基于TUSB3410的MSP430 USB接口方案

  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设备通讯的一种接口方案

      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，是一种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可以支持多种应用，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