引言：

USB低速設備的設計發展到現在已經有了相當的成熟度。 各家IC公司都推出了USB DEVICE端的解決方案， 一般以8 BIT CPU CORE + USB SIE為主流構架。 SH69P04是中穎電子（Sinowealth）本著豐富USB產品應用，降低USB IC成本而設計的4BIT OTP單片機， 用以開發USB DEVICE設備。

SH69P04的功能及特點

圖1

如圖1， SH69P04集成了USB SIE， 支持USB和PS2端口復用。 內建1.5K可控上拉電阻為用戶節約成本， 并能建立和PC穩定的通訊。 專門為MOUSE設計的I/O端口。 雙CLOCK系統使IC耗電更少， 輕易滿足USB-IF對SUSPEND電流的要求。 8K×16 BIT的OTP ROM， 方便用戶開發。 最大可支持40×8 的LCD顯示或31個I/O， 滿足用戶的各種應用。 另外還內建Watch Dog， Low Power Detect功能。

1. USB和PS2端口共用

通過寄存器實現USB端口和PS2端口的切換

PS2PU = 1： 如果PS2IS = 1， 則內部PS2專用上拉電阻起作用。當需要使用USB端口時， 只要讓PS2IS = 0即能關閉PS2端口及其上拉電阻。

2. 1.5KΩ可控上拉電阻

如圖2， 有了這個1.5KΩ可控上拉電阻一方面可以節約成本， 另一方面可以實現軟開關， 確保PC認出DEVICE。

當USB DEVICE和PC相連后由于內部1.5KΩ上拉電阻并未打開， 所以PC不認為有新的設備連接。 在打開上拉電阻前用戶可以放心的完成程序初始化及其它客戶程序， 而不必擔心需要及時響應USB總線上的信號。 這是因為如果沒有可控的上拉電阻而是直接外加， 那么當DEVICE和PC相連后， PC馬上就會知道有新的設備連接， 在一定時間后就會向DEVICE發送信號， 如果DEVICE連續幾次通訊失敗的話， PC就認為該DEVICE出錯而不會再和它通訊。

另外結合Watch Dog可以進一步確保DEVICE的連接。 用戶可以事先計算一下整個USB初始化過程所需的時間， 并設置Watch Dog。 萬一USB初始化出錯就可以產生Watch Dog Reset， 1.5KΩ上拉就被關閉， 程序重新開始。 PC就會認為DEVICE有了一次插拔動作。程序死鎖也可以用這種方法來解決。

圖 3

3. 專為MOUSE設計的I/O端口

如圖3， 原理分析時Q1.1和Q1.3是輸出方波。 實際上由于Photo Transistors是采用光敏三極管， 當光柵轉動時， 光敏三極管受到的光線也是連續變化的， 所以輸出的波形也是連續變化的。 又因為光柵無法完全阻隔光線， 所以會產生一個OFFSET電平。 實際波形如圖4。

圖中VIH表示一旦輸入電平高于VIH， 那么MCU就認為是高電平。 VIL表示一旦輸入電平低于VIL， 那么MCU就認為是低電平。 在圖4所示的這種狀態下MCU可以很方便的讀到光柵轉動的情況。 但是由于干擾或者元器件老化等原因造成OFFSET電平發生變化， 使得輸入信號的電平無法和VIH、VIL相交（如圖5）， MCU就會認為輸入的信號一直為高或一直為低。

SH69P04為每一個MOUSE的端口提供三檔下拉電阻（如圖4）來控制OFFSET電平。 通過寄存器來選擇下拉電阻的阻值， 用以解決由于OFFSET電平的變化而引起的錯誤。

軟件設計

USB協議雖然很復雜， 但是MOUSE端需要編寫的程序卻十分有限。 用戶很容易就能和PC建立聯系。（Windows端HID驅動程序由操作系統提供）

1. USB/PS2端口的監測

第一步： 上電， delay 50ms 第二步： 在2ms的時間內監測D-的電平， 如果有4次為高電平， 就是PS2接口。 否則進入第三步第三步： 打開USB上拉電阻， delay500us， 反復監測D+和D-的電平， 直到其中有一個出現高電平。 如果D+是高電平， 則為PS2接口。 如果D-是低電平， 則進入第4步。第四步： 關閉USB上拉電阻， delay 100us。 如果D+/D-都為低電平， 則為USB接口。

否則就是PS2接口。

2. USB Enumeration過程

整個過程有點像做測試題。 PC問， MOUSE回答。 其中關鍵是要告訴PC， 自身是一個MOUSE， 支持HID協議。 由于篇幅有限， 就不詳細列出了。

3. 把MOUSE的信息傳給PC

在Enumeration過程中， MOUSE會告訴PC后續X，Y，Z，按鍵這些信息的格式。 當MOUSE有動作時， 只要按這個格式把數據返回給PC就可以了。 剩下的事情PC端HID驅動程序會去完成。

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