基于MSP430的U盤設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、成成 都都 信信 息息 工工 程程 學(xué)學(xué) 院院學(xué)學(xué) 位位 論論 文文基于基于 msp430 的的 u 盤設(shè)計(jì)盤設(shè)計(jì)論文作者姓名：論文作者姓名：申請學(xué)位專業(yè)：申請學(xué)位專業(yè)：自動(dòng)化自動(dòng)化申請學(xué)位類別：申請學(xué)位類別：工學(xué)學(xué)士工學(xué)學(xué)士指指導(dǎo)導(dǎo)教教師師姓姓名名（職職稱稱）：論文提交日期：論文提交日期：基于基于 msp430msp430 的的 u u 盤設(shè)計(jì)盤設(shè)計(jì)摘摘 要要隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，人們生活水平的提高，信息化程度的提高，信息的傳輸交換需求也就越來越多。在科學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)展的今天，u 盤已經(jīng)成為了主流的數(shù)據(jù)儲存產(chǎn)品，它滿足了我們對數(shù)據(jù)儲存的需求，實(shí)現(xiàn)了便攜式移動(dòng)存儲、大大提高了辦公效率，使人們生

2、活更便捷。而且此裝置小巧，方便攜帶，適用于各種場合，其應(yīng)用前景和經(jīng)濟(jì)效益都很看好。因此，設(shè)計(jì)穩(wěn)定、低功耗的數(shù)據(jù)儲存器件就顯得非常重要了。本次研究設(shè)計(jì)的 u 盤是基于高速低功耗的 msp430 單片機(jī)，采用串行外設(shè)協(xié)議總線結(jié)構(gòu)對 sd 卡中的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀寫操作并通過 usb 接口與 pc 端進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，u 盤內(nèi)存 2g，系統(tǒng)的功耗低，供電電壓 3.3v。整個(gè)系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)了 u 盤與電腦之間的通訊。這種方法簡單、便于操作、綜合成本較低，具有較大的推廣應(yīng)用價(jià)值。其中，因 sd 卡具有體積小、功耗低的優(yōu)勢，所以在本設(shè)計(jì)中采用sd 卡作為儲存器件。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：msp430；u 盤；sd 卡；讀卡器t

3、he u disk design of a msp430-basedabstractwith the rapid development of science and technology, people living standard rise, the informatization degree rise, information exchange of transport demand is also more and more. in the rapid development of science and technology today, u disk has become th

4、e mainstream of data storage products, it satisfies our demand for data storage, implements the portable mobile storage, greatly improve the office efficiency, make life more convenient. and the device is small and portable, suitable for various occasions, the application prospect and economic benef

5、it are look good. design, therefore, stable, low power consumption of data storage devices is very important.the study in the design of the usb flash drive is based on the high-speed low-power msp430 mcu, using serial peripheral agreement bus structure on the data in the sd card read and write opera

6、tions and through the usb interface with pc for data transmission, 2 g usb memory, system of low power consumption, power supply voltage of 3.3 v. the function of the whole system has realized the communication between usb and computer. this method is simple, easy to operate, low comprehensive cost,

7、 has great popularization and application value. among them, because the sd card with the advantages of small volume, low power consumption, so in this design using sd card as storage devices.key words: msp430; u disk; sd card; card reader 目目 錄錄論文總頁數(shù)：22 頁1 引言.11.1 課題研究的背景與意義.11.1.1 課題研究背景.11.1.2 研究意

8、義.12 總體方案論證與設(shè)計(jì).12.1 設(shè)計(jì)要求.12.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體方案.22.2.1 系統(tǒng)框圖.22.2.2 單片機(jī)的選擇.22.2.3 電源選擇.23 系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)與分析.33.1 單片機(jī)最小系統(tǒng).33.1.1 msp430f5529 單片機(jī)簡介 .33.1.2 電路分析.43.2 usb 接口模塊.53.3 sd 卡接口模塊.73.4 jtag 仿真接口.84 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與分析.94.1 主程序流程圖.94.2 各單元設(shè)計(jì)思路及實(shí)現(xiàn)功能.104.2.1 usb 通信.104.2.2 sd 卡通信.135 系統(tǒng)調(diào)試.165.1 電源模塊調(diào)試.165.2 jtag 仿真接口調(diào)試.16結(jié)

9、 論.17參考文獻(xiàn).18致 謝.19聲 明.20附 錄.21第 1 頁 共 22 頁1 引言引言1.1 課題研究的背景與意義課題研究的背景與意義1.1.1 課題研究背景課題研究背景隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，人們生活水平的提高。如今，電腦已經(jīng)成為了我們生活的一部分，那么拷貝數(shù)據(jù)則成了家常便飯，u 盤正是幫助我們完成這項(xiàng)“偉大事業(yè)”的良好載體，可以說和我們的生活密不可分。u 盤，又稱優(yōu)盤，中文全稱“usb 閃存盤” ，英文名“usb flash disk” ，是一種小型的移動(dòng)存儲盤，用于存儲照片、資料、影像，只有拇指大小，它實(shí)現(xiàn)了便攜式移動(dòng)存儲，大大提高了辦公效率，使人類的生活更便捷。如今，usb

10、技術(shù)已經(jīng)越來越普及和成熟，低成本、高穩(wěn)定性、較高的數(shù)據(jù)傳輸速率和即插即用的方便性，使其備受硬件廠商的青睞。隨著數(shù)據(jù)采集和單片機(jī)用戶對移動(dòng)存儲的需求越來越大，具有 usb 接口的存儲設(shè)備以其優(yōu)異的性價(jià)比和靈活性常用來進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲和交換，所以在單片機(jī)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)對移動(dòng)存儲器件的直接讀寫是非常有價(jià)值的。近幾年，隨著 flashmemory 非易失存儲技術(shù)的發(fā)展，誕生了許多基于 flash存儲技術(shù)的非易失大容量閃爍存儲卡。其中的 sd 卡以其體積小、功耗低的優(yōu)勢，被廣泛用于各種數(shù)碼產(chǎn)品中，如數(shù)碼相機(jī)、mp3 等。同時(shí)也為低功耗、便攜式的 u 盤提供了理想的存儲介質(zhì)1.1.2 研究意義研究意義隨著科學(xué)技

11、術(shù)的快速發(fā)展，人們生活水平的提高，信息化程度的提高，信息的傳輸交換需求也就越來越多。u 盤與磁盤相比信息存儲量更大，更適合大規(guī)模數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰?。在科學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)展的今天，u 盤已經(jīng)成為了主流的數(shù)據(jù)儲存器件，滿足了我們對數(shù)據(jù)儲存的需求。從某種程度上說它的實(shí)現(xiàn)具有很大的意義，而且此裝置小巧，方便攜帶，適用于各種場合，其應(yīng)用前景和經(jīng)濟(jì)效益都很看好。因此，設(shè)計(jì)穩(wěn)定、低功耗的 u 盤就顯得非常重要了。本設(shè)計(jì)就是基于低功耗的 msp430 單片機(jī)制作 u 盤。2 總體方案論證與設(shè)計(jì)總體方案論證與設(shè)計(jì)2.1 設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)要求基于 msp430 單片機(jī)的 u 盤設(shè)計(jì)應(yīng)用了單片機(jī) msp430、sd 卡接口電路

12、、電壓轉(zhuǎn)換電路、usb 接口電路等模塊。系統(tǒng)基于高速低功耗的 msp430 單片機(jī)，利用串行外圍接口總線與 sd 卡相連，實(shí)現(xiàn)對 sd 卡的數(shù)據(jù)讀寫。整個(gè)系統(tǒng)由 usb 接口 5v 電壓經(jīng)過三端穩(wěn)壓電路 ams1117 輸出 3.3v 穩(wěn)定第 2 頁 共 22 頁的直流電壓供給單片機(jī)使用。單片機(jī)通過 usb 接口與計(jì)算機(jī)連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送并直接對 sd 卡進(jìn)行讀寫等操作。2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體方案系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體方案2.2.1 系統(tǒng)框圖系統(tǒng)框圖圖 2-1 系統(tǒng)方框圖2.2.2 單片機(jī)的選擇單片機(jī)的選擇單片機(jī)是一種集成電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器 cpu、隨機(jī)存儲

13、器 ram、只讀存儲器 rom、多種 i/o 口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)時(shí)器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動(dòng)電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、a/d 轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個(gè)小而完善的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。方案一：msp430f5529采用 msp430f559 單片機(jī)，該單片機(jī)集成度高，具有超低功耗的特性，并且內(nèi)置 usb 模塊，通過它自帶的 usb 模塊可以更方便的與 pc 端進(jìn)行通信，這給整個(gè)系統(tǒng)大大地降低了成本。方案二：msp430f449采用 msp430f449 單片機(jī)，需要連接一塊 usb 通用接口芯片，在集成度上沒有 msp430f5529 方便，故此次設(shè)計(jì)選擇 msp430f

14、5529 單片機(jī)。2.2.3 電源選擇電源選擇電源模塊是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)或數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中不可缺少的部分，也是保證系統(tǒng)穩(wěn)定、安全工作的前提。本設(shè)計(jì)用到的電源為 3.3v，屬于小功率穩(wěn)壓電源，采用三端穩(wěn)壓芯片單片機(jī)usb模塊pc電源模塊sd卡模塊第 3 頁 共 22 頁ams1117。用其設(shè)計(jì)的是線性穩(wěn)壓電路，具有結(jié)構(gòu)簡單、輸出電壓穩(wěn)定性強(qiáng)、精度高等優(yōu)點(diǎn)，因此給本系統(tǒng)供電完全滿足要求。3 系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)與分析系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)與分析3.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)單片機(jī)最小系統(tǒng)3.1.1 msp430f5529 單片機(jī)簡介單片機(jī)簡介msp430f5529 單片機(jī)是一種超低功耗、高性能 16 位微處理器，它具有以下功能

15、 ：128kb 閃存、8kb ram、usb 接口、采樣和保持及自動(dòng)掃描功能的12 位 adc、2 個(gè) usci（1，usci_a0 和 usci_a1，每個(gè)支持：增強(qiáng)uart、irda、同步 spi；2，usci_b0 和 usci_b1，每個(gè)支持：i2c、同步spi） 、32 位 hw mpy、四個(gè)個(gè) 16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、三通道內(nèi)部 dma、片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路1。該系列單片機(jī)引腳與封裝如下圖所示。圖 3-1 msp430f5529 單片機(jī)的內(nèi)部框圖3.1.2 電路分析電路分析第 4 頁 共 22 頁單片機(jī)最小系統(tǒng)由 mcu、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路和電源模塊組成時(shí)鐘電路：msp430f552

16、9 使用 4mhz 的晶體振蕩器作為振蕩源，電容容量為 30p。單片機(jī)晶振提供的時(shí)鐘頻率越高，那么單片機(jī)運(yùn)行速度就越快，單片機(jī)的一切指令的執(zhí)行都是建立在單片機(jī)晶振提供的時(shí)鐘頻率。圖 3-2 時(shí)鐘電路復(fù)位電路：復(fù)位電路由按鍵復(fù)位和上電復(fù)位兩部分組成。（1）上電復(fù)位：此單片機(jī)為低電平復(fù)位，在復(fù)位引腳 rst 上連接一個(gè)電阻 r18 到 msp_dvcc，再連接一個(gè)電容 c16 到 gnd，由此形成一個(gè) rc 充放電回路保證單片機(jī)在上電時(shí) rst 腳上有足夠時(shí)間的低電平進(jìn)行復(fù)位，隨后回歸到高電平進(jìn)入正常工作狀態(tài)，這個(gè)電阻和電容的值為 100k 和 0.1uf。（2）按鍵復(fù)位：在復(fù)位電容 c16 上并

17、聯(lián)一個(gè)開關(guān)，當(dāng)開關(guān) sw-pb 按下時(shí)電容 c16 被放電、rst 也被拉到低電平，而且由于電容的充電會保持一段時(shí)間的低電平來使單片機(jī)復(fù)位。圖 3-3 復(fù)位電路第 5 頁 共 22 頁電源模塊：電源模塊的穩(wěn)定可靠是系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行的前提和基礎(chǔ)。此最小系統(tǒng)中的 3.3v 電壓是通過 usb 接口上的 5v 電壓經(jīng)電平轉(zhuǎn)換電路得來的。電壓轉(zhuǎn)換電路中接入了電源指示 led，r20 為 led 的限流電阻，c17、c18、c19、c20、c21 為濾波電容。圖3-4 電源模塊3.2 usb 接口模塊接口模塊整個(gè)系統(tǒng)利用 usb 接口實(shí)現(xiàn) msp430f5529 單片機(jī)與 pc 機(jī)的通信，如圖3-5 所示，

18、vcc、d-、和 d+引腳分別連接到單片機(jī)的vbus、pu.1/dm、pu.0/dp。在該電路中，利用 pur 完成 d+信號的上拉，使主機(jī)能夠識別當(dāng)前設(shè)備6。圖 3-5 usb 接口模塊msp430f5529 單片機(jī)的 usb 模塊具有以下特性： 完全符合 usb2.0 規(guī)范； 集成 12mbps 全速 usb 收發(fā)器多達(dá) 8 個(gè)輸入和 8 個(gè)輸出端點(diǎn)支持控制、中斷和批量傳輸模式擁有獨(dú)立于 pmm 模塊的電源系統(tǒng)；集成了 3.3v 輸出的低功耗線性穩(wěn)壓器，該穩(wěn)壓器從 5v 的 vbus 取電，第 6 頁 共 22 頁輸出足以驅(qū)動(dòng)整個(gè) msp430 工作集成 1.8v 低功耗線性穩(wěn)壓器為 ph

19、y 和 pll 模塊供電3.3v 輸出線性穩(wěn)壓器電流限制功能內(nèi)部 48mhz 的 usb 時(shí)鐘；集成可編程鎖相環(huán)（pll）高度自由化的輸入時(shí)鐘頻率，可使用低成本晶振 當(dāng) usb 模塊禁止時(shí)；緩沖空間被映射到通用 ram 空間，為系統(tǒng)提供額外的 2kb 的 ramusb 功能引腳變?yōu)榫哂袕?qiáng)電流驅(qū)動(dòng)能力的通用 i/o 口圖 3-6 usb 模塊框圖pll 鎖相環(huán)模塊為 usb 操作提供高精度低抖動(dòng)的 48mhz 的時(shí)鐘。如果設(shè)備上存在高頻晶振 xt2，那么 pll 的參考時(shí)鐘頻率就為 xt2clk，無論低頻晶振 xt1 是否可用；如果不存在 xt2，那么 pll 的參考時(shí)鐘頻率就為 xt1clk2

20、。msp430f5529 單片機(jī)存在可用高頻晶振 xt2，因此本次設(shè)計(jì)的 pll 參考時(shí)鐘頻率為 xt2clk（4mhz） 。第 7 頁 共 22 頁圖 3-7 pll 結(jié)構(gòu)框圖msp430f5529 的 usb 模塊支持控制、批量和中斷數(shù)據(jù)傳輸。按照 usb 傳輸規(guī)范，端點(diǎn) 0 預(yù)留為控制端點(diǎn)，該端點(diǎn)為雙向傳輸。除了控制端點(diǎn)以外，usb 模塊還能夠支持多達(dá) 7 個(gè)輸入端點(diǎn)和 7 個(gè)輸出端點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸。這些額外的端點(diǎn)可以配置成批量或中斷端點(diǎn)?？刂苽鬏敚嚎刂苽鬏敱挥脕韺?shí)現(xiàn) usb 設(shè)備和主機(jī)之間配置、命令和狀態(tài)的通信?？刂苽鬏斒褂幂斎攵它c(diǎn) 0 和輸出端點(diǎn) 0?？刂苽鬏?shù)娜N類型是：控制寫入、無數(shù)

21、據(jù)控制寫入和控制讀取。注意控制端點(diǎn)必須在 usb 設(shè)備連接到usb 主機(jī)之前進(jìn)行初始化。主機(jī)采用控制寫入傳輸方式將數(shù)據(jù)寫入 usb 設(shè)備。控制寫入傳輸包含設(shè)置階段事務(wù)、數(shù)據(jù)輸出階段事務(wù)和狀態(tài)輸入階段事務(wù)。中斷傳輸/批量傳輸：usb 模塊支持?jǐn)?shù)據(jù)以中斷/批量傳輸?shù)姆绞匠鋈胫鳈C(jī)。輸入端點(diǎn) 1 到 7 和輸出端點(diǎn) 1 到 7 都能夠被配置為中斷/批量端點(diǎn)。3.3 sd 卡接口模塊卡接口模塊單片機(jī)通過串行外設(shè)協(xié)議總線與 sd 卡插槽進(jìn)行連接，見圖 3-8。do、cs、sclk 和 di 引腳分別接到單片機(jī)的 p4.2、p3.7、p4.3、p4.1。圖中 vss2 和 dat2 腳是把記憶卡固定在 pc

22、b 上的卡槽的引腳，除了引腳 vss2接地外，不使用其它管腳。圖 3-8 sd 卡實(shí)物及引腳描述第 8 頁 共 22 頁圖 3-9 sd 卡接口電路3.4 jtag 仿真接口仿真接口jtag 是一種國際標(biāo)準(zhǔn)測試協(xié)議，標(biāo)準(zhǔn)的 jtag 接口是 4 線tms、tck、tdi、tdo，分別為模式選擇、時(shí)鐘、數(shù)據(jù)輸入和數(shù)據(jù)輸出線。利用 jtag 進(jìn)行在線仿真大大提高了軟件設(shè)計(jì)的效率。圖 3-10 jtag 仿真接口電路第 9 頁 共 22 頁4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與分析系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與分析軟件由主模塊、usb 通信模塊、sd 卡讀取模塊組成。各模塊之間相互協(xié)調(diào)調(diào)用，共同完成 sd 卡里的數(shù)據(jù)與 pc 端之間的

23、通信。4.1 主程序流程圖主程序流程圖圖 4-1 主程序流程圖插入主機(jī) usb 口后，msp430f5529 就開始工作，調(diào)用函數(shù)對 usb 模塊初始化。當(dāng)使能了 d+上的上拉電阻后，主機(jī)就識別到有設(shè)備連接，隨后判斷是否開始usb初始化第一次連接？usb枚舉得到當(dāng)前usb連接狀態(tài)連接完成？實(shí)現(xiàn)sd卡通信結(jié)束nyny第 10 頁 共 22 頁是第一次插入，不是則對設(shè)備進(jìn)行枚舉，成功枚舉后對根據(jù)單片機(jī)的指令來完成電腦與 sd 卡里數(shù)據(jù)的傳輸。4.2 各單元設(shè)計(jì)思路及實(shí)現(xiàn)功能各單元設(shè)計(jì)思路及實(shí)現(xiàn)功能設(shè)計(jì)思路：本次項(xiàng)目主要分為兩大模塊：usb 通信；sd 卡通信。實(shí)現(xiàn)功能：通過 usb 總線實(shí)現(xiàn) sd

24、 卡與 pc 端的數(shù)據(jù)通信4.2.1 usb 通信通信在本次課程設(shè)計(jì)中，sd 卡與 pc 端的數(shù)據(jù)傳遞是通過 usb 總線來完成的，而這些數(shù)據(jù)都是按照 usb 協(xié)議進(jìn)行傳遞的。4.2.1.1 usb 通信協(xié)議通信協(xié)議包（packet）是 usb 系統(tǒng)中信息傳輸?shù)幕締卧?，所有?shù)據(jù)都是經(jīng)過打包后在總線上傳輸?shù)?。usb 包由五部分組成，即同步字段（sync） 、包標(biāo)識符字段（pid） 、數(shù)據(jù)字段、循環(huán)冗余校驗(yàn)字段（crc）和包結(jié)尾字段（eop） ，包的基本格式如下圖：表 4-1 包的基本格式1、sync 字段：由 8 位組成，作為每個(gè)數(shù)據(jù)封包的前導(dǎo)，用來產(chǎn)生同步作用，使 usb 設(shè)備與總線的包傳輸

25、率同步，它的數(shù)值固定為 00000001。2、pid 字段：用來表示數(shù)據(jù)封包的類型。包標(biāo)識符中的校驗(yàn)字段是通過對類型字段的每個(gè)位求反碼產(chǎn)生的，pid 字段如下圖所示6,7：表 4-2 pid 字段在 usb 架構(gòu)中，根 hub 負(fù)責(zé)檢測設(shè)備的連接和斷開，利用其中斷 in 端點(diǎn)來向主機(jī)報(bào)告。在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，主機(jī)輪詢它的根 hub 的狀態(tài)看是否有設(shè)備連接。一旦獲悉有新設(shè)備連接上來，主機(jī)就會發(fā)送一系列的請求給設(shè)備所掛載到的 hub，再由 hub 建立起一條連接主機(jī)和設(shè)備之間的通信通道。然后主機(jī)以控制傳輸?shù)姆绞?，通過端點(diǎn) 0 對設(shè)備發(fā)送各種請求，設(shè)備收到主機(jī)發(fā)來的請求后同步字段（sync） pid 字段

26、 數(shù)據(jù)字段 crc 字段 包結(jié)尾字段（eop） pid0pid1pid2pid3pid0pid1pid2pid3第 11 頁 共 22 頁回復(fù)相應(yīng)的信息，進(jìn)行枚舉操作。所有的 usb 設(shè)備必須支持標(biāo)準(zhǔn)請求，控制傳輸方式和端點(diǎn) 06,7。4.2.1.2 usbusb 枚舉過程枚舉過程圖 4-2 usb 枚舉流程圖設(shè)備連接到總線后，設(shè)備從總線獲得 5v 電源，程序首先初始化端口，待主機(jī)檢測到設(shè)備連接。主機(jī)向設(shè)備發(fā)出第一個(gè)信號：總線復(fù)位?？偩€復(fù)位產(chǎn)生yn開始hub 復(fù)位設(shè)備取得配置描述符使用新地址取得設(shè)備描述符設(shè)置配置描述符設(shè)置設(shè)備的新地址取得設(shè)備描述符hub 檢測設(shè)備？結(jié)束第 12 頁 共 22

27、頁一個(gè)中斷，并且在默認(rèn)地址 0 處使能，以便在接下來的枚舉過程中使用地址 0傳輸命令和數(shù)據(jù)。1.主機(jī)使用默認(rèn)地址 0 讀取設(shè)備描述符：具體過程是：主機(jī)向設(shè)備發(fā)送第一個(gè) setup 包，每個(gè) setup 包都是 8 個(gè)字節(jié)，第一個(gè) setup 包的內(nèi)容為：80 06 00 01 00 00 40 00 ，數(shù)據(jù)為 16 進(jìn)制表示。其中的 40 表示返回的數(shù)據(jù)最大長度為 40h 字節(jié)。此 setup 包存儲在端點(diǎn) 0 緩沖區(qū)中，并產(chǎn)生一個(gè)外部中斷。進(jìn)入中斷服務(wù)程序后，由于 usb 設(shè)備端點(diǎn) 0 的緩沖區(qū)只有 16 個(gè)字節(jié)，所以單片機(jī)就先發(fā)送 16 個(gè)字節(jié)的設(shè)備描述符。當(dāng)主機(jī)接收到這16 個(gè)字節(jié)的字符

28、后，就認(rèn)為真正有設(shè)備連接了。2.地址分配：主機(jī)向設(shè)備發(fā)送第二個(gè) setup 包，這是一個(gè)含有指定地址的數(shù)據(jù)包，其內(nèi)容一般為：00 05 02 00 00 00 00 00 ，其中的 02 就表示主機(jī)為設(shè)備分配的地址為0 x02，在以后的通信里設(shè)備就只對 0 x02 地址的信息作出應(yīng)答。usb 設(shè)備收到這個(gè) setup 包后同樣產(chǎn)生一個(gè)中斷（端點(diǎn) 0 的 out 中斷） ，需要注意的是單片機(jī)處理這個(gè)中斷時(shí)需要向主機(jī)返回一個(gè)長度為 0 的空數(shù)據(jù)包。3.主機(jī)從新的地址獲取設(shè)備描述符：主機(jī)收到設(shè)備發(fā)來的空的應(yīng)答數(shù)據(jù)包后，確認(rèn)地址分配成功。然后主機(jī)向設(shè)備發(fā)送第三個(gè) setup 包，再次要求獲取設(shè)備描述符

29、。這個(gè) setup 包的內(nèi)容一般是：80 06 00 01 00 00 12 00 。與上次不同的是，這次要求實(shí)際的描述符長度，其中的 12（十六進(jìn)制數(shù)）表示要求得到全部 18 字節(jié)的設(shè)備描述符。因?yàn)槊看沃荒馨l(fā)送 16 字節(jié)，因此程序中要分兩次完成此要求。第一次 16 字節(jié)，第二次2 字節(jié)。4.主機(jī)讀取配置描述符：成功得到 18 字節(jié)的設(shè)備描述符后，主機(jī)向設(shè)備發(fā)送第四個(gè) setup 包，要求得到設(shè)備的配置描述符。這個(gè) setup 包的數(shù)據(jù)為：80 06 00 02 00 00 09 00 。其中的 09 指定設(shè)備返回 9 字節(jié)數(shù)據(jù)，這正是配置描述符的長度。5.讀取描述符集合：成功得到 9 字節(jié)

30、的配置描述符后，主機(jī)向設(shè)備發(fā)送第五個(gè) setup 包，要求得到設(shè)備的配置描述符、接口描述符、端點(diǎn)描述符的集合。這次 setup 包的內(nèi)容是：80 06 00 02 00 00 ff 00 。由于不知道描述符集合的真實(shí)長度，因此它要求得到 256 字節(jié)。到這一步，主機(jī)現(xiàn)在應(yīng)該已經(jīng)發(fā)現(xiàn)新硬件并為新設(shè)備安裝好驅(qū)動(dòng)程序。下面的一步，也是枚舉過程的最后一步，就需要設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序來做了6.數(shù)值配置：第 13 頁 共 22 頁主機(jī)得到各種描述符之后，認(rèn)為設(shè)備的信息已經(jīng)齊全，便對設(shè)備進(jìn)行配置，使設(shè)備從地址狀態(tài)進(jìn)入配置狀態(tài)。主機(jī)向設(shè)備發(fā)送第六個(gè) setup 包，其數(shù)據(jù)為：00 09 01 00 00 00 00

31、00。程序中需要調(diào)用 set configuration 函數(shù)處理此事件，允許所有端點(diǎn)進(jìn)入工作狀態(tài)。至此，usb 枚舉過程結(jié)束，設(shè)備可以正常使用了6,7。4.2.2 sd 卡通信卡通信4.2.2.1 sd 卡串行外設(shè)協(xié)議工作模式卡串行外設(shè)協(xié)議工作模式sd 卡支持兩種總線方式：sd 方式與 spi 方式。其中 sd 方式采用 6 線制，使用 clk、cmd、dat0dat3 進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。而 spi 方式采用 4 線制，使用cs、clk、do、di 進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。sd 方式時(shí)的數(shù)據(jù)傳輸速度與 spi 方式要快，但 spi 方式所使用的信號線較少，節(jié)省電路空間，同時(shí)也和 sd 卡傳輸模式兼容，由于

32、串行外設(shè)協(xié)議模式的傳輸速度可以滿足設(shè)計(jì)的要求，msp430f5529 單片機(jī)內(nèi)部自帶 spi 控制器，不僅光給開發(fā)上帶來方便，同時(shí)也見降低了開發(fā)成本，因此，本次設(shè)計(jì)采用串行外設(shè)協(xié)議的連接方式2。串行外設(shè)協(xié)議消息由指令、回應(yīng)和數(shù)據(jù)塊組成，所有的操作均由主設(shè)備控制。主設(shè)備每次開始傳送任務(wù)時(shí)，都先將片選端置低電平，以激活 sd 卡進(jìn)入工作狀態(tài)。sd 卡的串行外設(shè)協(xié)議主要有以下特點(diǎn)：(1)被選中的卡要對來自于主設(shè)備的指令有所響應(yīng)；(2)指令的響應(yīng)是一個(gè) 8 位結(jié)構(gòu)；(3)當(dāng)卡接受錯(cuò)誤時(shí)，會返回一個(gè)出錯(cuò)的響應(yīng)，代替期望的數(shù)據(jù)；(4)支持單塊和多塊讀寫操作。塊的大小可以大到一個(gè)扇區(qū)(512 字節(jié))，小到1

33、 個(gè)字節(jié)，一次操作的具體長度可以在 csd 寄存器中設(shè)定4。4.2.2.2 sd 卡的命令結(jié)構(gòu)卡的命令結(jié)構(gòu)sd 卡由指令控制，指令發(fā)送是其最基本的一項(xiàng)操作。sd 支持特定的指令格式。且每一條指令被發(fā)送后，sd 卡都會有一個(gè)應(yīng)答，以表 sd 卡的狀態(tài)。圖 4-3 sd 卡的指令格式第 14 頁 共 22 頁4.2.2.3 sd 卡的初始化卡的初始化sd 卡上電后的默認(rèn)模式是 sd 模式，必須通過初始化命令進(jìn)入串行外設(shè)協(xié)議模式。cmd0 命令被成功接受后，sd 卡會向單片機(jī)返回 0 x01，進(jìn)入 spi 總線模式。然后發(fā)送 cmd1 命令，發(fā)送成功，sd 卡就會返回 0 x00 的八位二進(jìn)制數(shù)，通

34、知主控制器 sd 卡初始化完成。當(dāng)整個(gè)指令發(fā)送完成后，控制器一般需要等待一個(gè)不定的時(shí)間后，才可以接收 sd 卡返回的數(shù)據(jù)5。圖 4-4 sd 卡初始化4.2.2.4 sd 卡的讀寫卡的讀寫完成 sd 卡的初始化之后即可進(jìn)行它的讀寫操作。sd 卡的讀寫操作都是通過發(fā)送 sd 卡命令完成的。spi 總線模式支持單塊（cmd24）和多塊（cmd25）寫操作，多塊操作是指從指定位置開始寫下去，直到 sd 卡收到一個(gè)停止命令 cmd12 才停止。單塊寫操作的數(shù)據(jù)塊長度只能是 512 字節(jié)。單塊寫入時(shí)，命令為 cmd24，當(dāng)應(yīng)答為 0 時(shí)說明可以寫入數(shù)據(jù)，大小為 512 字節(jié)。sd 卡對每個(gè)發(fā)送給自己的數(shù)

35、據(jù)塊都通過一個(gè)應(yīng)答命令確認(rèn)，它為 1 個(gè)字節(jié)長，當(dāng)?shù)?5 位為 00101 時(shí)，表明數(shù)據(jù)塊被正確寫入 sd 卡。在需要讀取 sd 卡中數(shù)據(jù)的時(shí)候，讀 sd 卡的命令字為 cmd17，接收正確第 15 頁 共 22 頁的第一個(gè)響應(yīng)命令字節(jié)為 0 xfe，隨后是 512 個(gè)字節(jié)的用戶數(shù)據(jù)塊，最后為 2 個(gè)字節(jié)的 crc 驗(yàn)證碼。圖 4-5 寫 sd 卡流程圖開始sd卡初始化發(fā)送寫命令cmd25接收sd卡響應(yīng)發(fā)送數(shù)據(jù)起始標(biāo)志起時(shí)錯(cuò)誤發(fā)送512字節(jié)數(shù)據(jù)發(fā)送2個(gè)字節(jié)crc碼接收sd卡響應(yīng)應(yīng)答命令&0 x1f=5？結(jié)束ynny第 16 頁 共 22 頁圖 4-6 讀 sd 卡流程圖5 系統(tǒng)調(diào)試系統(tǒng)調(diào)試5.

36、1 電源模塊調(diào)試電源模塊調(diào)試整個(gè)系統(tǒng)通過 usb5v 電壓經(jīng) asm1117 穩(wěn)壓成 3.3v 電源供電給單片機(jī)msp430f5529。通過萬用表測得電壓值正確，在 asm1117 的輸入和輸出端的電壓分別是 5v，3.3v。5.2 jtag 仿真接口調(diào)試仿真接口調(diào)試系統(tǒng)通過 jtag 接口來下載程序和仿真，經(jīng)過檢驗(yàn)，仿真接口連接正確。開始sd卡初始化發(fā)送讀命令cmd17接收512字節(jié)數(shù)據(jù)接收2個(gè)字節(jié)crc碼應(yīng)答命令=0 xfe？結(jié)束yn第 17 頁 共 22 頁結(jié)結(jié) 論論通過幾個(gè)月的努力，在老師與同學(xué)們的指導(dǎo)幫助下，基于 msp430 的 u 盤設(shè)計(jì)順利的完成了。整個(gè)系統(tǒng)分為三大模塊，分別是

37、單片機(jī)模塊，usb 模塊，sd 卡模塊。本次設(shè)計(jì)的 u 盤是基于高速低功耗的 msp430 單片機(jī)，采用串行外設(shè)協(xié)議總線結(jié)構(gòu)對 sd 卡中的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀寫操作并通過 usb 接口與 pc 端進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，u 盤內(nèi)存 2g，系統(tǒng)的功耗很低，供電電壓 3.3v。整個(gè)系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)了u 盤與電腦之間的通訊。這種方法簡單、便于操作、綜合成本較低，具有較大的推廣應(yīng)用價(jià)值。其中，因 sd 卡具有體積小、功耗低的優(yōu)勢，所以在本設(shè)計(jì)中采用 sd 卡作為儲存器件。在這次設(shè)計(jì)中，我也發(fā)現(xiàn)了自己的許多不足。首先，最初畫 pcb 圖的時(shí)候，對軟件的掌握還不算很全面，走了不少彎路。其次，對系統(tǒng)沒有一個(gè)完成的概貌，考慮不是很全面，所以系統(tǒng)在后期調(diào)試的時(shí)候碰了不少困難。通過這次實(shí)踐，我了解了通過單片機(jī)設(shè)計(jì) u 盤的用途及工作原理，熟悉了單片機(jī)讀寫 sd 卡以及 usb 通信的設(shè)計(jì)步驟，鍛煉了工程設(shè)計(jì)實(shí)踐能力，培養(yǎng)了自己獨(dú)立設(shè)計(jì)能力。此次畢業(yè)設(shè)計(jì)是對我專業(yè)知識和專業(yè)基礎(chǔ)知識一次實(shí)際檢驗(yàn)和鞏固，同時(shí)也是走向工作崗位前的一次熱身。最后終于做完了有種如釋重負(fù)的感覺。此外，我還得出一個(gè)結(jié)論：知識必須通過應(yīng)用才能實(shí)現(xiàn)其價(jià)值！有些東西以為學(xué)會了，但真正到用的時(shí)候才發(fā)現(xiàn)是兩回事，所以我認(rèn)為只有到真正會用的時(shí)候才是真的學(xué)會了。第 18 頁 共 22 頁參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)1 沈建華. msp430 系列