基于I2C总线技术的USB接口设计

发布时间:2007/8/15 0:00:00 访问次数:496

1、前言

USB（Universal Serial Bus）通用串行总线是在1994年底由康柏、IBM、Microsoft等多家公司联合制订的，但是直到1999年，USB才真正被广泛应用。同时，他也得到了各PC厂商、芯片制造商和PC外设厂商的广泛支持，USB外设在国内外以惊人的速度发展，迄今为止，各种USB的外设已经有数千种。为PC外围设备设计USB接口已成为大势所趋。　　

随着单片机技术的发展，单片机的功能日益强大，外围电路日益复杂，其有限的管脚也就显得捉襟见肘。目前采用普通单片机外加USB接口芯片开发USB外设时，USB接口器件大都是采用并行接口与单片机相连接，这样再加上一些控制信号线，总共需要占用单片机十余个管脚，对于一般对传输速度要求不是很高的设备显得有些浪费，特别是对于为产品转型而进行的USB接口开发，势必会影响原来的电路连接和功能设置。因此，采用一种既能保持较高的传输速度，又能减少单片机引脚使用的USB接口开发方法很有必要。本文介绍一种采用Philips公司带I2C接口的USB接口芯片PDIUSBD11进行USB接口开发的方法，他使用高速通用I2C接口与单片机相连接。

2 背景介绍

2.1 USB背景介绍　　

USB是一些PC厂商为解决日益增加的PC外设与有限的主板插槽和端口间的矛盾制定的一种串行通信标准。他传输速度快，能提供3种传输方式：低速模式(速率为1.5 Mb/s)；中速模式(速率为12 Mb/s)；高速模式(速率为360 Mb/s以上)。数据传输可靠，USB设备在发送数据时支持数据侦错和纠错功能，增强了数据传输的可靠性。设备安装和配置容易，安装USB设备不必再打开机箱，增减设备不用关闭计算机，所有USB设备支持热插拔，系统对他进行自动配置。易于扩展，外设接口之间采用菊花链形式连接通过使用Hub扩展可连接多达127个外设。能够采用总线供电，USB总线提供最大达5 V电压，500 mA电流，可为小型设备供电。使用灵活，USB共有4种传输模式：控制传输（control）、同步传输（ synchronization ）、中断传输（interrupt）、批量传输（bulk），以适应不同设备需要。

2.2 I2C总线技术介绍　　

I2C总线技术是Philips公司研制出来的串行扩展技术。他是一种简单、双向二线制同步串行总线，他只需要2根线（串行时钟线SCL和串行数据线SDA）即可在连接于总线上的器件之间传送信息。对于并不要求很高的数据传输速度的外设，I2C总线的使用无疑简化了系统，增加了硬件构成的灵活性，是一种高效、方便的串行扩展总线。　　

使用I2C传输数据有2种基本方法。第一种是采用I2C总线标准的单片机或IC器件，其内部含有I2C接口电路，使用这种方法可直接从接口读写数据。第二种是采用软件程序模拟I2C总线的时序来完成接口功能，使用这种方法可任意从单片机中选取2个I/O口，作为串行时钟线SCL和串行数据线SDA，使用灵活。

3 PDIUSBD11芯片介绍

3.1 PDIUSBD11 芯片特点　　

PDIUSBD11 是一款性价比很高的USB 器件，他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I2C接口。这种实现USB 接口的标准组件使得设计者可以在各种不同类型微控制器中选择出最合适的微控制器。这种灵活性减小了开发的时间风险以及费用，通过使用已有的结构减少固件上的投资。从而用最快捷的方法实现最经济的USB 外设的解决方案。PD IUSBD11适用于电脑监视器、操纵杆、键盘和其他一些使用I2C或SMBUS结构的器件。PDIUSBD11符合USB 11协议规范、I2C串行接口和SMBUS协议规范。他完全符合人机接口设备和监视控制类协议规范。PDIUSBD11所具有的低挂起功耗连同LazyClock 输出可以满足使用ACPI，OnNOW 和USB 电源管理的要求。低的操作功耗可以执行总线供电功能。此外他还集成了许多特性包括SoftConnetTM，GoodLinkTM，可编程时钟输出、低频晶振、多重功能终端和终止寄存器集合。所有这些特性都为系统显著节约了成本，同时使USB 功能在外设上的应用变得容易。　　

3.2 PDIUSBD11 内部结构

PDIUSBD11芯片的内部结构如图1所示。

模拟收发器收发器接口可通过终端电阻直接与USB电缆相连，他们能以全速（12 Mb/s）传送和接收数据。　　

PLL片内集成了12~48 M时钟乘法器PLL。这样就可使用低成本的12 M晶振，EMI也随之降低。PLL的工作不需要外部元件。　　