USB連接在PC和消費(fèi)者市場中無處不在，設(shè)計團(tuán)隊在一系列嵌入式應(yīng)用程序中工作以將USB添加到設(shè)計中有充分的理由。嵌入式設(shè)計可以充分利用使USB成為通用即插即用互連的巨大努力。此外，該接口還提供通過單根電纜分配電力和處理數(shù)據(jù)的能力 - 這是大多數(shù)傳統(tǒng)串行接口所缺乏的功能。讓我們考慮可用于為基于MCU的設(shè)計以及與MCU一起使用的外圍產(chǎn)品添加USB支持的不同選項。

盡管如此，Microchip PIC10和PIC12 8位產(chǎn)品線中的許多低端MCU都缺乏USB支持，但包括其他串行接口，如SPI（串行外設(shè)接口）。此外，設(shè)計團(tuán)隊可以選擇對設(shè)計進(jìn)行分區(qū)，包括在主系統(tǒng)中使用支持USB的MCU，同時在位于USB電纜另一端的目標(biāo)設(shè)備中添加模塊化外設(shè)功能，以方便地提供電源和數(shù)據(jù)。

許多IC公司都提供USB控制器和橋接IC，可以方便地為系統(tǒng)添加USB連接。這些IC在它們支持的串行接口類型和集成在芯片上的其他功能（如存儲器或I/O線）方面各不相同。

USB轉(zhuǎn)UART橋接器最基本的橋接IC是一個簡單的USB轉(zhuǎn)UART橋接器，例如Silicon Labs的CP21xx系列產(chǎn)品，包括CP2101，CP2102，CP2103，CP2104，CP2105和CP2110 IC。典型實現(xiàn)如圖1所示。當(dāng)與外部收發(fā)器一起使用時，橋接器直接支持RS-232接口和其他選項。例如，如果您有一個依賴于串行通信的傳統(tǒng)MCU設(shè)備，CP21xx系列可以輕松地將設(shè)計轉(zhuǎn)換為USB連接，并且IC支持虛擬COM端口（VCP）功能。

圖1：Silicon Labs CP21xx系列USB轉(zhuǎn)UART橋接IC允許設(shè)計團(tuán)隊在具有傳統(tǒng)串行接口的外設(shè)中添加USB支持。

家庭成員的差異歸結(jié)為I/O功能和內(nèi)存。例如，所有家庭成員都包括可用于存儲USB特定數(shù)據(jù)的EEPROM，例如供應(yīng)商ID甚至電源描述符。內(nèi)存配置從296到1024位不等。

USB供應(yīng)商IC，設(shè)備類型和其他數(shù)據(jù)不必在專用嵌入式應(yīng)用程序中使用，但如果設(shè)備設(shè)計旨在用于USB主機(jī)的一般用途，則應(yīng)使用該標(biāo)準(zhǔn)符合標(biāo)準(zhǔn)。這些IC提供從CP2101/02上的0個通用I/O線到CP2110上的10個I/O線。您可以使用這些I/O線來滿足狀態(tài)和控制需求。

通過SPI等接口實現(xiàn)的USB連接可以支持更高的數(shù)據(jù)速率。包括Maxim和Microchip在內(nèi)的許多公司都有基于SPI的USB IC。幾乎所有較新的MCU都包含SPI接口。

主機(jī)或目標(biāo)

例如，Maxim提供MAX3420E和MAX3421E USB控制器，可為任何具有SPI端口的處理器系統(tǒng)增加USB支持。這些IC使用SPI時鐘，最高可達(dá)26 MHz。 SPI實現(xiàn)是從模式接口，這意味著USB控制器需要MCU中的SPI主控制器或系統(tǒng)中的其他處理器。

基于MAX3420E的簡單USB總線供電小部件只需要處理器，以及一個從USB電纜獲得3.3 V VDD電源的穩(wěn)壓器。 MAX3420E IC僅用于USB外設(shè)或目標(biāo)器件應(yīng)用。集成的USB全速收發(fā)器支持12 Mbit/s速率。該IC支持三線和四線SPI實現(xiàn)。它還包括四個通用I/O線。

對于USB主機(jī)實現(xiàn)，Maxim提供MAX3421E。該IC包括8個通用I/O線。 I/O線可用于多種用途，但在某些情況下，允許主機(jī)MCU基本上回收MCU中不可用的I/O線，因為引腳專用于SPI鏈路。另請注意，Maxim的兩個USB IC都包含內(nèi)部信號電平轉(zhuǎn)換器，因此SPI鏈路可以在1.4到3.6 V的電壓范圍內(nèi)工作。

從模式SPI

同時，Microchip有幾個USB-中心IC支持其在MCU領(lǐng)域的工作，包括MCP2200 USB轉(zhuǎn)UART IC。 Microchip的最新產(chǎn)品完全不同，因為MCP2210 USB到SPI IC實現(xiàn)了SPI主模式鏈路。圖2描繪了IC的框圖。它集成了256個字節(jié)的EEPROM。

圖2：Microchip新推出的MCP2100 USB控制器IC包括一個主模式SPI實現(xiàn)，可與總線供電的目標(biāo)器件中的傳感器，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器和其他外設(shè)結(jié)合使用。

該IC可用于與MCU連接，但也可用于直接控制具有各種外設(shè)功能的基于SPI的IC。例如，您可以使用IC設(shè)計目標(biāo)器件中沒有MCU的支持USB的數(shù)據(jù)采集模塊。這樣的模塊可以部署基于MCU的控制系統(tǒng)，甚至可以部署在PC上。

考慮USB供電數(shù)據(jù)采集模塊的可能性。例如，Microchip提供基于SPI的MCP3204 A/D轉(zhuǎn)換器，可以作為MCP2100控制器的從器件進(jìn)行部署。該四通道數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器將允許USB主機(jī)通過USB電纜捕獲數(shù)據(jù)。

Microchip提供了許多其他基于SPI的外設(shè)，這些外設(shè)可以組合在這樣的目標(biāo)器件中。 MCP2100 USB控制器集成了9條通用I/O線。使用基于SPI的MCP23S08 I/O端口擴(kuò)展器IC可以添加8條額外的線路。如果您想了解有關(guān)該主題的更多信息，我們在最近的TechZone文章（“I/O端口擴(kuò)展器在基于MCU的設(shè)計中提供靈活性”）中提供了端口擴(kuò)展器，這些文章可在Digi-Key庫中找到。

您還可以為基于MCP2210的設(shè)備添加內(nèi)存和傳感器功能。 25LC02 SPI EEPROM集成了2k位存儲器。傳感器選項包括基于SPI的TC77溫度傳感器。 Microchip在MCP2100中集成了USB HID（人工輸入器件）級支持，并提供可以快速啟動器件設(shè)計過程的驅(qū)動器。

選擇是你的

USB支持可以證明是所有類型的嵌入式應(yīng)用程序中的一個有價值的功能。該接口可以消除在設(shè)備中單獨(dú)包含電源的需要。您可以輕松地將USB主機(jī)功能添加到基于MCU的系統(tǒng)中?；赨SB的目標(biāo)設(shè)備可以與基于MCU的主機(jī)或PC同樣良好地工作。雖然支持MCU的MCU可能是您在面對USB設(shè)計時的首選，但專用控制器IC可能是最佳選擇，尤其是在您將舊設(shè)備改裝為USB或者您的設(shè)計需要低成本小型MCU的情況下