主要芯片介绍
本设计采用控制芯片P89C61x2和接口芯片ISP1581实现USB接口电路的设计。
P89C61x2包含1024B RAM、64KB Flash存储器、32个I/O口、3个16位定位/计数器、6个中断源-4个中断优先级-嵌套的中断结构、1个增强型UART、片内振荡器和时钟电路。此外，器件的静态设计使其具有非常宽的频率范围，可选择1MHz~12MHz的晶体振荡器。具有两个软件可选的节电模式-空闲模式和掉电模式。
USB接口芯片ISP1581是一种价格低、功能强的USB接口器件，符合USB2.0规范，并为基于微控制器或微处理器的系统提供了高速USB通信能力；具有7个IN端点，7个OUT端点和1个固定的控制IN/OUT端点；可以通过软件控制与USB总线的连接；内部集成了带PLL的12MHz晶体振荡器；可通过内部上电复位、低电压复位电路和软件复位。
系统硬件设计
系统的连接框图如图1所示。
图1系统的连接框图
ISP1581有两种工作模式：通用处理器工作模式和断开总线工作模式。本文的硬件设计中通过设置BUS-CONF=0实现断开总线的工作模式。AD[7:0]为8位的多路复用地址/数据，与单片机的P0口连接；DATA[15:0]为16位的数据总线。MODE0接高电平，表示读或写信号工作在8051类型；ALE与单片机的ALE相连，实现地址锁存； RPU为USB D+线的外部上拉电阻连接端，通过一个1.5kW电阻与Vcc(3.3V)相连；RREF连接外部偏置电阻，通过一个12.0kW电阻同地端相连，使高速收发器得到一个精确的镜电源。为了实现良好的EMC特性，所有的电源引脚均连接到由0.01mF和0.1mF电容并联后的网络中。
系统的固件设计
单片机的固件是USB设备运行的核心。主要包括以下几个部分：
Kernel.c： 循环扫描USB事件；启动设备和系统的工作；
Isr.c： 中断服务程序；
Chap9.c：包含标准USB命令，用于在设备和主机之间建立一个基本连接；
Vendor.c：包含厂商定义命令，处理厂商请求；
Init.c：初始化单片机和ISP1581芯片。
初始化程序主要初始化各种状态变量，包括单片机的初始化以及设置ISP1581寄存器。主要包括地址寄存器、模式寄存器、中断配置寄存器,中断使能寄存器 以及端点寄存器等。
USB设备采用控制传输完成枚举，从而判断出设备的状况。
数据传输过程采用中断方式，单片机通过读取中断寄存器的状态判断中断源，并进入相应的中断处理程序。ISP1581主要有SETUP中断、总线挂起中断以及端点输入/输出中断等，控制端点设置64B的缓冲区，每次只能传输64B，传输的数据量由单片机控制。若传输的字节数大于64B，将先传输64B，然后判断剩下的字节数，同时确定是否为空包或短包。如果没有数据传送到单片机，将发送一个空包表明数据发送完毕。
固件主要完成设备初始化、USB协议标准请求处理以及其它应用程序如数据交换功能。程序采用C51语言编写，使用Keil公司的uVision2编译器进行编译。
固件的主循环流程见图2。
图2 固件程序流程图
设备驱动程序和应用程序的设计
USB设备驱动程序的开发，可采用Driver Works和Microsoft公司的2000DDK，并以VC++6.0作为开发环境。为了方便用户开发USB接口，在DP-1581的开发包中提供了一个通用驱动程序，该程序可不加修改，直接使用。在本电路设计中，采用的是开发版自带的驱动程序。
结语
本系统将原有的并口改进为USB接口，支持即插即用和热插拔。经实际试验验证，本系统性能稳定可靠，具有一定的实际应用价值。