基于PIC32嵌入式USB工業(yè)U盤系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1 應(yīng)用領(lǐng)域背景

隨著自動(dòng)化技術(shù)的不斷發(fā)展，各種各樣的嵌入式控制器獲得了日益廣泛的應(yīng)用。一些傳統(tǒng)的輸入輸出設(shè)備已經(jīng)為新型的大容量、智能化的輸入輸出設(shè)備所取代。U盤以其容量大、體積小、價(jià)格便宜的眾多優(yōu)點(diǎn)成為了最新的移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備。目前在個(gè)人計(jì)算機(jī)上U盤已經(jīng)取代了傳統(tǒng)的軟盤成為廣泛使用的移動(dòng)存儲(chǔ)介質(zhì)。

工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)一般都需要數(shù)據(jù)采集器來完成各類數(shù)據(jù)采集任務(wù)。在很多實(shí)際應(yīng)用中，往往要求數(shù)據(jù)采集器具有工作可靠、成本低廉、操作簡單、數(shù)據(jù)便于收集和計(jì)算機(jī)分析等特點(diǎn)。如果能在嵌入式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)USB主機(jī)功能，那么嵌入式數(shù)據(jù)采集器就能像PC機(jī)一樣方便靈活地利用U盤這類USB存儲(chǔ)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。但是U盤和其他的USB設(shè)備一樣。是通過PCI總線與PC機(jī)內(nèi)部的數(shù)據(jù)總線相接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳送，這樣在一些相對(duì)簡單的微控制器中將無法實(shí)現(xiàn)對(duì)U盤的操作。本設(shè)計(jì)所實(shí)現(xiàn)的模塊就是為了將U盤應(yīng)用在PC機(jī)不適合的場(chǎng)所而設(shè)計(jì)的。

　　2 設(shè)計(jì)摘要

針對(duì)現(xiàn)在U盤無法脫離PC機(jī)使用的局限性，工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)許多嵌入式系統(tǒng)沒有提供USB接口和文件系統(tǒng)操作功能，本模塊使用PIC32 Starter KitsⅡ通過RS232接口實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有嵌入式系統(tǒng)對(duì)U盤的操作。包括數(shù)據(jù)文件的寫入、讀取以及文件目錄的創(chuàng)建和刪除等。

3 系統(tǒng)框圖

本系統(tǒng)硬件主要包括PIC32 Starter KitsⅡ?yàn)橹醒肟刂破?，USB設(shè)備如U盤等為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備，嵌入式設(shè)備為一些工控設(shè)備。其系統(tǒng)框圖如圖3-1所示。

圖3-1系統(tǒng)架構(gòu)圖

本系統(tǒng)軟件工作流程如圖3-2，可以執(zhí)行各種規(guī)定的操作，如：打開、新建、刪除文件等。USB接口系統(tǒng)PIC32 Starter KitsⅡ是整個(gè)系統(tǒng)的核心，用來控制USB總線接口和U盤進(jìn)行命令和數(shù)據(jù)交換。它可以被看作是一個(gè)硬件、固件和軟件的綜合體。

圖3-2工作流程圖

　　4 系統(tǒng)原理和技術(shù)特點(diǎn)

系統(tǒng)原理：

本設(shè)計(jì)采用PIC32 Starter KitsⅡ作為主機(jī)系統(tǒng)，并采用MAX3232芯片設(shè)計(jì)3.3V到5V電平轉(zhuǎn)換電路構(gòu)成整個(gè)系統(tǒng)的硬件體系。

1）PIC32 Starter KitsⅡ硬件平臺(tái)簡介

PIC32MX 單片機(jī)（MCU）是一款基于MIPS® Technologies的M4KTM 內(nèi)核的復(fù)雜片上系統(tǒng)。M4KTM 是最新型的32位低功耗RISC處理器內(nèi)核，采用了增強(qiáng)型MIPS32® Release 2指令集架構(gòu)。

主要特性

● 最高可達(dá)到1.5 DMIPS/MHz 的性能

● 可編程預(yù)取高速緩存存儲(chǔ)器，以增強(qiáng)閃存中的執(zhí)行效率

● 16位指令模式（MIPS16e），用于緊湊型代碼

● 帶有63個(gè)優(yōu)先級(jí)的向量中斷控制器

● 可編程的用戶和內(nèi)核工作模式

● 可對(duì)外設(shè)寄存器執(zhí)行原子級(jí)位操作（單周期）

● 乘法/除法單元，最高指令發(fā)出速率為每個(gè)時(shí)鐘一條32 × 16 乘法指令

● 高速M(fèi)icrochip ICD 端口，具有基于硬件的非侵入式數(shù)據(jù)監(jiān)視和應(yīng)用程序數(shù)據(jù)流功能

● EJTAG調(diào)試端口，支持廣泛的第三方調(diào)試、編程和測(cè)試工具

● 指令控制的功耗管理模式

● 5 級(jí)流水線指令執(zhí)行

● 內(nèi)部代碼保護(hù)，以幫助保護(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)

2）如圖4-1電平轉(zhuǎn)換電路原理圖，實(shí)現(xiàn)3.3V到5V的電平轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)RS232通信。

圖4-1 電平轉(zhuǎn)換電路原理圖

技術(shù)特點(diǎn)：

◆ 直接嵌入用戶系統(tǒng)，不必了解USB協(xié)議

◆ 兼容大容量U盤

◆ 支持USB2.0接口協(xié)議

◆ 多種RS232串口波特率：115200/9600bps等

◆ 支持文件系統(tǒng)： FAT32

◆ 直接創(chuàng)建Word、 Excel、二進(jìn)制等各種類型文件

◆ 能對(duì)文件及文件目錄進(jìn)行創(chuàng)建、更名、刪除及移動(dòng)等操作

5 軟件流程介紹

總結(jié)

本設(shè)計(jì)建立了基于PIC32的嵌入式USB主機(jī)系統(tǒng)，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了USB協(xié)議中的Mass Storage類協(xié)議和精簡的FAT文件系統(tǒng)，能夠?qū)盤中的文件數(shù)據(jù)進(jìn)行讀寫，完成相應(yīng)的文件操作等各種功能。 該系統(tǒng)能真正實(shí)現(xiàn)了便攜式，擺脫了PC機(jī)對(duì)USB設(shè)備的控制，無需PC主機(jī)即可對(duì)USB設(shè)備進(jìn)行讀寫操作，在嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域?qū)⒂兄軓V泛的應(yīng)用前景。例如：

◆嵌入式儀器、設(shè)備將采集到的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到U盤，異地進(jìn)行分析。

◆嵌入式產(chǎn)品可以通過USB接口隨時(shí)更新軟件系統(tǒng)，獲得最新數(shù)據(jù)。如可以在自動(dòng)販賣機(jī)、自動(dòng)售票機(jī)上及時(shí)更新貨物、票據(jù)的品種價(jià)格等信息。