基于PIC32嵌入式USB工业U盘系统设计

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M4KTM 内核的复杂片上系统。M4KTM 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。