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

1、成都信息工程學(xué)院學(xué)位論文基于 MSP430 的 U 盤設(shè)計(jì)論文作者姓名：_申請(qǐng)學(xué)位專業(yè)：自動(dòng)化_申請(qǐng)學(xué)位類別：工學(xué)學(xué)士指導(dǎo)教師姓名（職稱）：_論文提交日期：_基于MSP430的U盤設(shè)計(jì)摘要隨著科學(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(chǔ)存產(chǎn)品，它滿足了我們對(duì)數(shù)據(jù)儲(chǔ)存的需求，實(shí)現(xiàn)了便攜式移動(dòng) 存儲(chǔ)、大大提高了辦公效率，使人們生活更便捷。而且此裝置小巧，方便攜 帶，適用于各種場(chǎng)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(chǔ)存器件就顯得非常重要了。矚慫潤(rùn)厲釤瘞睞櫪廡賴。本次研究設(shè)計(jì)

2、的 U 盤是基于高速低功耗的 MSP43C 單片機(jī)，采用串行外設(shè)協(xié) 議總線結(jié)構(gòu)對(duì) 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(jiǎn)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(shì)，所以在本設(shè)計(jì)中采用 SD 卡作為儲(chǔ)存器件。聞創(chuàng)溝燴鐺險(xiǎn)愛氌譴凈。關(guān)鍵詞：MSP430 U 盤；SD 卡；讀卡器The U disk design of a MSP430-basedAbstractWith the rapid devel

3、opme nt of scie nee and tech no logy, people liv ing sta ndardrise, the in formatizati on degree rise, in formati on excha nge of tran sport dema nd isalso more and more. In the rapid developme nt of scie nee and tech no logy today, U diskhas become the main stream of data storage products, it satis

4、fies our dema nd for datastorage, impleme nts the portable mobile storage, greatly improve the office efficie ncy,make life more convenient. And the device is small and portable, suitable for variousoccasi ons, the applicati on prospect and econo mic ben efit are look good. Desig n,therefore, stable

5、, low power con sumptio n of data storage devices is very importa nt殘 騖樓諍錈瀨濟(jì)溆塹籟。The study in the desig n of the USB flash drive is based on the high-speed low-power MSP430 MCU, using serial peripheral agreeme nt bus structure on the data in theSD card read and write operati ons and through the USB i

6、n terface with PC for datatransmission, 2 g USB memory, system of low power consumption, power supplyvoltage of 3.3 V . The fun ctio n of the whole system has realized the com muni cati onbetween usb and computer. This method is simple, easy to operate, low comprehe nsivecost, has great popularizati

7、 on and applicati on value. Among them, because the SDcard with the adva ntages of small volume, low power con sumpti on, so in this desig nusing SD card as storage device釅錒極額閉鎮(zhèn)檜豬訣錐。Key words:MSP430; U disk; SD card; Card reader論文總頁數(shù)：22 頁1 引言. 1彈貿(mào)攝爾霽斃攬磚鹵廡。1.1 課題研究的背景與意義 .1謀蕎摶篋飆鐸懟類蔣薔。1.1.1 課題研究背景 . 1

8、廈礴懇蹣駢時(shí)盡繼價(jià)騷。1.1.2研究意義 .1煢楨廣鰳鯡選塊網(wǎng)羈淚。2 總體方案論證與設(shè)計(jì) .1鵝婭盡損鶴慘歷蘢鴛賴。2.1 設(shè)計(jì)要求 . 1籟叢媽羥為贍債蟶練淨(jìng)。2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體方案.2預(yù)頌圣鉉儐歲齦訝驊糴。2.2.1 系統(tǒng)框圖 . 2滲釤嗆儼勻諤鱉調(diào)硯錦。222 單片機(jī)的選擇 .2鐃誅臥瀉噦圣騁貺頂廡。2.2.3 電源選擇 . 2擁締鳳襪備訊顎輪爛薔。3 系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)與分析 .3贓熱俁閫歲匱閶鄴鎵騷。3.1 單片機(jī)最小系統(tǒng) .3壇搏鄉(xiāng)囂懺蔞鍥鈴氈淚。3.1.1 MSP430F5529 單片機(jī)簡(jiǎn)介 .3蠟變黲癟報(bào)倀鉉錨鈰贅。3.1.2電路分析 .4買鯛鴯譖曇膚遙閆擷凄。3.2 USB 接

9、口模塊 .5綾鏑鯛駕櫬鶘蹤韋轔糴。3.3 SD 卡接口模塊 . 7驅(qū)躓髏彥浹綏譎飴憂錦。3.4 JTAG 仿真接口 . 8貓蠆驢繪燈鮒誅髏貺廡。4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與分析 .9鍬籟饗逕瑣筆襖鷗婭薔。4.1 主程序流程圖 . 9構(gòu)氽頑黌碩飩薺齦話騖。4.2 各單元設(shè)計(jì)思路及實(shí)現(xiàn)功能 .10輒嶧陽檉籪癤網(wǎng)儂號(hào)澩。4.2.1 USB 通信 . 10堯側(cè)閏繭絳闕絢勵(lì)蜆贅。4.2.2 SD 卡通信 .13識(shí)饒鎂錕縊灩筧嚌儼淒。5 系統(tǒng)調(diào)試 .16凍鈹鋨勞臘錯(cuò)癇婦脛糴。5.1 電源模塊調(diào)試 . 16恥諤銪滅縈歡煬鞏鶩錦。5.2 JTAG 仿真接口調(diào)試 .17鯊腎鑰詘漣鉀溈懼統(tǒng)庫。結(jié)論. 17碩癘鄴頏謅攆檸攜驤

10、蘞。參考文獻(xiàn).18閿擻輳嬪諫遷擇植秘騖。致謝. 19氬嚕躑竄貿(mào)懇彈濾頷澩。聲明. 20釷鵒資贏車贖孫滅獅贅。附錄. 21慫闡譜鯪逕導(dǎo)嘯畫長(zhǎng)涼。第1頁共 22 頁1 引言1.1 課題研究的背景與意義1.1.11.1.1 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(chǔ)盤，用于存儲(chǔ)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(chǔ)

11、，大大提高了辦公效率，使人類的生活更便捷。如今， USB 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(duì)移動(dòng)存儲(chǔ)的需求越來 越大，具有 USB 接口的存儲(chǔ)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(chǔ)和交換，所以在單片機(jī)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)對(duì)移動(dòng)存儲(chǔ)器件的直接讀寫是非常有價(jià) 值的。諺辭調(diào)擔(dān)鈧諂動(dòng)禪瀉類。近幾年，隨著 FlashMemory 非易失存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展，誕生了許多基于 Flash 存儲(chǔ)技術(shù)的非易失大容量閃爍存儲(chǔ)卡。其中的SD 卡以其體積小、功耗低的優(yōu)勢(shì)，被廣泛用于各種數(shù)碼產(chǎn)品中，如數(shù)碼相機(jī)、MP3 等。

12、同時(shí)也為低功耗、便攜式的 U 盤提供了理想的存儲(chǔ)介質(zhì)嘰覲詿縲鐋囁偽純鉿錈。1.1.21.1.2 研究意義隨著科學(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。U 盤與磁盤相比信息存儲(chǔ)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(chǔ)存器件，滿足了我們對(duì)數(shù)據(jù)儲(chǔ)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(chǎng)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。熒紿譏鉦鏌觶鷹緇機(jī)庫。2 總體

13、方案論證與設(shè)計(jì)2.1 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、 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(duì) SD 卡的數(shù)據(jù)讀寫。鶼漬螻偉閱劍鯫腎邏蘞。第2頁共 22 頁整個(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 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(duì) SD 卡進(jìn)行讀寫等操作。紂憂蔣氳頑薟驅(qū)藥憫騖。22系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體方案2.2.12.2.1 系統(tǒng)框圖- K電源模塊7單片

14、機(jī)|/SD 卡模塊USB 模塊PC圖 2-1 系統(tǒng)方框圖2.2.22.2.2 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(chǔ)器 RAM、只讀存儲(chǔ)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)。穎芻莖峽餑億頓裊賠瀧。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 P

15、C 端進(jìn)行通信，這 給整個(gè)系統(tǒng)大大地降低了成本。濫驂膽閉驟羥闈詔寢賻。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 MSP430F5529 單片機(jī)。銚銻縵嚌鰻鴻鋟謎 諏涼。2.2.32.2.3 電源選擇第3頁共 22 頁電源模塊是單片機(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 AMS1117。用其設(shè)計(jì)的是線性穩(wěn)壓電路，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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

16、電完全滿足要求。擠貼綬電麥結(jié)鈺贖嘵類。3 系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)與分析3.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)3.1.13.1.1 MSP430F5529MSP430F5529 單片機(jī)簡(jiǎn)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：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 DM

17、A、片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電 路。該系列單片機(jī)引腳與封裝如下圖所示。賠荊紳諮侖驟遼輩襪錈。第4頁共 22 頁1-1HE n呂-mdr1snaA n畧an? ?rlrlssa: 1書n CPS l-lXTILHibL rdr 1Sm/STO.nMos-idn ov歳n至m.sd21峯霜笛.蛙ns.-SVA.Ca11P64i,Q84ilA4P6.Ca5/A5P&C86/A6PS.yCBZ/A?P7 Q/CIB8/A12P7 1/CTWA13P7.2JC81WA14 P73/CB1VA15 P5.0/ABA/R EF*/VeRE F+ P5.1/AWR EF/VBR:EF - AVCCiP5 4/X

18、IN P5&XOUTAVSSl PflOPS.1砂2OVCC1DVSS1 VCOREf_L_LL_LLrLrL_LLrLrL1 o3M開4B?5seft754AS3空M$P43QFS$39PN52WMSP43OS527PNSI11MSP430F55FNi?MSPO WSiSM評(píng)制辟13144F15it45IFJi4IB4319452D413 Py.Z/TBOCLKMCLK_l P7 6/TB0 41 P7 5/TB0.3I P7 4/TB0 2 P5 7/TB0 1=1 P5 680.0 P4?yPMNCHNEP4 6/PM_NOWE P4&PM UCA1RXD/PM UCA1

19、SOMIP4 4/PM_UCA 1 TXD/PM_UC Al SI MOJ DVCC2 _J DVSS21 P4 J3/PM_UCB 1 CLK/PM_UC Al STiE P4 5/PM_UC81 SOMMPM.UCBl SGL P4 VPM_UCT1SIMOiPM_UCB1SDA.P4O?PM_UCB1 STE/piM_yCAi cLK1 P3 TaBQOUTH/SVMOUTJ P3.6aB0.61 P3 &fTBO 5P3.4/UCAORXDruCAOSO MlLJ8-S.U33X&3TSLJ8-S.U33X&3TS g g LJILMNXI/VTOOgorvz.

20、EdLJILMNXI/VTOOgorvz.Edl_lJyssl_lJyss - -工os廚on*.d- -sss=sss= .02iuT-.0s.02iuT-.0s l_lMIOaonaLMOBOrwal_lMIOaonaLMOBOrwa1 1l_ll_lLJLJ-豊牙空LJa紅紅爲(wèi)爲(wèi) -StsStsatt匕nmoaimyginmoaimygiLJ*LJ* ssss LJMLJM輕輕匕二匕二aLJLJ科科QfyEaQfyEa OVJJ.LdOVJJ.LdMalrEMalrEHluwrxwuo kd官豐曽匕密時(shí)農(nóng)氏幌芯餐零議帚壬冠內(nèi)胃鳳鶉戲盤寓倉扁爲(wèi)舄甯誨詣駅魯宣第5頁共 22 頁圖 3-1 M

21、SP430F5529 單片機(jī)的內(nèi)部框圖3.1.23.1.2 電路分析單片機(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： MSP430F5529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。塤礙籟饈決穩(wěn)賽釙冊(cè)庫。XIN2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

22、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 O.luF。裊樣祕(mì)廬廂顫諺鍘羋藺。(2)按鍵復(fù)位：在復(fù)位電容 C16 上并聯(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(huì)保持一段時(shí)間 的低電平來使單片機(jī)復(fù)位。倉嫗盤紲囑瓏詁鍬齊驚。NfSP DVC7CsR18C100KS3R.STC16O.luf第6頁共 22 頁圖 3-3 復(fù)位電路電源模塊：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)

23、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。綻萬璉轆娛閬蟶鬮綰瀧。圖 3-4 電源模塊3.2 USB 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，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(hào)的上拉，使主機(jī)能夠識(shí)別當(dāng)前設(shè) 備。驍顧燁鶚巰瀆蕪領(lǐng)鱺賻。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 12M

24、bps 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VBUS5 JIO.luFMSP DVCCRH+ C20MSP AVCC0. LuFAM呂111733IXOUT圖 3-5 USB 接口模塊第7頁共 22 頁擁有獨(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,輸出足以驅(qū)動(dòng)整個(gè) MSP430 工作瑣釙濺曖惲錕縞馭篩涼。集成 1.8V 低功耗線性穩(wěn)壓器為 PHY 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)

25、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XT1CLK 。鎦詩涇艷損樓紲鯗餳類。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 )。櫛緶歐鋤棗鈕種鵑瑤

26、錟。UPMBUPOBI/M/3_PtL rfiferente chch 1- -中芒中芒 一一 TTDOOooo第9頁共 22 頁JTAG圖 3-10 JTAG 仿真接口電路第10頁共 22 頁4 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 端之間的通信。鰓躋峽禱紉誦幫廢掃減。4.1 主程序流程圖USB 初始化圖 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(duì) USB 模塊初 始化。當(dāng)使能了 D+上的上拉電阻后，主機(jī)就識(shí)別到有設(shè)備連接，隨后判斷是否1YUS

27、B 枚舉1得到當(dāng)前 USB 連接狀態(tài)11Y實(shí)現(xiàn) SD 卡通信理r結(jié)束第一次連接?N N_第11頁共 22 頁是第一次插入，不是則對(duì)設(shè)備進(jìn)行枚舉，成功枚舉后對(duì)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。稟虛嬪賑維嚌妝擴(kuò)踴糶。4.2 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 卡與 PC 端的數(shù)據(jù)通信4.2.14.2.1 USBUSB 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。陽簍埡鮭罷規(guī)嗚舊巋錟。4.2.1.14.2.1

28、.1USBUSB 通信協(xié)議包（Packet）是 USB 系統(tǒng)中信息傳輸?shù)幕締卧袛?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(shí)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：溈氣嘮戇萇鑿鑿櫧諤應(yīng)。表 4-1 包的基本格式同步字段（SYNC）PID 字段數(shù)據(jù)字段CRC 字段包結(jié)尾字段（EOP）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)備與總線的包傳輸率同步，它的數(shù)值固定為00000001。鋇嵐縣緱虜榮產(chǎn)濤團(tuán)藺。2、PID 字段：用來表示數(shù)據(jù)

29、封包的類型。包標(biāo)識(shí)符中的校驗(yàn)字段是通過對(duì)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:懨俠劑鈍觸樂鷴燼觶騮。PID0PID1PID2PID3PID0PID1PID2PID3表 4-2 PID 字段在 USB 架構(gòu)中，根 hub 負(fù)責(zé)檢測(cè)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。謾飽兗爭(zhēng)詣繚鮐癩別濾。一旦獲悉有新設(shè)備連接上來，主機(jī)就會(huì)發(fā)送一系列的請(qǐng)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)以控第12頁共 22 頁制傳輸?shù)姆绞?，通過端點(diǎn) 0 對(duì)設(shè)備發(fā)送各種請(qǐng)求，設(shè)備

30、收到主機(jī)發(fā)來的請(qǐng)求后 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(qǐng)求，控制傳輸方式和端點(diǎn) 06,7。咼鉉們歟謙鴣餃競(jìng)蕩賺。4.2.1.24.2.1.2 USB 枚 舉過程瑩諧齷蘄賞組靄縐嚴(yán)減。取得配置描述符設(shè)置配置描述符圖 4-2 USB 枚舉流程圖:開始第13頁共 22 頁設(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(cè)到設(shè)備連接。主機(jī)向設(shè)備發(fā)出第一個(gè)信號(hào)：總線復(fù)位。總線復(fù)位產(chǎn)生 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)。麩肅鵬鏇轎騍鐐縛縟糶。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

31、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(zhǎng)度為 40H 字節(jié)。此 Setup 包存儲(chǔ)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)的字符后，就認(rèn)為真正有設(shè)備連接了。納疇鰻吶鄖禎銣膩鰲錟。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：0

32、0 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(duì) 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(zhǎng)度為0 的空數(shù)據(jù)包。風(fēng)攆鮪貓鐵頻鈣薊糾廟。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。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

33、次要求實(shí)際的描述符長(zhǎng)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)。滅曖駭諗鋅獵輛覯餿藹。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(zhǎng)度。鐒鸝餉飾鐔閌貲諢癱 騮。5. 讀取描述符集合：成功得到 9 字節(jié)的配置描述符后，主機(jī)向設(shè)備發(fā)送第五個(gè)Setup 包，要

34、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)第14頁共 22 頁容是：80 06 00 02 00 00 FF 00。由于不知道描述符集合的真實(shí)長(zhǎng)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)程序來做了攙閿頻嶸陣澇諗譴隴瀘。6.數(shù)值配置：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(duì)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 00b 程序 中需要調(diào)用 Set Co

35、nfiguration 函數(shù)處理此事件，允許所有端點(diǎn)進(jìn)入工作狀態(tài)。趕 輾雛紈顆鋝討躍滿賺。至此，USB 枚舉過程結(jié)束，設(shè)備可以正常使用了6,7。422422 SDSD 卡通信4.2214.221 SDSD 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(hào)線較少，節(jié)省電路空間，同時(shí)也和SD 卡傳輸模式兼容，由于串行外設(shè)協(xié)議模式的傳

36、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。夾覡閭輇駁檔驀遷錟減。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)。視絀鏝鴯鱭鐘腦鈞欖糲。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(duì)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(huì)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

37、到一個(gè)扇區(qū) (512 字節(jié))，小到 1個(gè)字節(jié)，一次操作的具體長(zhǎng)度可以在 CSD 寄存器中設(shè)定。偽澀錕攢鴛擋緬鐒 鈞錠。4.2.2.24.2.2.2 SDSD 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(huì)有一個(gè)應(yīng)答，以表 SD 卡的狀態(tài)。緦徑 銚膾齲轎級(jí)鏜撟廟。第15頁共 22 頁4.2.2.34.2.2.3 SDSD 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。CMDO 命令被成功接受后，SD 卡會(huì)向單片機(jī)返回 0 x01，進(jìn)入 SPI 總線 模式。然后發(fā)送 CMD

38、1 命令，發(fā)送成功，SD 卡就會(huì)返回 0 x00 的八位二進(jìn)制 數(shù)，通知主控制器 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)5o騅憑鈳銘僥張礫陣軫藹。4.2.2.44.2.2.4 SDSD 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01CONTENTCRC1總長(zhǎng)度為銘總長(zhǎng)度為銘亍位亍位即即6個(gè)字節(jié)個(gè)字節(jié)了了位位CfiC役役命奄內(nèi)容命奄內(nèi)容*圖 4-3 SD 卡的指令格式圖 4-4 SD 卡初始化過發(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

39、，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(zhǎng)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(duì)每個(gè)發(fā)送給自己的數(shù)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(zhǎng)，當(dāng)?shù)?5 位為 00101 時(shí)，表明數(shù)據(jù)塊被正確寫入 SD 卡。癘騏鏨農(nóng)剎貯獄顥幗騮。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 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。鏃鋝過潤(rùn)啟婭澗駱讕濾。結(jié)束第16頁

40、共 22 頁圖 4-5 寫 SD 卡流程圖圖 4-6 讀 SD 卡流程圖5 系統(tǒng)調(diào)試5.1 電源模塊調(diào)試第17頁共 22 頁整個(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(cè)得電壓值正確，在 ASM1117 的輸入和輸出端的電 壓分別是 5V， 3.3V。榿貳軻謄壟該檻鯔塏賽。5.2 JTAG 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。結(jié)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，分別是單片機(jī)模塊，USB 模塊，S

41、D 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(duì) 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(jiǎn)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(shì)，所以在本設(shè)計(jì)中 采用 SD 卡作為儲(chǔ)存器件。邁蔦賺陘賓唄擷鷦訟湊。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(duì)軟件的掌握還不算很全面，走了不少彎路。其次，對(duì)系統(tǒng)沒有一個(gè)完成 的概貌，考慮

42、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。嶁硤貪塒廩袞憫倉華糲。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(duì)我專業(yè)知識(shí)和專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)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。該櫟諼碼戇沖巋鳧薩錠。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(shí)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(huì)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(huì)用的時(shí)候才是真的學(xué)會(huì)了。劇妝諢貰攖蘋塒呂侖廟。第18頁共 22 頁參考文獻(xiàn)1 沈建華 MSP430 系列 16 位低功耗單片機(jī)原理與應(yīng)用M.清華大學(xué)出版社，2004, 7.臠龍訛驄椏業(yè)