320A

Микроконтроллер на ядре AVR. Имеет

встроенные USB-функцию и хаб с 4 внеш-

ними нисходящими портами, работающими

в LS/FS-режимах, 512 байт ОЗУ, 32х8 реги-

стров общего назначения, 32 программи-

руемых вывода, последовательный и SPI-

интерфейсы. Функция имеет 3 КТ с буфера-

ми FIFO размером 8 байт. Для нисходящих

портов хаба предусмотрено индивидуальное

управление питанием.

122

Продолжение табл. 3.6

Фирма Наименование Описание

Atmel

[www.atmel.com]

AT43321

Контроллер клавиатуры на ядре AVR. Имеет

встроенные USB-функцию и хаб с 4 внеш-

ними нисходящими портами, работающие в

LS/FS-режимах, 512 байт ОЗУ, 16 кбайт

ПЗУ, 32х8 регистров общего назначения, 20

программируемых вывода, последователь-

ный и SPI-интерфейсы. Функция имеет 3

КТ. Для нисходящих портов хаба преду-

смотрено индивидуальное управление пита-

нием.

AT43324

Микроконтроллер на ядре AVR. Имеет

встроенные USB-функцию и хаб с 2 внеш-

ними нисходящими портами, работающие в

LS/FS-режимах, 512 байт ОЗУ, 16 кбайт

ПЗУ, 32х8 регистров общего назначения, 34

программируемых вывода. Клавиатурная

матрица может иметь размер 18х8. Кон-

троллер имеет 4 выхода для подключения

светодиодов. Функция имеет 3 КТ. Для нис-

ходящих портов хаба предусмотрено инди-

видуальное управление питанием.

AT43355

Микроконтроллер на ядре AVR. Имеет

встроенные USB-функцию и хаб с 2 внеш-

ними нисходящими портами, работающие в

LS/FS-режимах, 1 кбайт ОЗУ, 24 кбайт ПЗУ,

32х8 регистров общего назначения, 27 про-

граммируемых выводов, последовательный

и SPI-интерфейсы, 12-канальный 10-

разрядный АЦП. Функция имеет 1 управ-

лющую КТ и 3 программируемых КТ с бу-

ферами FIFO размером 64/64/8 байт.

123

Продолжение табл. 3.6

Фирма Наименование Описание

Intel

/developer.intel.com/

design/usb/

8x931Ax

Микроконтроллер с архитектурой MSC-51.

Имеет встроенную USB-функцию, рабо-

тающую в LS/FS-режимах, 256 байт ОЗУ,

0/8 кбайт ПЗУ, 8х4 регистра общего назна-

чения, 32 программируемых вывода, после-

довательный интерфейс, интерфейс управ-

ления клавиатурой. Функция имеет 3 КТ с

буферами FIFO размером 8/16/8 байт.

8x931Hx

Микроконтроллер с архитектурой MSC-51.

Имеет встроенную USB-функцию и хаб с 4

внешними нисходящими портами, рабо-

тающие в LS/FS-режимах, 256 байт ОЗУ, 0/8

кбайт ПЗУ, 8х4 регист

а общего назначения,

32программируемых вывода, последова-

тельный интерфейс, интерфейс управления

клавиатурой. Функция имеет 3 КТ с буфе-

рами FIFO размером 8/16/8 байт.

8x930Ax

Микроконтроллер с архитектурой MSC-251.

Имеет встроенную USB-функцию, рабо-

тающую в LS/FS-режимах, 1024 байта ОЗУ,

0/8/16 кбайт ПЗУ, 40 регистров общего на-

значения, 32 программируемых вывода, по-

следовательный интерфейс. Функция имеет

4(6) КТ с буферами FIFO размером

16/1024(256)/16(32)/16(32)/(32)/(16) байт.

8x930Hx

Микроконтроллер с архитектурой MSC-251.

Имеет встроенную USB-функцию и хаб с 4

внешними нисходящими портами, рабо-

тающие в LS/FS-режимах, 1024 байта ОЗУ,

0/8/16 кбайт ПЗУ, 40 регистров общего на-

значения, 32 программируемых вывода, по-

следовательный интерфейс. Функция имеет

4 КТ с буферами FIFO размером

16/1024/16/16 байт.

124

Продолжение табл. 3.6

Фирма Наименование Описание

Microchip

/www.microchip.com/

PIC16C745

Микроконтроллер с архитектурой PIC. Име-

ет встроенную USB-функцию, работающую

в LS-режиме, 256 байт ОЗУ, 14336 байт

ПЗУ, 22 программируемых вывода, после-

довательный интерфейс, 5-канальный 8-

битный АЦП.

PIC16C765

Микроконтроллер с архитектурой PIC. Име-

ет встроенную USB-функцию, работающую

в LS-режиме, 256 байт ОЗУ, 14336 байт

ПЗУ, 33 программируемых вывода, после-

довательный интерфейс, 8-канальный 8-

битный АЦП.

PIC18F2450

Микроконтроллер с архитектурой PIC. Име-

ет встроенную USB-функцию, работающую

в LS/FS-режиме, 1536 байт ОЗУ, 16384 байт

ПЗУ, 19 программируемых выводов, после-

довательный и SPI-интерфейсы, 5-

канальный 10-битный АЦП. Функция имеет

8 КТ.

PIC18F2550

Микроконтроллер с архитектурой PIC. Име-

ет встроенную USB-функцию, работающую

в LS/FS-режиме, 1536 байт ОЗУ, 32768 байт

ПЗУ, 19 программируемых выводов, после-

довательный, CAN- и SPI-интерфейсы, 5-

канальный 10-битный АЦП. Функция имеет

8 КТ.

PIC18F4450,

PIC18F4550

Микроконтроллер с архитектурой PIC. Име-

ет встроенную USB-функцию, работающую

в LS/FS-режиме, 1536 байт ОЗУ, 16384 байт

ПЗУ, 34 программируемых вывода, после-

довательный, CAN- и SPI-интерфейсы, 8-

канальный 10-битный АЦП. Функция имеет

8 КТ.

125

Окончание табл. 3.6

Фирма Наименование Описание

Texas In-

struments

/www.ti.co

TUSB2036

Контроллер LS/FS-хаба 1-3 с индивидуаль-

ным управлением питанием нисходящих

портов.

Fairchild

Semicon-

ductor

/www.fair

childse-

mi.com/

USB100

Контроллер манипуляторов (мышь, трекбол,

джойстик). Поддерживает 2D/3D-мышь,

джойстик с тремя потенциометрами, мани-

пулятор с 16 кнопками.

Фирма Atmel выпустила также 8-разрядный микроконтроллер с полно-

скоростным USB-портом – AT89C5131. AT89C5131 реализует полноскорост-

ной USB модуль совместимый с требованиями USB версий 1.1 и 2.0. Этот

модуль интегрирует USB приемопередатчики со стабилизатором напряжения

3,3 В и последовательным интерфейсом (SIE) с цифровой ФАПЧ и восста-

новлением синхронизации 48 МГц. Логика определения событий USB порта

(сброс и приостановка/возобновление) и буферы FIFO поддерживают прину

дительное управление конечными точками (EP0) и до 6 универсальных ко-

нечных точек (EP1/EP2/EP3/EP4/EP5/EP6) с минимальной нагрузкой на про-

граммную часть.

Краткая характеристика модуля USB, встроенного в микроконтроллер:

• формирование прерывания при завершении передачи;

• конечная точка 0 для управления передачей – 32 байтовый буфер FIFO;

• 6 программируемых конечных точек с направлениями ввода и вывода и

режимами передачи:

массовый, прерывающийся и изохронный режи-

мы;

• конечные точки 1, 2, и 3, содержащие 32-байтовый буфер FIFO;

• конечные точки 4, 5 с размерами буферов FIFO 2 x 64-байта с двойной

буферизацией (режим Ping-pong);

• конечная точка 6 с 2 x 512-байтовый буфер FIFO с двойной буфериза-

цией (режим Ping-pong);

• прерывания по приостановке/возобновлению;

• сброс при подаче питания и сброс USB шины:

• генерация 48 МГц

схемой ФАПЧ для полноскоростного функциониро-

вания шины;

• разъединение USB шины по запросу микроконтроллера.

126

Если в используемом микроконтроллере нет встроенного USB модуля, то

можно применять устройства фирмы National Semiconductor

USBN9603/USBN9604, представляющие собой интегрированные контролле-

ры узлов USB.

Эти устройства (рис. 3.13) содержат необходимый для реализации USB

приёмопередатчик с 3,3 В стабилизатором и обеспечивают аппаратную под-

держку механизма последовательного интерфейса (SIE), FIFO конечных то-

чек (EP) USB, универсального 8-разрядного интерфейса, генератора тактовых

импульсов и интерфейса MICROWIRE/PLUS. Эти

возможности таких интер-

фейсных устройств поддерживают семь программных каналов конечных то-

чек: один для принудительного управления конечной точкой и шесть для

поддержки прерываний массовых и равновременных конечных точек. Каж-

дый канал конечной точки имеет предназначенный для него FIFO, 8 байтов

для управления конечной точкой и 64 байта для других конечных точек. 8-

разрядный параллельный интерфейс

поддерживает мультиплексированные и

немультиплексированные типы шин адреса/данных микрокнтроллера. Вы-

ходная схема программируемых прерываний позволяет конфигурировать

устройства при различных требованиях к передаче сигналов прерываний.

Отличительные особенности USBN9603/USBN9604:

• низкий уровень электромагнитных помех;

• низкий ток в режиме ожидания;

• генератор 24 МГц;

• улучшенный механизм DMA;

• полностью статический режим HALT (остановка) с асинхронным

за-

пуском для операций переключения шины питания;

• работа при напряжении питания 3,3 В или 5 В;

• улучшенный регулятор диапазона входного сигнала 3,3В;

• все однонаправленные FIFO размером 64 байта;

• сброс при включении питания и счётчик задержки запуска;

Более подробную информацию можно найти на сайте производителя

www.national.com, а на сайтах www.gaw.ru и www.chipdoc.ru перевод

на

русский язык “ Data Sheet” на эти микросхемы.

127

Рис. 3.13. Структурная схема устройств USBN9603/USBN9604

Компаниями Sipex и Maxim выпускаются USB приемопередатчики

SP5301 и MAX3301E, MAX3453E- MAX3456E, предназначенные для обес-

печения на физическом уровне интерфейса между низковольтными специа-

лизированными интегральными микросхемами и USB устройствами.

MAX3301E - полностью интегрированный USB On-the-Go (OTG) приемо-

передатчик со встроенным преобразователем напряжения (рис. 3.14), позво-

ляющий мобильным телефонам, PDA и цифровым фотокамерам непосредст-

венно обмениваться данными между собой и

с другими периферийными USB

устройствами. Использование MAX3301E в персональном компьютере по-

зволяет непосредственно обмениваться данными с фотопринтерами или

внешними съемными дисками.

128

Рис. 3.14. Функциональная схема MAX3301E

129

Основные характеристики MAX3301E:

• USB 2.0- совместимый полно-/низко- скоростной OTG приемопередат-

чик;

• предназначен для USB On-the-Go встроенных или периферийных уст-

ройств;

• защита выводов (ID _IN, V

BUS

, D + и D) от ЭСП в диапазоне ±15 кВ;

• встроенный преобразователь напряжения для формирования сигнала

BUS

, имеющий минимальное напряжение питания менее 3 В;

• внутренние компараторы сигналов V

BUS

и ID;

• встроенные подтягивающие/притягивающие резисторы, позволяющие

работать в режиме ведомого/ведущего;

• I2C- совместимый интерфейс управления;

• встроенный линейный стабилизатор;

• работа в режиме прерывания и в автоматическом режиме;

• поддержка SRP и HNP;

• низкое потребление в дежурном режиме;

• доступность в тонком 32 контактном QFN и 5x5 контактном UCSP

корпусах.

MAX3301E содержит USB OTG приемопередатчик, преобразователь

для

формирования напряжения V

BUS

, линейный стабилизатор и I2C-совместимый

двухпроводный последовательный интерфейс. Встроенная схема сдвига

уровней позволяет микросхеме MAX3301E вести обмен данными с микро-

схемами, работающими с источниками напряжения от +1.65 до +3.6 В. OTG-

совместимый преобразователь напряжения MAX3301E может работать при

напряжении питания от +3 до +4.5 В. При этом он формирует OTG-

совместимый выходной сигнал V

BUS

, а токовая нагрузочная способность по

этому выходу равняется 8 мА. MAX3301E позволяет формировать USB OTG

интерфейс различным высокоинтегрированным микросхемам, которые по

тем или иным причинам не могут формировать напряжение V

BUS

, равное +5

В. Прибор поддерживает USB OTG протокол запроса сеанса связи (SRP) и

протокол ведущего согласования (HNP), контролируя и измеряя VBUS при

помощи внутренних компараторов. Типовая схема включения MAX3301E

показана ни рис. 3.15.

MAX3301E имеет защиту выводов V

BUS

, ID _IN, D+ и D- от ЭСП в диапа-

зоне ±15 кВ, доступен в 5x5 контактном UCSP и 32 контактном 5x5x0.8 мм

QFN корпусах и имеет рабочий температурный диапазон от –40°C до +85°C.

130

Рис. 3.15. Типовая схема включения MAX3301E