SPCE061A单片机在USB通讯中的应用

1 引言
    IEEE制订的RS-232标准可谓无人不知不人不晓，在通讯领域风靡一时。随着计算机技术的快速发展USB接口有着更多的优势，使得USB接口应用的越来越广泛。在最新推出的计算机中外设集成的大多是USB接口，而具有RS-232接口设备仍然很多，这使得他们的通讯变得困难。为了克服这一矛盾，本文提出一种解决方法实现USB与RS-232的通讯。在方案中主要使用凌阳教育推广中心推出的USB/UART转换口模组，它的作用是将USB接口当作普通的UART口来使用，只要按照RS-232进行串行通讯即可。

2 芯片特性简介
2.1 SPCE061A特性简介
    SPCE061A是凌阳科技研发生产的一款高性价比十六位单片机，可以非常方便灵活的实现语音的录放功能，该芯片拥有8路10位精度的ADC，其中一路为音频转换通道，并且内置有自动增益电路。这为实现语音录入提供了方便的硬件条件。两路10精度的DAC，只需要外接功放（SPY0030A）即可完成语音的播放。另外凌阳十六位单片机具有易学易用、高效率的指令系统和集成开发环境。该开发环境支持标准C语言，可以实现C语言与凌阳汇编语言的互相调用，并且，提供了语音录放的库函数，只要了解库函数的使用，就会很容易完成语音录放，这些都为软件开发提供了方便的条件：
特性：
u 16位μ’nSP微处理器；
u 工作电压：内核工作电压VDD为3.0~3.6V(CPU)，I/O口工作电压VDDH为VDD~5.5V(I/O)；
u CPU时钟：0.32MHz~49.152MHz；
u 内置2K字SRAM；
u 内置32K字闪存ROM；
u 可编程音频处理；
u 晶体振荡器；
u 系统处于备用状态下(时钟处于停止状态)，耗电小于2μA@3.6V；
u 2个16位可编程定时器/计数器(可自动预置初始计数值)；
u 2个10位DAC(数-模转换)输出通道；
u 32位通用可编程输入/输出端口；
u 14个中断源可来自定时器A / B，时基，2个外部时钟源输入，键唤醒；
u 具备触键唤醒的功能；
u 使用凌阳音频编码SACM_S240方式(2.4K位/秒)，能容纳210秒的语音数据；
u 锁相环PLL振荡器提供系统时钟信号；
u 32768Hz实时时钟；
u 7通道10位电压模-数转换器(ADC)和单通道声音模-数转换器；
u 声音模-数转换器输入通道内置麦克风放大器和自动增益控制(AGC)功能；
u 具备串行设备接口；
u 低电压复位(LVR)功和低电压监测(LVD)功能；
u 内置在线仿真(ICE，In- Circuit Emulator)接口。

2.2 USB/UART转换口模组简介
2.2.1 基本特性与参数指标
产品型号：USB/UART MODULE SN-025
USB-UART转换口模组工作电压：5V（通过USB总线供电）
USB-UART转换口模组外形尺寸：43mm×64mm
USB-UART转换口模组工作系统环境：windows98/windows me/windows 2000/windows xp
2.2.2 主要功能
    USB/UART转换口模组可以实现两台PC机之间的通讯，即一台PC机使用USB接口，另一台PC机使用RS-232接口，两台PC机通过USB/UART转换口模组进行通讯。
    USB/UART转换口模组可以实现USB接口到RS-232接口的转换，也可以实现RS-232接口到USB接口的转换。
2.2.3 结构框图

图2.1 USB/UART转换口模组结构框图与实物图

    USB/UART转换口模组的J1接口将SPCP825A芯片的电源、控制线引出，方便用户作其它开发。J2、J3将SPCP825A的其它引脚引出，包括与USB接口、RS-232接口相连的数据线。J4提供了电源与地，方便与其它外设相连。USB接口为与USB主机/USB设备相连的端口。RS-232接口与要通信的RS-232设备相连。SPCP825A为核心芯片，由USB到RS-232数据格式转换的硬件工作全部由它完成。MAX 232芯片提供电平转换功能。
2.2.4 注意事项
    USB/UART转换口模组由USB总线供电。
    在通讯时，USB/UART转换口模组与61板的地线要接在一起（共地）。

3 系统总体方案介绍
    系统的结构框图如图 3.1所示。

图 3.1 系统的结构框图

    系统主要由61板与USB/UART转换口模组构成。USB/UART转换口模组主要起将计算机的USB接口转换成UART口来使用。在软件上也将USB接口虚拟成一个串口来使用。这样整个系统转换成为使用串口完成61板与PC机之间的通讯。

4 系统硬件设计
4.1 硬件框图
    USB/UART转换口模组硬件原理图如图 4.1所示：

图 4.1 USB/UART转换口模组硬件框图

    USB/UART转换口模组的主要器件为：SPCP825A芯片及使芯片工作的晶振、复位等外围电路， MAX232芯片用于电平转换。USB/UART转换口模组上的SPCP825A芯片在出厂时已经写入程序，使用到的资源为：J2的PA6、PA7；9针的串口、USB接口。其它资源预留，为以后提供用户自己操作。
4.2 功能模块说明
    SPCP825A芯片介绍：

图 4.2 SPCP825A的单片机结构框架

    SPCP825A芯片是凌阳公司设计开发一款集成USB、SPI等通讯模块的8位单片机。可应用于游戏手柄，操纵杆，数据的上传和下载，或者只作为UART到USB、UART到PS/2、SPI到USB、SPI到PS/2的转换等场合。

USB：
u 支持USB1.1协议
u 支持全速（Full Speed）和低速（Low Speed）传输
u 6MHz晶体，锁相环PLL振荡器提供高速、低速所需时钟源
u 支持3个端口（Endpoint），可独立编程为IN或OUT端口
u PS/2：支持PS/2协议（与USB复用）
UART：
u 标准全双工串行异步通讯端口（适合于RS-232 协议），波特率可达到2457600bps@12MHz、1536000bps@6MHz
u 10-bit/11-bit模式，带有奇偶校验控制
SPI：
u 全双工（Full-Duplex）/半双工（Half-Duplex）同步通讯端口
u 支持Master/Slave模式
CRC：
u 硬件电路产生——CRC16/CRC-CCITT
   Memory：10.5KB ROM(OTP)、192B RAM
   I/O：17个可编程普通I/O(GPIO)，可独立编程为pull-up/pull-down
Timer：
u Timer0：14-bit独立Timer，可产生溢出（Overflow）中断和实时（Real Time）中断
u Timer1：可工作在自动重载的8-bit Timer模式或串联成12/16-bit Timer模式。当UART允许时专用于波特率的产生
u Timer2：可自动重载的8-bit Timer
u Capture：8个Cpature输入寄存器，支持PA0-PA5六路Capture，可设置Capture边沿，用于脉冲宽度（Pulse）和周期（Period）的测量
   EXT Interrupt：17个GPIO皆可以独立的引起外中断，中断边沿可编程
   Reset：Power On Reser(POR)

    SPCP825A芯片封装如图 4.3所示：

    
图4.3 SPCP825A芯片封装图

5 系统软件设计
    用USB/UART转换口模组与61板实现61板与PC机通过USB口通讯，PC端通过串口调试工具发送字符给61板，61板接收到特定字符0x0035后开始存储，61板接收到特定字符0x0030后向PC端发送数据，在串口调试工具中显示出来。采用c语言中断的方式实现。
程序流程图如下：

  
图 5.1 程序流程图与中断流程图

6 结语
    通过上面的方案可以看到使用USB/UART转换口模组可以方便的实现PC机的USB接口与单片机的UART口的通讯。为我们在进行这一类问题的解决时提供了思路。

7 参考文献
[1]  罗亚非.凌阳16位单片机应用基础[M]. 北京：北京航空航天大学出版社，2003
[2]  凌阳大学计划网站www.unsp.com.cn