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基于TUSB3410的MSP430 USB接口方案

2012-07-20  败败0619
本文主要讲述利用TUSB3410 USB-TO-UART桥接芯片实现MSP430微控制器与USB设备通讯一种接口方案

通过该USB接口可实现高达921 600bit/s的数据传输速率,也可通过该接口下载MSP430程序代码,一种MSP430系列微控制器的高效USB接口解决方案

硬件设计

系统结构框图如图1所示,主机PC与MSP430之间可进行全双工串口通讯,主机PC经TUSB3410虚拟的一个COM口与MSP430的硬件USART模块进行通讯,本文重点叙述TUSB3410与MCU之间的软、硬件设计。






系统采用USB总线供电模式,MCU可通过I2C接口对TUSB3410进行在线编程及外部EEPROM存储器的配置。

1.TUSB3410接口芯片

TUSB3410为TI公司推出的一款用于USB-TO-UART端口的桥接器,包括通过USB总线与主机进行通信所必需的全部逻辑电路,符合USB2.0规范,支持最高12Mb/s的全速传输,支持USB中止、恢复及远程唤醒功能;同时,其内部包含一个8052的CPU核、16KB RAM、包含I2C引导加载程序的10KB ROM,4个通用I/0口,具有USB总线供电和自带电源两种供电模式。

TUSB3410引脚框图如图2所示:




2.USB配置

TUSB3410可以支持应用,本文所描述的参考设计配置如表1所示。



对于USB的兼容性来说,任意USB设备都具有唯一的VID(厂商识别码)和PID(产品识别码),VID/PID值作为一描述符传输给主机PC,并且与存储在驱动INF文件中的值相匹配,操作系统根据VlD/PID加载不同的驱动程序。

外部EEPROM用于存储配置参数,如VID/PID信息等,既可通过MCU经12C模块将EEPROM的镜像文件写入EEP-ROM,也可通过专用EEPROM编程器直接对EEPROM进行镜像文件写入TUSB3410也通过12C接口读取EEPROM数据。

3.硬件电路原理

系统原理图如图3所示,本文以MSP430F1612(U1)为例,任意一款内部含UART模块的MSP430微处理器均可与TUSB3410连接,MSP430F1612为MSP430系列中的高端MCU,丰富的资源使得开发具有更多的灵活性。




MSP430F1612选用8MHz晶振工作,MCU的6个引脚P1-P6通过PORT1-PORT6的8引脚插针引出,方便MCU与TUSB3410(U2)及外围器件的连接;SW1-SW4按键和LED1-LED4指示灯均通过I/O口控制,演示测试过程;同时,MCU与标准14针JTAG接口连接用于调试程序或调整电压值。

系统采用USB总线供电,同时LED5指示灯点亮,TUSB3410(U2)的USB数据信号经双路USB端口瞬态抵制器SN75240(U3)后连接到标准的USB B型连接口,以增强系统ESD抗干扰能力;USB总线提供的5V电压经TPS77301(U4)3.6V LDO稳压后作为MCU系统的VCC电压。

外部EEPROM(U5)通过12C通讯并存储USB配置参数,EEPROM的大小根据存储量选择,编程时通过短接JP1跳针与EEPROM的SCL信号线相连,同时TUSB3410通过USB将标准的VID/PID值传送到主机PC。

TUSB3410选用12MHz晶振,与MCU信号连接如表2所示,数据传输时,MCU的UART模块开始工作,支持TUSB3410所有波特率,同时通过12C模块与外部EEPROM采用在线编程方式直接存储数据MCU的P3.O/SETO引脚作为TUSB3410的复位脚,当MCU访问EEPROM时,复位该引脚,当没有外设连耐也可用该引脚进行复位测试。



4.低成本参考设计

系统的功耗设计可以从两方面考虑:(1)不使用外部EEP-ROM;(2)不使用外部晶振。

(1)不使用外部EEPROM

利用TUSB3410实现的USB转UART接口可以不使用外部EEPROM,VID/PID描述符使用TI的默认缺省值,TUSB3410固件从主机PC上下载即可实现通讯,但是,存在两个问题:①因为不具备唯一VlD值,系统的USB设备兼容性不好;②当主机检测到两个不同USB设备,具有相同的VID/PID和序列号时,可能会导到USB设备不能正常工作或发生设备连接冲突所以,通常设计中不推荐采用此方法,除非该系统为独立总线工作方式,即不与外界任何USB设备同进与主机通讯。

(2)MSP430微控器器不使用外部晶振

TUSB3410由CLKOUT引脚输出UART波特率或一个固定的3.556MHz的频率信号,该频率信号可以作为MCU的外时钟输入,这种稳定的频率信号可作为MCU外设的工作频率,此时MCU无须连接外部晶振。

当系统选用TUSB3410产生的频率作为MCU时钟时,只需修改TUSB3410固件,通过设置MODECNFG配置寄存器的CLKOUTEN位,CLKOUT位使能输出,同时,CLKSLCT位用于选择以UART输出还是固定频率输出。

修改后的固件存放在外部EEPROM或存放于系统的驱动程序包中,当存于系统驱动程序包中时,设备连接时修改后的固件自动从操作系统驱动程序中载入,MCU的OSCFAULT位用于检测是否系统使用外部晶振当TUSB3410输出7.3728MHz频率作为MCU的UART模块的时钟源时,此时UART传输速率可达921 000波特。

软件设计

MCU固件的主程序流程图如图4所示,MCU上电复位后调用InitSystem()初始化程序,初始化外设、看门狗、通用I/O口等,设置系统时钟为外部8MHz晶振,同时将USARTO设为12C模式与外部EEPROM实时通讯。






MCU初始化时,TUSB3410处于复位状态,MCU通过12C直接检测外部EEPROM的有效地址位和ACK应答位,当接收到有效ACK信号时,则调用EEPROM-Verify()程序校验该EEPROM中的程序是否与MSP430F1612内部Flash存储的EEPROM镜像文件一致若检测到外部EEPROM为空,则调用EEPROM_Write()程序将MSP430F1612内部Flash存储的EEPROM镜像写入EEPROM当EEPROM程序更新后,TUSB3410释放复位信号,读取外部EEPROM值,当连接到USB主机控制器时,TUSB3410会将这些数据提供给USB主机核对,同时将MCU复位引脚设为NMI模式,防止MCU意外复位。

初始化后,MCU通过Timer_B7模块检测SWl-SW4按键状态,当有键按下,捕获/比较模块捕捉到按键的上升沿信号时产生中断,同时唤醒MCLJ。

中断服务程序流程图如图5所示,首先将USARTO设为UART异步串口模式,然后以460 800波特进行通讯,一帧数据通信的字符格式为8位数据位和1个停止位,没有奇偶校验位当系统要求高速率传输时,主机PC需打开虚拟COM口,并MCU配置相匹配,此时MCU传输速率可达到921 600波特。

PC主机固件及USB驱动程序不作为本文叙述的重点。

小结

超低功耗MSP430微控制器与TUSB3410实现USB设备的接口设计,具有功耗低、可靠性高、移植性强等特点,同时也可以加以推广应用到其它便携式设备开发中。

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