键盘接口协议在输入输出芯片中的应用
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基于STM32F103芯片的USB接口的研究与实现
基于STM32F103芯片的USB接口的研究与实现一、本文概述随着科技的飞速发展，USB接口作为一种便捷、高效的数据传输方式，在电子设备中得到了广泛应用。
STM32F103芯片作为STMicroelectronics公司推出的一款基于ARM Cortex-M3内核的32位微控制器，具有高性能、低功耗、易于编程等优点，被广泛应用于各种嵌入式系统中。
本文将围绕STM32F103芯片的USB接口展开研究，详细探讨其原理、设计与实现方法。
本文首先介绍了STM32F103芯片的基本特性和USB接口的基本原理，包括USB协议栈、数据传输方式等。
接着，对STM32F103芯片的USB 接口硬件设计进行了详细描述，包括硬件电路的选择、接口电路设计、电源管理等。
在软件设计方面，本文详细介绍了USB驱动程序的开发过程，包括驱动程序的架构、主要功能实现以及关键技术的处理等。
为了实现STM32F103芯片与USB设备之间的数据传输，本文还设计了基于USB HID类设备的通信协议。
该协议利用USB HID类设备的通用性，实现了STM32F103芯片与USB设备之间的无缝连接和数据传输。
本文还通过实验验证了USB接口设计与实现的正确性，并分析了在实际应用中的性能表现。
本文总结了STM32F103芯片USB接口的研究与实现过程，指出了其中存在的不足之处，并对未来的研究方向进行了展望。
通过本文的研究，旨在为嵌入式系统开发人员提供一种基于STM32F103芯片的USB接口设计与实现方案，推动嵌入式系统中USB接口技术的进一步发展。
二、STM32F103芯片USB接口基础知识STM32F103芯片是STMicroelectronics公司生产的一款基于ARM Cortex-M3核心的微控制器，它集成了丰富的外设接口，其中包括USB 接口。
对于STM32F103来说，其USB接口主要基于USB 0标准，提供了高速的数据传输能力。
STM32F103的USB接口主要由以下几个部分构成：USB外设控制器、USB收发器以及USB的电源管理。
单片机的外围电路
键盘电路设计要点
1 2
去抖处理
消除按键按下时的抖动，确保一次只识别一个按 键。
独立按键与矩阵按键的选择
根据按键数量和单片机I/O口资源选择合适的键 盘形式。
3
接口类型
根据单片机和键盘的接口类型选择合适的连接方 式，如直接连接或通过I2C、SPI等通信协议连接。
05
通信接口电路
通信接口电路的作用与类型
寻址方式
每个设备具有唯一的地址，通过地址码进行访问。
数据传输速率
最高可达400kHz。
06
外围电路的干扰与防护
外围电路的干扰来源与影响
01
02
03
04
电源噪声
由于电源线路上的电压波动和 电流脉冲，可能导致单片机工
作异常。
信号线耦合
信号线之间的电磁场相互作用 ，可能导致信号的畸变或噪声
。
接地回路
不同电路之间的地线连接可能 形成地线回路，导致噪声和干
扰。
空间辐射
来自其他电子设备或自然界的 电磁波可能对单片机产生干扰
。
干扰的防护措施
电源滤波
在电源入口处加入滤波 器，减少电源噪声的干
扰。
隔离与屏蔽
对容易受到干扰的信号 线进行隔离或屏蔽，降 低信号线耦合的影响。
合理的接地
采用单点接地、多点接 地或混合接地方式，减
少地线回路的干扰。
空间滤波
在单片机周围加装电磁 屏蔽材料，减少空间辐
单片机外围电路
• 单片机外围电路概述 • 电源电路 • 输入输出接口电路 • 显示与键盘电路 • 通信接口电路 • 外围电路的干扰与防护
01
单片机外围电路概述
定义与作用
定义
键盘显示驱动芯片HD7279A及其应用
表１
的性能价格比， 因此， 广泛应用在微型控制器、智 能仪
表 、控 制 面 板 和 家 用 电 器 等 领 域 。
１ 引脚说明和接口电路
ＨＤ７２７９Ａ 是标准 ２８ 引脚双列直插式芯片。 ＲＥＳＥＴ 为复位端。该端由低电平变成高电平并保 持 ２５ｍｓ 即复位结束。通常， 该端接＋５Ｖ 电源。在需要 较高可靠性的情况下， 可以连接一外部的复位电路， 或直接由单片机控制。ＲＣ 引脚为振荡器连接端， 用于 连 接 ＨＤ７２７９Ａ 的 外 接 振 荡 元 件 ， 其 典 型 值 为 Ｒ ＝ １．５ＫΩ， Ｃ＝１５Ｐｆ。 ＤＩＧ０￣ＤＩＧ７ 分别为 ８ 个 ＬＥＤ 管的位驱动输出端。 ＳＡ￣ＳＧ 分别是 ＬＥＤ 数码管的 Ａ 段￣Ｇ 段的输出端。ＤＰ 为小数点的驱动输出端。ＤＩＧ０￣ＤＩＧ７ 和 ＳＡ￣ＳＧ 同时 还分别是 ６４ 键盘的列线和行线端 口， 完成对键 盘的 监视、译码和键码的识别。ＨＤ７２７９Ａ 片内具有驱动电 路， 可以直接驱动 １ 英寸及其以下的 ＬＥＤ 数码管， 使 外围电路变的简单可靠。
１９９９．８
［３］ＨＤ７２７９Ａ Ｄａｔｅ Ｂｏｏｋ［Ｚ］
［４］胡汉才．单片机原理及其接口技术［Ｍ］．北京：清华大学出版社，
１９９６
［５］赵宝永等．基于 ＡＴ８９Ｃ５２ 的通风机监视仪的设计与应用研究
［Ｊ］．微计算机信息 ２００３，８
作者简介： 陈晓燕（ １９７９－ ） ，女，汉，四川大学电气信息学
技 术 创 新
图 １ ＨＤ７２７９Ａ 接口时序图
３ ＨＤ７２７９Ａ 的应用
３．１ 硬件电路 ＨＤ７２７９Ａ 与 ＡＴＭＥＬ 公司的 ＡＴ８９Ｃ２０５１ 的典型应 用电路如图 ２ 所示， 使用时应连接共阴式数码管， 无需 用到的键盘和数码管可以不连接， 省去数码管或对数码 管设置消隐属性均不会影响键盘的使用。连接到 ＤＰ 和 ＳＡ￣ＳＧ 的 ８ 只 ２００Ω电阻为上拉电阻， 不能省略。 ３．２ 软件编程 在图 ２ 所示的接口电路中， ＨＤ７２７９Ａ 的外接振荡
的性能价格比， 因此， 广泛应用在微型控制器、智 能仪
表 、控 制 面 板 和 家 用 电 器 等 领 域 。
１ 引脚说明和接口电路
ＨＤ７２７９Ａ 是标准 ２８ 引脚双列直插式芯片。 ＲＥＳＥＴ 为复位端。该端由低电平变成高电平并保 持 ２５ｍｓ 即复位结束。通常， 该端接＋５Ｖ 电源。在需要 较高可靠性的情况下， 可以连接一外部的复位电路， 或直接由单片机控制。ＲＣ 引脚为振荡器连接端， 用于 连 接 ＨＤ７２７９Ａ 的 外 接 振 荡 元 件 ， 其 典 型 值 为 Ｒ ＝ １．５ＫΩ， Ｃ＝１５Ｐｆ。 ＤＩＧ０￣ＤＩＧ７ 分别为 ８ 个 ＬＥＤ 管的位驱动输出端。 ＳＡ￣ＳＧ 分别是 ＬＥＤ 数码管的 Ａ 段￣Ｇ 段的输出端。ＤＰ 为小数点的驱动输出端。ＤＩＧ０￣ＤＩＧ７ 和 ＳＡ￣ＳＧ 同时 还分别是 ６４ 键盘的列线和行线端 口， 完成对键 盘的 监视、译码和键码的识别。ＨＤ７２７９Ａ 片内具有驱动电 路， 可以直接驱动 １ 英寸及其以下的 ＬＥＤ 数码管， 使 外围电路变的简单可靠。
１９９９．８
［３］ＨＤ７２７９Ａ Ｄａｔｅ Ｂｏｏｋ［Ｚ］
［４］胡汉才．单片机原理及其接口技术［Ｍ］．北京：清华大学出版社，
１９９６
［５］赵宝永等．基于 ＡＴ８９Ｃ５２ 的通风机监视仪的设计与应用研究
［Ｊ］．微计算机信息 ２００３，８
作者简介： 陈晓燕（ １９７９－ ） ，女，汉，四川大学电气信息学
技 术 创 新
图 １ ＨＤ７２７９Ａ 接口时序图
３ ＨＤ７２７９Ａ 的应用
３．１ 硬件电路 ＨＤ７２７９Ａ 与 ＡＴＭＥＬ 公司的 ＡＴ８９Ｃ２０５１ 的典型应 用电路如图 ２ 所示， 使用时应连接共阴式数码管， 无需 用到的键盘和数码管可以不连接， 省去数码管或对数码 管设置消隐属性均不会影响键盘的使用。连接到 ＤＰ 和 ＳＡ￣ＳＧ 的 ８ 只 ２００Ω电阻为上拉电阻， 不能省略。 ３．２ 软件编程 在图 ２ 所示的接口电路中， ＨＤ７２７９Ａ 的外接振荡
MC33993在键盘控制与LED显示电路中的应用
电路 一 改传 统 并行 接 口设 计 中 占用ＩＯ资源 较 多 ，和键 盘控 制 及数 据 显 示 ／
编 程 烦 琐 之 缺 点 。 由 于该 键 盘 显 示 系 统 设 计 是 基 于 可 编 程 多路 开 关 接 口芯
片ＭＣ ３ ９ 的Ｓ Ｉ 信 口与单 片微 处 理 器Ａ ８ Ｓ ２ 的 串行 通信 来 实现 的 ， ３９３ Ｐ通 Ｔ ９５ 间
／ Ｏ口资源 并 降低 了系统 功耗 ，从 ３３Ｖ５Ｖ Ｓ Ｉ 议 ； ． ／ Ｐ协 烦 ，占用 单 片 微 处理 器Ｉ ／ Ｏ口资 源 多 ， 限 的Ｉ Ｐ ◆ 有 ８ 可 编 程输 入 ，开 关 可 接 路 系 统庞 大 、耗 电多等 缺 点 。 因此 ，为 而极 大 地 提高 了Ｃ Ｕ在其 它 方 面 的 利 用率 。 电源正 端 ，也 可接 地 ； 了节省 系统有 限 的Ｉ ／ ０口资 源 以利 于实 现 系统 更 多 的其 它控 制 功 能 ，同 时使
Ｅ 往 往 以 总 线 方 式 外 接 ８ ５ 、 ８ ５ 或 化 功 能 ， 又 可 用 以 驱 动 Ｌ Ｄ显 示 器 。 １５ ２５
◆ 工 作 电压 为５５ ２ ．￣ ６Ｖ； ◆ 输 入 电压 范围 为一 ４ ４ １ ～ ０Ｖ； ◆ 与微控 制器 间 的通信 接 口采用
Ｐ ８ ７ 等 芯片来 扩 展 并 行 口 ，这些 芯 片 从 而彻 底 改变 了 传 统 的Ｃ Ｕ对键 盘 的 ２９ Ｐ 有 往 往 具 有 体 积 大 ，管 脚 多 ，控 制 麻 不 断 扫 描 方 式 ， 这 样 就 节 省 了 Ｃ Ｕ
２ ０ ；
◆ 可 选 湿 电 流 为 １ Ａ ２ Ａ。 ６ｍ 或 ０ｍ
ＭＣ ３ ９ ３ ９ ３处 于 睡 眠 状 态 （ 省 电 模 信 号 ，模 拟输 入 信号 可 经 缓 冲器 由模 即
编 程 烦 琐 之 缺 点 。 由 于该 键 盘 显 示 系 统 设 计 是 基 于 可 编 程 多路 开 关 接 口芯
片ＭＣ ３ ９ 的Ｓ Ｉ 信 口与单 片微 处 理 器Ａ ８ Ｓ ２ 的 串行 通信 来 实现 的 ， ３９３ Ｐ通 Ｔ ９５ 间
／ Ｏ口资源 并 降低 了系统 功耗 ，从 ３３Ｖ５Ｖ Ｓ Ｉ 议 ； ． ／ Ｐ协 烦 ，占用 单 片 微 处理 器Ｉ ／ Ｏ口资 源 多 ， 限 的Ｉ Ｐ ◆ 有 ８ 可 编 程输 入 ，开 关 可 接 路 系 统庞 大 、耗 电多等 缺 点 。 因此 ，为 而极 大 地 提高 了Ｃ Ｕ在其 它 方 面 的 利 用率 。 电源正 端 ，也 可接 地 ； 了节省 系统有 限 的Ｉ ／ ０口资 源 以利 于实 现 系统 更 多 的其 它控 制 功 能 ，同 时使
Ｅ 往 往 以 总 线 方 式 外 接 ８ ５ 、 ８ ５ 或 化 功 能 ， 又 可 用 以 驱 动 Ｌ Ｄ显 示 器 。 １５ ２５
◆ 工 作 电压 为５５ ２ ．￣ ６Ｖ； ◆ 输 入 电压 范围 为一 ４ ４ １ ～ ０Ｖ； ◆ 与微控 制器 间 的通信 接 口采用
Ｐ ８ ７ 等 芯片来 扩 展 并 行 口 ，这些 芯 片 从 而彻 底 改变 了 传 统 的Ｃ Ｕ对键 盘 的 ２９ Ｐ 有 往 往 具 有 体 积 大 ，管 脚 多 ，控 制 麻 不 断 扫 描 方 式 ， 这 样 就 节 省 了 Ｃ Ｕ
２ ０ ；
◆ 可 选 湿 电 流 为 １ Ａ ２ Ａ。 ６ｍ 或 ０ｍ
ＭＣ ３ ９ ３ ９ ３处 于 睡 眠 状 态 （ 省 电 模 信 号 ，模 拟输 入 信号 可 经 缓 冲器 由模 即
微型计算机原理及应用第9章输入输出和接口技术
8 7 Q6Q5Q4Q3Q2 Q1 Q0
CLK & IOW PS
gf e dcba
COM
35
3.2 数据输入三态缓冲器
外设输入的数据和状态信号，通过数据输入三态缓冲 器经数据总线传送给微处理器。 74LS244三态总线驱动器
74LS244可以用作无条 件传送的输入接口电路。
36
3.2 数据输入三态缓冲器
8
1.2 接口控制原理
（2）串行数据传送
串行数据传送是将构成字符的每个二进制数据位， 按一定的顺序逐位进行传送的方式。 串行数据传送主要用于远程终端或经过公共电话 网的计算机之间的通信。 远距离数据传送采用串行方式比较经济，但串行 数据传送比并行数据传送控制复杂。
9
1.2 接口控制原理
异步串行通信协议规定字符数据的传送格式：
微型计算机原理及应用
1
输入输出和接口技术
1 2 3
接口的基本概念 I/O指令和I/O地址译码 简单的I/O接口
2
输入输出(I/O)是指微型计算机与外界的信息交换， 即通信(communication)。微型计算机与外界的通信， 是通过输入输出设备进行的，通常一种I/O设备与微 型机连接，就需要一个连接电路，我们称之为I/O接 口。 接口是用于控制微机系统与外设或外设与系统设 备之间的数据交换和通信的硬件电路。接口设计涉及 到两个基本问题，一是中央处理器如何寻址外部设备， 实现多个设备的识别；二是中央处理器如何与外设连 接，进行数据、状态和控制信号的交换。 3
状态设臵和存储电路主要由一组数据寄存器构成， 中央处理器和外设就是根据状态寄存器的内容进行 协调动作的。 数据存储和缓冲电路也是一组寄存器，用于暂存 中央处理器和外设之间传送的数据，以完成速度匹配 工作。 7
CLK & IOW PS
gf e dcba
COM
35
3.2 数据输入三态缓冲器
外设输入的数据和状态信号，通过数据输入三态缓冲 器经数据总线传送给微处理器。 74LS244三态总线驱动器
74LS244可以用作无条 件传送的输入接口电路。
36
3.2 数据输入三态缓冲器
8
1.2 接口控制原理
（2）串行数据传送
串行数据传送是将构成字符的每个二进制数据位， 按一定的顺序逐位进行传送的方式。 串行数据传送主要用于远程终端或经过公共电话 网的计算机之间的通信。 远距离数据传送采用串行方式比较经济，但串行 数据传送比并行数据传送控制复杂。
9
1.2 接口控制原理
异步串行通信协议规定字符数据的传送格式：
微型计算机原理及应用
1
输入输出和接口技术
1 2 3
接口的基本概念 I/O指令和I/O地址译码 简单的I/O接口
2
输入输出(I/O)是指微型计算机与外界的信息交换， 即通信(communication)。微型计算机与外界的通信， 是通过输入输出设备进行的，通常一种I/O设备与微 型机连接，就需要一个连接电路，我们称之为I/O接 口。 接口是用于控制微机系统与外设或外设与系统设 备之间的数据交换和通信的硬件电路。接口设计涉及 到两个基本问题，一是中央处理器如何寻址外部设备， 实现多个设备的识别；二是中央处理器如何与外设连 接，进行数据、状态和控制信号的交换。 3
状态设臵和存储电路主要由一组数据寄存器构成， 中央处理器和外设就是根据状态寄存器的内容进行 协调动作的。 数据存储和缓冲电路也是一组寄存器，用于暂存 中央处理器和外设之间传送的数据，以完成速度匹配 工作。 7
可编程数码管键盘串行接口芯片HD7279A的原理与应用
可编程数码管/键盘串行接口芯片HD7279A的原理与应用摘要：HA7279A是一种智能键盘和LED专用控制芯片，它带有串行接口，可同时驱动８位共阴式数码管或6 4只独立LED。
文中详述了该芯片的工作原理、工作时序及控制指令，给出了HD7279A与CPU的实际接口电路及设计程序，同时指出了实际应用中的一些注意事项。
关键词：HD7279A；工作时序；接口电路１主要特性ＨＤ７２７９Ａ是比高公司生产的单片具有串行接口、可同时驱动８位共阴式数码管（或６４只独立ＬＥＤ）的智能显示驱动芯片，该芯片同时可连接多达６４键的键盘矩阵，一片即可完成ＬＥＤ显示及键盘接口的全部功能。
ＨＤ７２７９Ａ和微处理器之间采用串行接口，其接口和外围电路比较简单，且占用口线少，加之它具有较高的性能价格比，因此，在微型控制器、智能仪表、控制面板和家用电器等领域获得了日益广泛的应用。
ＨＤ７２７９Ａ的主要特点如下：●带有串行接口，无需外围元件便可直接驱动ＬＥＤ；●各位可独立控制译码／不译码、消隐和闪烁等属性；●具有（循环）左移／（循环）右移指令；●具有段寻址指令，可方便地用来控制独立的ＬＥＤ显示管；●６４键键盘控制器内含去抖动电路。
２引脚说明ＨＤ７２７９Ａ一共有２８个引脚，各引脚的主要功能如下：ＲＥＳＥＴ：复位端。
当该端由低电平变成高电平，并保持２５ｍｓ后，复位过程结束。
通常，该端接＋５Ｖ电源；ＤＩＧ０～ＤＩＧ７：８个ＬＥＤ管的位驱动输出端；ＳＡ～ＳＧ：ＬＥＤ数码管的Ａ段～Ｇ段的输出端；ＤＰ：小数点的驱动输出端；ＲＣ：外接振荡元件连接端，其中电阻的典型值为１．５ｋΩ 电容的典型值为１５ｐＦ。
ＨＤ７２７９Ａ与微处理器仅需４条接口线，其中ＣＳ为片选信号（低电平有效）。
ＤＡＴＡ为串行数据端，当向ＨＤ７２７９Ａ发送数据时，ＤＡＴＡ为输入端；当ＨＤ７２７９Ａ输出键盘代码时，ＤＡＴＡ为输出端。
ＣＬＫ为数据串行传送的同步时钟输入端，时钟的上升沿表示数据有效。
应用CPLD和MCU的地铁屏蔽门PEDC的介绍
１引 言
一
一
１一 ８
中国 新技术 崭产品
摘 要： 本设 计把 Ｃ Ｌ 技 术应 用到地铁 屏 蔽 门的 Ｐ Ｄ 中来代 替继 电器和 Ｐ Ｃ对地 铁屏 蔽 门的 开关 门进行 控 制 。在 试验 室中收 ＰＤ ＥＣ Ｌ 到 良好的 效果 ， 明 了该 设计 的有 效性和 先进性 。 证 关键 词 ：Ｅ Ｐ ＤＣ； Ｕ； Ｐ Ｄ；Ｓ 地铁屏 蔽 门 ； ＭＣ Ｃ Ｌ Ｐ Ｃ； 实时控 制 ； 可在 线编程 传送 到 目标 芯 片 中 ，实现 设 计 的数 字 系统 。 ｂ 并 且可 以控 制输 入输 出端 口 ，Ｐ Ｄ ， ． ＣＬ １ Ｐ Ｄ ，Ｐ Ｄ 我 国 目前正 处 于城 市地 铁建 设 的高 峰时 Ｃ Ｌ Ｐ Ｄ被编 程之后 就是一块具 有特定 功能的逻 Ｃ Ｌ ２ Ｃ Ｌ ３的电源 ； ｃ对 输 出端 口的信号可 以强制置位 ， 期， 也是地铁屏蔽门需求量最大的一段时 间； 长 辑电路 ，可以实现上 千个门电路搭 接的电路的 和切换 期 以来地铁屏蔽门行业的市场一直由 国外的一 功能 ， 而且稳定 可靠 ， 是硬件 逻辑 ， 必担 心程 输 出信号 的信号源（ 自Ｃ Ｌ １ 不 来 Ｐ Ｄ 还是 Ｃ Ｌ ２； ＰＤ） ｄ Ｊ Ｌ Ｄ输出工作状态信息。 控制 Ｅ 些 品牌所 占据 ，一些重要的技术也都掌握在他 序跑飞的问题。从 而来 代替安全继电器和 Ｐ Ｃ Ｌ 为了确保 系统 的稳定形 ， 本设 由于屏 蔽门采 用的信 号都 是干结 点，遵守 们的手里 ，但是随着国内的一些公 司对这一 行 的这种控制方法 。 所 业的介入 ， 们对地铁屏蔽门的行业逐步开始 计采 用了双电路冗 余的设计方 法 ， ３ Ｃ Ｌ 谁取信号谁供 电的原则 ， 以端 口采用光 电隔 人 由 块 ＰＤ 了解 ，也孕育 出不少 国内地 铁屏蔽 门的品牌产 和 １ ＭＣ
一
一
１一 ８
中国 新技术 崭产品
摘 要： 本设 计把 Ｃ Ｌ 技 术应 用到地铁 屏 蔽 门的 Ｐ Ｄ 中来代 替继 电器和 Ｐ Ｃ对地 铁屏 蔽 门的 开关 门进行 控 制 。在 试验 室中收 ＰＤ ＥＣ Ｌ 到 良好的 效果 ， 明 了该 设计 的有 效性和 先进性 。 证 关键 词 ：Ｅ Ｐ ＤＣ； Ｕ； Ｐ Ｄ；Ｓ 地铁屏 蔽 门 ； ＭＣ Ｃ Ｌ Ｐ Ｃ； 实时控 制 ； 可在 线编程 传送 到 目标 芯 片 中 ，实现 设 计 的数 字 系统 。 ｂ 并 且可 以控 制输 入输 出端 口 ，Ｐ Ｄ ， ． ＣＬ １ Ｐ Ｄ ，Ｐ Ｄ 我 国 目前正 处 于城 市地 铁建 设 的高 峰时 Ｃ Ｌ Ｐ Ｄ被编 程之后 就是一块具 有特定 功能的逻 Ｃ Ｌ ２ Ｃ Ｌ ３的电源 ； ｃ对 输 出端 口的信号可 以强制置位 ， 期， 也是地铁屏蔽门需求量最大的一段时 间； 长 辑电路 ，可以实现上 千个门电路搭 接的电路的 和切换 期 以来地铁屏蔽门行业的市场一直由 国外的一 功能 ， 而且稳定 可靠 ， 是硬件 逻辑 ， 必担 心程 输 出信号 的信号源（ 自Ｃ Ｌ １ 不 来 Ｐ Ｄ 还是 Ｃ Ｌ ２； ＰＤ） ｄ Ｊ Ｌ Ｄ输出工作状态信息。 控制 Ｅ 些 品牌所 占据 ，一些重要的技术也都掌握在他 序跑飞的问题。从 而来 代替安全继电器和 Ｐ Ｃ Ｌ 为了确保 系统 的稳定形 ， 本设 由于屏 蔽门采 用的信 号都 是干结 点，遵守 们的手里 ，但是随着国内的一些公 司对这一 行 的这种控制方法 。 所 业的介入 ， 们对地铁屏蔽门的行业逐步开始 计采 用了双电路冗 余的设计方 法 ， ３ Ｃ Ｌ 谁取信号谁供 电的原则 ， 以端 口采用光 电隔 人 由 块 ＰＤ 了解 ，也孕育 出不少 国内地 铁屏蔽 门的品牌产 和 １ ＭＣ
基于STM32F103RBT6芯片的USB键盘设计与实现_张淼
上述这些设计都各有优势，它们在产品上都各自 发挥着自身的作用。 为了进一步优化系统、提高速度 和降低成本，本文设计了一种基于 STM32F103RBT6 芯片的 USB 键盘。
１ ＵＳＢ 协议简介 通用串行总线（USB，universal serial bus）是以 In－ tel 公司为主制定的串行接口标准，具有高速传输速 率、即插即用和易于扩展等优点而被广泛应用。因其 相对低廉的成本和较好的性能适合应用于嵌入式系 统的设计中。USB2.0 被设计成为向下兼容的模式，比 如当有 USB1.0 设备连接到 USB2.0 主机时候，主机通 过分离传输的方式兼容它们。一个 USB 系统中，可以 同时存在 12Mb 全速模式和 1.5Mb 低速模式两种数据 传输模式，而引入后者是为了兼容成本更低的 USB 设 备，如键盘、鼠标和游戏杆等。 USB 体系定义了控制传输、中断传输、同步传输、 批量传输四种传输类型。而 USB 通信所有的传输都由 主机发起，因为它传输数据是采用轮询的广播机制， 该机制是采用“令牌包”-“数据包”-“握手包”的模式， 端点和来源的设备地址或者数据包的去向都在令牌 包中被指定，从而保证了响应数据包/令牌包的只有一 个设备。数据包：包括包结尾字段（EOP）、数据及同步 字段（SYNC）三部分，是 USB 总线上数据传输的最小 单位；端点：支持单双向的数据传输，是 USB 设备中 的可以进行数据收发的最小单元；管道：是主机和设 备端点之间数据传输的模型。USB 数据传输宏观看来 是 USB 功能设备和主机之间进行，微观来看是在 USB 功能设备的端点和应用软件的 Buffer 之间进行。
2.2 USB 接口设计 USB 通过一个四线电缆来通电与传输信号，其中 VBUS 提供 5V 电源为设备供电，D+与 D-则是一对差 分信号线。在 USB 主机上，D+和 D-都是接了 15K 的 下拉电阻到 GND，所以在没有设备接入的时候，D+、 D-均是低电平。在 USB 从机中，如果是全速设备则会 在 D+上拉一个 1.5k 电阻到 VCC，如果是低速设备则 在 D-上拉一个 1.5k 电阻到 VCC，这样主机便可以判 断是否有接入设备。 在 USB 接口电路 设计中，多设 计了一个引 脚 (PA8) 控制一个三极管的导通与断开，从而控制接在 D+信号线上的上拉电阻，更灵活地决定被 USB 主机 识别的时机。同时在此三极管后连接一个 LED，用于 指示工作状态。另外，使用的 USB 接头是 5pin mini usb，可支持连接外置设备的功能（OTG 功能）。USB 接 口的电路图如图 2 所示。
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性 能． 实 现 与 ＩＡ接 口 的对 应 ， ４ 为 Ｓ 有 Ｏ只 ＰＮ脚 Ｉ
２ 有 ２个 异 步访 问数据 寄存 器 和 一个 状 态 寄 ）
存 器 以及 ８ 定 时器／ 数器 ． 位 计 ３ 具备 Ｉｔｌ ０２单片 机 的软件 兼容 性 ， 持 ） ｎｅ ８４ 支
Ｐ ／２鼠标 ． Ｓ
蔡 琼， 辉， 杨 伍儒彬
（ 武汉工程大学计算机科 学与工程学院， 湖北 武汉 ， ３０４ ４ ０７ ）
摘 要： 针对 Ｐ ／ 设 备在 １０ｍ延长线下无 法正常使用 的问题 ， Ｓ２ ０ 基于 Ｗ８６ ７和 Ｐ ／ ３２ Ｓ ２协议的特点 ， 通过对原
始模 型和电路 图的分析 ， 采用最优化方 法中 的一 维搜索思 路进行 实验 ， 得到可行 电阻取值 范 围， 最终 使问题 得以解决． 解决问题过程 中所获得的模型 （ 取值范 围） 可作 为未来设 计的参考和依 据．
武汉工程大学学报
第３ ４卷
２ Ｐ／ Ｓ ２协 议
１８ ９ ７年 ， Ｍ公 司提 出 Ｐ ／ Ｉ Ｂ Ｓ ２协议 ， 协 议 可 该 支持 ８ ４～１ １类 型 的键 盘 ． 物理 接 口上 采 用 的 ０ 在 是 ６ｉ ｐｎ针脚 的 ｍｉｉ Ｉ 连 接器 ， 之前 的 ５ ｉ ｎ —Ｄ Ｎ 与 ｐｎ 针 脚 的连接 器不相 同 ． 可用 的 ｐｎ脚 定义 依然 不 其 ｉ 变 ， ： 据 线 （Ｄ Ｔ ， 地 （ Ｎ ，电 源 即 数 Ａ Ａ） 接 Ｇ Ｄ） （＋５Ｖ） 时钟信 号 （ Ｌ ． ， Ｃ Ｋ）
备 １０ｍ延 长线 不 能 正 常使 用 的 问 题 进 行研 究 ， ０ 着重 于解 决实 际 问题 并进 行必 要 的分析 ．
鼠标 ） 制器 有如 下特点 ： 控 １ 适 合 在 Ｉｔ ０２单 片机 的基 础 上 与 相关 ） ｎｅ ８４ ｌ 的控制 架构 （ 如凤 凰公 司 的 Ｍ ｈＫ ｙ４ Ｔ 结 构 ） ｕ ｉｅ／ ２ Ｍ 结 合实 现 的键 盘 或者提 供存储 空 间 （ ２ｋ字节 可 编
系统 中提 出的外部 设备 的接 口协议 ） 的 Ｐ ／ 下 Ｓ ２设
图 １ Ｗ８ ６ ７结 构 框 图 ３２
Ｆ ｇ １ Ｗ ８ ６ ７ ｓｒ ｃｕ ｅ ｄ ａ ｒｍ ｉ． ３ ２ ｔ ｔｒ ｉｇ ａ ｕ
Ｐ／ 口 Ｓ２端
其他端 口
Ｗ８ ６ ７中与本 文 研 究 相关 的 Ｐ ／ （ 盘 与 பைடு நூலகம்２ Ｓ２ 键
面通 过技 术 手 段 放 在 现 场 实 现 对 现 场 的更 好 控
将此 类 芯片称 之为 “ ｕｅ Ｏ” Ｓｐｒ／ ．同时 ， ３２ Ｉ Ｗ８６７芯 片完 全符 合微 软公 司提 出 的 Ｐ ９／ Ｃ ９硬件设 计 Ｃ ８Ｐ ９ 指 南 以及 Ｐ ９／ Ｃ ９中的 电源和设 备管 理规 范． Ｃ ８Ｐ ９
第３ ４卷第 ２期
２１ ０２年 ２月
武
汉
工
程
大
学
学
报
Ｖｏ． ４ Ｎ ． １３ ｏ ２ Ｆ ｂ ２ １ ｅ． ０２
Ｊ Ｗｕ ａ Ｉｓ ． ｈ ｎ ｎｔ ．
Ｔ ｃ． ｅｈ
文 章 编 号 ：６ ４— ８９ ２ １ ） １７ ２ ６ （０ ２ ２—０６ ０ ０ ３— ４
键盘接 口协议在输 入输 出芯 片中的应用
游 戏端 口 监控端 口
串 口
红外端 口
制． 又如 在控 制 系 统 中 ， 为便 于管 理 ， 主 机 统 一 将 存放 ， 输入 输 出设 备通 过 技 术手 段 远 离机 房 ． 些 这
技术 手 段包 括 Ｋ Ｍ（ ｅｂ ａ ， ｉｅ ， ｕｅ 即键 Ｖ Ｋ ｙ ｏｒ Ｖ ｄ ｏ Ｍｏ ｓ． ｄ
程 Ｒ Ｍ 以 及 ２ ６字 节 的 Ｒ Ｍ） 现 客 制 化 的 Ｏ ５ Ａ 实
键盘．
１ Ｗ ８ ６ ７简 介 ３２
Ｗ８６７３是 台湾华 邦 （ ｎｏｄ 公 司设计 和 ３２ 【 Ｗｉｂｎ ）
生产 的 ｔｏ（ 入／ 出） 口芯 片系 列 产 品之 一 ． ／ 输 输 接
采用 Ｌ Ｃ（ ｏ ｉ ｏｎ） 口技术 ， 持 英 特 尔 Ｐ Ｌｗ ＰｎＣｕ ｔ接 支 公 司生产 的 系列 芯 片组 ． 芯 片 接 口提 供 相 对 较 该 少 的 １０ 引脚 数 同时能 保持 一 定 的 １０接 口芯片 ／ ／
并口
Ｗ８ ２ ３６ ７
软驱端 口
通 用 端 口
ＭＩ Ｉ 端 口 Ｄ
盘 、 示器、 显 鼠标 的简 写 ） 备 、 号 加 强 器 、 线 设 信 无 通信设 备 等． 生 如 文献 ［ 产 １—２ 的应 用 解 决 方 案 ］ 或研 究 ， 文从解 决项 目实 际 问题 的角度 出发 ， 本 对 基 于 Ｗ８ ６７的一 款 控 制 设 备 在 遵 循 Ｐ／ ３２ Ｓ ２协 议 （ ｅｓｎｌ ｙｔ 由 ＩＭ 公 司 推 出 的 第 二 代 电脑 Ｐｒ ａ Ｓｓ ｍ， Ｂ ｏ ｅ
关键词 ： ３２ ；Ｓ ２ Ｗ８６ ７ Ｐ ／ 协议 ； 模型 ； 延长线
中图 分 类 号 ：Ｐ ３ ． Ｔ ３４ ４ 文献标识码 ： Ａ ｄ ｉ１．９ ９ ｊｉ ｎ １７ －８ ９２ １． ． １ ｏ：０ ３ ６／．ｓ ．６ ４２ ６ ． ０２ ２ ０５ ｓ
Ｏ 引 言
在工业 生 产 和 自动 化 控 制 中 ， 环境 或 设 计 因 的需 要 ， 制 设 备 和 终 端 之 间 往 往 需 要 相 隔 一 定 控 的距 离． 在高 温现场 ， 些 设 备不 适 宜设 置 在 现 如 一 场 ， 备 放置在 远离 现 场 的位 置 ， 输 入输 出界 将设 将
１ ｚ １ ｚ ２ＭＨ 或 ６ ＭＨ ．
器、 串口以及并 口等． 其结构框 图如图 １ 所示 ， 从 图 １中可知 ， １０芯片连接的设备较多 ， 该／ 形象 的
收 稿 日期 ：０ ２一 １ ５ ２ １ Ｏ 一ｌ
作者简介 ： 蔡
琼（ ９ １一） 女 ， １６ ， 湖北武汉人 ， 副教授 ， 硕士 ， 硕士研究生导师． 研究方 向 ： 算机技术及应用 计
作 为接 口可 以用 来 实 现 ＩＡ 总 线 下 的 一 些 功 能． Ｓ
在 Ｗ８ ６ ７芯 片上 ， 挂 载 Ｐ ／ ３２ 可 Ｓ ２设 备 、 盘 驱 动 软
４ 提供中断和轮询两种模式并支持二进制运 ）
算 和 Ｂ Ｄ 二进制 与 十进制 转换 ） Ｃ （ 码运 算． ５ 其 支 持 的 工 作 频 率 有 ： ｚ ８ ＭＨｚ ） ６ ＭＨ 、 、
２ 有 ２个 异 步访 问数据 寄存 器 和 一个 状 态 寄 ）
存 器 以及 ８ 定 时器／ 数器 ． 位 计 ３ 具备 Ｉｔｌ ０２单片 机 的软件 兼容 性 ， 持 ） ｎｅ ８４ 支
Ｐ ／２鼠标 ． Ｓ
蔡 琼， 辉， 杨 伍儒彬
（ 武汉工程大学计算机科 学与工程学院， 湖北 武汉 ， ３０４ ４ ０７ ）
摘 要： 针对 Ｐ ／ 设 备在 １０ｍ延长线下无 法正常使用 的问题 ， Ｓ２ ０ 基于 Ｗ８６ ７和 Ｐ ／ ３２ Ｓ ２协议的特点 ， 通过对原
始模 型和电路 图的分析 ， 采用最优化方 法中 的一 维搜索思 路进行 实验 ， 得到可行 电阻取值 范 围， 最终 使问题 得以解决． 解决问题过程 中所获得的模型 （ 取值范 围） 可作 为未来设 计的参考和依 据．
武汉工程大学学报
第３ ４卷
２ Ｐ／ Ｓ ２协 议
１８ ９ ７年 ， Ｍ公 司提 出 Ｐ ／ Ｉ Ｂ Ｓ ２协议 ， 协 议 可 该 支持 ８ ４～１ １类 型 的键 盘 ． 物理 接 口上 采 用 的 ０ 在 是 ６ｉ ｐｎ针脚 的 ｍｉｉ Ｉ 连 接器 ， 之前 的 ５ ｉ ｎ —Ｄ Ｎ 与 ｐｎ 针 脚 的连接 器不相 同 ． 可用 的 ｐｎ脚 定义 依然 不 其 ｉ 变 ， ： 据 线 （Ｄ Ｔ ， 地 （ Ｎ ，电 源 即 数 Ａ Ａ） 接 Ｇ Ｄ） （＋５Ｖ） 时钟信 号 （ Ｌ ． ， Ｃ Ｋ）
备 １０ｍ延 长线 不 能 正 常使 用 的 问 题 进 行研 究 ， ０ 着重 于解 决实 际 问题 并进 行必 要 的分析 ．
鼠标 ） 制器 有如 下特点 ： 控 １ 适 合 在 Ｉｔ ０２单 片机 的基 础 上 与 相关 ） ｎｅ ８４ ｌ 的控制 架构 （ 如凤 凰公 司 的 Ｍ ｈＫ ｙ４ Ｔ 结 构 ） ｕ ｉｅ／ ２ Ｍ 结 合实 现 的键 盘 或者提 供存储 空 间 （ ２ｋ字节 可 编
系统 中提 出的外部 设备 的接 口协议 ） 的 Ｐ ／ 下 Ｓ ２设
图 １ Ｗ８ ６ ７结 构 框 图 ３２
Ｆ ｇ １ Ｗ ８ ６ ７ ｓｒ ｃｕ ｅ ｄ ａ ｒｍ ｉ． ３ ２ ｔ ｔｒ ｉｇ ａ ｕ
Ｐ／ 口 Ｓ２端
其他端 口
Ｗ８ ６ ７中与本 文 研 究 相关 的 Ｐ ／ （ 盘 与 பைடு நூலகம்２ Ｓ２ 键
面通 过技 术 手 段 放 在 现 场 实 现 对 现 场 的更 好 控
将此 类 芯片称 之为 “ ｕｅ Ｏ” Ｓｐｒ／ ．同时 ， ３２ Ｉ Ｗ８６７芯 片完 全符 合微 软公 司提 出 的 Ｐ ９／ Ｃ ９硬件设 计 Ｃ ８Ｐ ９ 指 南 以及 Ｐ ９／ Ｃ ９中的 电源和设 备管 理规 范． Ｃ ８Ｐ ９
第３ ４卷第 ２期
２１ ０２年 ２月
武
汉
工
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Ｖｏ． ４ Ｎ ． １３ ｏ ２ Ｆ ｂ ２ １ ｅ． ０２
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Ｔ ｃ． ｅｈ
文 章 编 号 ：６ ４— ８９ ２ １ ） １７ ２ ６ （０ ２ ２—０６ ０ ０ ３— ４
键盘接 口协议在输 入输 出芯 片中的应用
游 戏端 口 监控端 口
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技术 手 段包 括 Ｋ Ｍ（ ｅｂ ａ ， ｉｅ ， ｕｅ 即键 Ｖ Ｋ ｙ ｏｒ Ｖ ｄ ｏ Ｍｏ ｓ． ｄ
程 Ｒ Ｍ 以 及 ２ ６字 节 的 Ｒ Ｍ） 现 客 制 化 的 Ｏ ５ Ａ 实
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１ Ｗ ８ ６ ７简 介 ３２
Ｗ８６７３是 台湾华 邦 （ ｎｏｄ 公 司设计 和 ３２ 【 Ｗｉｂｎ ）
生产 的 ｔｏ（ 入／ 出） 口芯 片系 列 产 品之 一 ． ／ 输 输 接
采用 Ｌ Ｃ（ ｏ ｉ ｏｎ） 口技术 ， 持 英 特 尔 Ｐ Ｌｗ ＰｎＣｕ ｔ接 支 公 司生产 的 系列 芯 片组 ． 芯 片 接 口提 供 相 对 较 该 少 的 １０ 引脚 数 同时能 保持 一 定 的 １０接 口芯片 ／ ／
并口
Ｗ８ ２ ３６ ７
软驱端 口
通 用 端 口
ＭＩ Ｉ 端 口 Ｄ
盘 、 示器、 显 鼠标 的简 写 ） 备 、 号 加 强 器 、 线 设 信 无 通信设 备 等． 生 如 文献 ［ 产 １—２ 的应 用 解 决 方 案 ］ 或研 究 ， 文从解 决项 目实 际 问题 的角度 出发 ， 本 对 基 于 Ｗ８ ６７的一 款 控 制 设 备 在 遵 循 Ｐ／ ３２ Ｓ ２协 议 （ ｅｓｎｌ ｙｔ 由 ＩＭ 公 司 推 出 的 第 二 代 电脑 Ｐｒ ａ Ｓｓ ｍ， Ｂ ｏ ｅ
关键词 ： ３２ ；Ｓ ２ Ｗ８６ ７ Ｐ ／ 协议 ； 模型 ； 延长线
中图 分 类 号 ：Ｐ ３ ． Ｔ ３４ ４ 文献标识码 ： Ａ ｄ ｉ１．９ ９ ｊｉ ｎ １７ －８ ９２ １． ． １ ｏ：０ ３ ６／．ｓ ．６ ４２ ６ ． ０２ ２ ０５ ｓ
Ｏ 引 言
在工业 生 产 和 自动 化 控 制 中 ， 环境 或 设 计 因 的需 要 ， 制 设 备 和 终 端 之 间 往 往 需 要 相 隔 一 定 控 的距 离． 在高 温现场 ， 些 设 备不 适 宜设 置 在 现 如 一 场 ， 备 放置在 远离 现 场 的位 置 ， 输 入输 出界 将设 将
１ ｚ １ ｚ ２ＭＨ 或 ６ ＭＨ ．
器、 串口以及并 口等． 其结构框 图如图 １ 所示 ， 从 图 １中可知 ， １０芯片连接的设备较多 ， 该／ 形象 的
收 稿 日期 ：０ ２一 １ ５ ２ １ Ｏ 一ｌ
作者简介 ： 蔡
琼（ ９ １一） 女 ， １６ ， 湖北武汉人 ， 副教授 ， 硕士 ， 硕士研究生导师． 研究方 向 ： 算机技术及应用 计
作 为接 口可 以用 来 实 现 ＩＡ 总 线 下 的 一 些 功 能． Ｓ
在 Ｗ８ ６ ７芯 片上 ， 挂 载 Ｐ ／ ３２ 可 Ｓ ２设 备 、 盘 驱 动 软
４ 提供中断和轮询两种模式并支持二进制运 ）
算 和 Ｂ Ｄ 二进制 与 十进制 转换 ） Ｃ （ 码运 算． ５ 其 支 持 的 工 作 频 率 有 ： ｚ ８ ＭＨｚ ） ６ ＭＨ 、 、