USB-Interface-Beispiel

Einleitung
Schaltung
Vorbereitung
Download
Firmware Compilieren, Device anschließen
Das Windowsprogramm benutzen

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• man schafft ein USB-Device, das Windows als solches akzeptiert
• ein Windowsprogramm kommuniziert mit den Device (LEDs ein/ausschalten, Spannung am AN0 messen)
• dadurch erwirbt man die Fertigkeit einfache USB-Devices zu entwickeln

Ein PIC18F2550 ist  mit einem USB-Interface am PortC, LEDs am PortB und  einem Poti am PortA (AN0=RA0) ausgestattet. Als Taktquelle wird ein 20-MHz-Resonator verwendet Es eignet sich dafür: die 28-Pin-Testplatine mit  der USB-Platine am PortC und  der Analog-Platine am PortA.

Vorbereitung
Folgende Schritte sollte man zuerst durchführen:

Studium:

• Lesen dieser USB-Grundlagen-Seite
• Überfliegen dieser USB-Deskriptor-Seite
• Lesen dieser PIC18F-USB-Seite
• Lesen dieser USB-DLL-Seite

• MPLAB von Microchip ist sicherlich schon installiert, falls nicht, dann muss man es jetzt tun
• Student-Edition des C18-Compilers von Microchip herunterladen und installieren (MPLAB-C18-Student-Edition-v2_40-win32.exe oder neuere Version).
• Microchip Custom Driver firmware 1.3 von Microchip herunterladen und installieren (MCHPFSUSB_Setup_v1.3.EXE).
• "MCHPFSUSB FIRMWARE USERGUIDE" mit der Dokumentennunmmer DS51679 herunterladen (MCHPFSUSB_FW_UG_51679a.pdf oder neuere Ausgabe)
  
• "PICDEM FS USB USER'S GUIDE" mit der Dokumentennummer DS51526 herunterladen (51526a.pdf oder neuere Ausgabe).

• die Firmware für den USB-Test1 (12 kByte)
• das Windowsprogramm USBTest1 (210 kByte)

Die Microchip Custom Driver firmware entpackt sich in das Verzeichnis C:\MCHPFSUSB. Dort sollte man sie auch belassen. Man kann dieses Verzeichnis auch auf eine andere Festplatte verschieben, aber MCHPFSUSB sollte auch dort in der Wurzel der Platte liegen, sonst können einige Quelltext-Pfade für den Compiler zu lang werden.
Der Windows-Treiber liegt in C:\MCHPFSUSB\Pc\MCHPUSB Driver\Release

Den Ordner C:\MCHPFSUSB\fw\Demo  wird das Projektverzeichnis für dieses Beispiel. Er enthält ein Demo-Programm für das PICDEM FS USB-Board von Microchip. Der Anwendungsprogrammteil ist auf das PICDEM FS USB-Board zugeschnitten. Deshalb ersetze ich ihn mit einem einfacheren TestProgramm.
Der Firmwareteil wird aber erst einmal unverändert übernommen:

• Er beschreibt ein Device mit einer Konfiguration (Nr 1).
• Diese Konfiguration benötigt maximal 100mA und enthält ein Interface (Nr 0).
• Das Interface enthält zwei Endpunkte (Nr 1 & 2).
• Endpunkt 1 ist ein 64 Byte großer out-Endpunkt im Interrupt-Mode der alle 4 ms abgefragt wird.
• Endpunkt 2 ist ein 64 Byte großer in-Endpunkt im Interrupt-Mode der alle 4 ms abgefragt wird.
• die Vendor-ID ist 0x04D8 (Microchip) und die Product-ID 0x000C, damit wird der Microchip Custom Driver automatisch geladen

• main.c
• user.c
• user.h
• usbcfg.h
• io_cfg.h  (im Projekthauptverzeichnis)

main.c

user.c
Diese Datei enthält

• die Configurationseinstellung für den PIC
• die Anfangsinitialisierungsroutine User_Init
• das Hauptprogramm ProcessIO, das von main.c angesprungen wird
• die Funktion ReadPOT, um die Spannung an AN0 (RA0) zu messen
• die Funktion ServiceRequests, die USB-Befehle auswertet

user.h
Diese Datei enthält

• die Definition zweier Konstanten, die aus dem PIC ausgelesen werden können und
• die Definition eines Speicherbereichs, mit dem Daten zwischen USB-Endpoint und Anwendungssoftware ausgetauscht werden.

usbcfg.h

Diese Datei enthält Definitionen für das USB-Interface. Da ich das Interface vom Microchip-Demo unverändert übernehme, kann ich auch diese Datei fast unverändert übernehmen.
In dieser Datei habe ich nur die folgende beiden Definitionen entfernt,
 

. #define USE_SELF_POWER_SENSE_IO #define USE_USB_BUS_SENSE_IO .

da sie spezifisch für das PICDEM FS USB Demo-Board waren. Dieses Board überwacht mit den Pins RA1 & RA2 das Vorhandensein von Betriebsspannung vom USB-Bus und vom Netzteil des Testplatine. Da ich ein rein Bus-powered-Device haben will, brauch ich das nicht. Durch das Löschen der beiden Definitionen verzichtet die Firmware auf die Spannungsüberwachung.
 

io_cfg.h
Diese Datei beschreibt den Hardware-Aufbau. Genau genommen ist hier festgehalten, an welchen Pins LEDs oder Potis ... angeschlossen sind. Auch sind Makros zum Ein- und Ausschalten vorhanden. Zur Nutzung auf meiner 28-Pin-Testplatine waren massive Änderungen nötig.

Firmware Compilieren, Device anschließen

Das Zip-File mit der Firmware herunterladen. Es enthält die folgenden Files

• main.c
• user.c (../autofiles/)
• user.h  (../autofiles/)
• usbcfg.h  (../autofiles/)
• io_cfg.h  (im Projekthauptverzeichnis Demo)
• MCHPUSB.hex (.../_output/)

Das Paket mit den 5 Dateien auspacken, und die Dateien in die richtigen Directorys kopieren. Dabei überschreibt man zwangsläufig die Orginaldateien.

Man kann nun der Einfachheit halber das gelieferte MCHPUSB.HEX-File verwenden, oder man compiliert es noch einmal neu:

• Man öffnet mit MPLAB das MPLAB-Project (MCHPUSB.mcp) in der Projektwurzel (Demo).
• Unter Configure - Select Device  wählt man als Prozessor den PIC18F2550 aus.
• Unter Project - Build Options - Project öffnet sich das Build-Options for Project "MCHPUSB.mcp" - Fenster. Auf der Karte Directories müssen nun die Pfade angepasst werden, damit MPLAB sowohl die Quelldateien wie auch die C18-Bibliotheken findet.
• im Projektfenster MCHPUSB.mcw (links oben) müssen das Sourcefile temperatur.c  und das Linker Script rm18F4550.lkr entfernt werden.
  als neues Linkerscript wird das 18F2550.lkr aus dem .../MCC18/lkr/-directory eingestellt.
  
• Mit Project - Build All  wird alles compiliert, und das HEX-File im _output-Directory erzeugt.

Der PIC wird in die Testplatine eingesetzt, und diese via USB-Kabel mit dem PC verbunden.

Ist der Microchip Custom Driver noch nicht installiert, dann fordert Windows jetzt dazu auf. (Er liegt unter C:\MCHPFSUSB\Pc\MCHPUSB Driver\Release.)
 

Hat alles geklappt, dann wird die Experimentierplatine im Gerätemanager als PIC 18F4550 Family Device aufgelistet. Ich habe zwar einen 18F2550 verwendet, das kann der Treiber aber nicht wissen.  (Am deaktivierten Multimedia-Controller meines PCs sollte man sich nicht stören, das ist eine DVB-S-Karte, die ich nur für VDR-Experimente unter Linux einsetze, und die deshalb unter Windows abgeschaltet ist)

Das Windowsprogramm benutzen

Das Zip-File mit dem Windowsprogramm herunterladen. Es enthält das gesamte Delphi5-Project, und dabei auch die fertige EXE-Datei.

Das Programm usbtest.exe starten.
 

Ein Druck auf den obersten Button (_MPUSBGetDLLVersion) fragt die Version der mpusbapi.dll ab, über die man mit der USB-Testplatine kommunizieren kann.  Die Versionsnummer ist normalerweise 00010000. Auf einen Druck auf den zweiten Button hin (_MPUSBGetDeviceCount) ermittelt die DLL die Anzahl der angeschlossenen Testplatinen. Da nur eine Platine angeschlossen ist, lautet das Ergebnis 00000001. Ein Druck auf den dritten Button  (Firmware-Version) liefert den Wert, der in der Datei user.h als  MAJOR_VERSION & MINOR_VERSION  definiert wurde. Das sollte 2.0 sein. Mit den 8 kleinen Buttons kann man die LEDs Nr. 1..3 (an den Pins RB0..RB3) ein- und ausschalten. Bei einem Druck auf Potentiometer wird die Spannung an AN0 (RA0) gemessen, und das Ergebnis ausgegeben. (Angezeigt wird nicht die Spannung in Volt  sondern die beiden Ergebnisbytes des ADC  mit einem Dezimalpunkt als Trennzeichen. Daraus kann man aber die Spannung errechnen.) Ein Druck auf Reset setzt das USB-Device zurück. Es meldet sich ab und gleich darauf wieder an (was Windows mit dem üblichen Geräuschen begleitet).

Falls die Testplatine unheimlich langsam reagieren sollte, dann im Windows-Gerätemanager für das "PIC 18F4550 Family Device" dem Computer NICHT erlauben das Device zum Energiesparen abzuschalten.