基于PIC32嵌入式USB工业U盘系统设计

[导读] 随着自动化技术的不断发展,各种各样的嵌入式控制器获得了日益广泛的应用。一些传统的输入输出设备已经为新型的大容量、智能化的输入输出设备所取代。U盘以其容量大、体积小、价格便宜的众多优点成为了最新的移动存储设备。目前在个人计算机上U盘已经取代了传统的软盘成为广泛使用的移动存储介质。

1应用领域背景

随着自动化技术的不断发展,各种各样的嵌入式控制器获得了日益广泛的应用。一些传统的输入输出设备已经为新型的大容量、智能化的输入输出设备所取代。U盘以其容量大、体积小、价格便宜的众多优点成为了最新的移动存储设备。目前在个人计算机上U盘已经取代了传统的软盘成为广泛使用的移动存储介质。

工业现场一般都需要数据采集器来完成各类数据采集任务。在很多实际应用中,往往要求数据采集器具有工作可靠、成本低廉、操作简单、数据便于收集和计算机分析等特点。如果能在嵌入式数据采集系统中实现USB主机功能,那么嵌入式数据采集器就能像PC机一样方便灵活地利用U盘这类USB存储设备进行数据存储。但是U盘和其他的USB设备一样。是通过PCI总线与PC机内部的数据总线相接,实现数据的传送,这样在一些相对简单的微控制器中将无法实现对U盘的操作。本设计所实现的模块就是为了将U盘应用在PC机不适合的场所而设计的。

2 设计摘要

针对现在U盘无法脱离PC机使用的局限性,工业现场许多嵌入式系统没有提供USB接口和文件系统操作功能,本模块使用PIC32 Starter KitsⅡ通过RS232接口实现现有嵌入式系统对U盘的操作。包括数据文件的写入、读取以及文件目录的创建和删除等。

3系统框图

本系统硬件主要包括PIC32 Starter KitsⅡ为中央控制器,USB设备如U盘等为数据存储设备,嵌入式设备为一些工控设备。其系统框图如图3-1所示。

图3-1系统架构图

本系统软件工作流程如图3-2,可以执行各种规定的操作,如:打开、新建、删除文件等。USB接口系统PIC32 Starter KitsⅡ是整个系统的核心,用来控制USB总线接口和U盘进行命令和数据交换。它可以被看作是一个硬件、固件和软件的综合体。

图3-2工作流程图

4系统原理和技术特点

系统原理:

本设计采用PIC32 Starter KitsⅡ作为主机系统,并采用MAX3232芯片设计3.3V到5V电平转换电路构成整个系统的硬件体系。

1)PIC32 Starter KitsⅡ硬件平台简介

PIC32MX 单片机(MCU)是一款基于MIPS® Technologies的M4K™ 内核的复杂片上系统。M4K™ 是最新型的32位低功耗RISC处理器内核,采用了增强型MIPS32® Release 2指令集架构。

主要特性

• 最高可达到1.5 DMIPS/MHz 的性能

• 可编程预取高速缓存存储器,以增强闪存中的执行效率

• 16位指令模式(MIPS16e),用于紧凑型代码

• 带有63个优先级的向量中断控制器

• 可编程的用户和内核工作模式

• 可对外设寄存器执行原子级位操作(单周期)

• 乘法/除法单元,最高指令发出速率为每个时钟一条32 × 16 乘法指令

• 高速Microchip ICD 端口,具有基于硬件的非侵入式数据监视和应用程序数据流功能

• EJTAG调试端口,支持广泛的第三方调试、编程和测试工具

• 指令控制的功耗管理模式

• 5 级流水线指令执行

• 内部代码保护,以帮助保护知识产权

2)如图4-1电平转换电路原理图,实现3.3V到5V的电平转换,实现RS232通信。

图4-1 电平转换电路原理图

技术特点:

◆ 直接嵌入用户系统,不必了解USB协议

◆ 兼容大容量U盘

◆ 支持USB2.0接口协议

◆ 多种RS232串口波特率:115200/9600bps等

◆ 支持文件系统: FAT32

◆ 直接创建Word、 Excel、二进制等各种类型文件

◆ 能对文件及文件目录进行创建、更名、删除及移动等操作

5软件流程介绍

总结

本设计建立了基于PIC32的嵌入式USB主机系统,该系统实现了USB协议中的Mass Storage类协议和精简的FAT文件系统,能够对U盘中的文件数据进行读写,完成相应的文件操作等各种功能。 该系统能真正实现了便携式,摆脱了PC机对USB设备的控制,无需PC主机即可对USB设备进行读写操作,在嵌入式系统领域将有着很广泛的应用前景。例如:

◆嵌入式仪器、设备将采集到的数据存储到U盘,异地进行分析。

◆嵌入式产品可以通过USB接口随时更新软件系统,获得最新数据。如可以在自动贩卖机、自动售票机上及时更新货物、票据的品种价格等信息。

本文转自:中国测控网

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