基于stm32的usb简易鼠标毕业设计论文(编辑修改稿)

基于stm32的usb简易鼠标毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

N 16 位校验 EOP 图 数据包结构 握手包 用来查看 一个 数据 是否被对方确认。 握手包四种类型： ACK、 NAK、 STALL 和NYET。 ACK 表示数据 已经被接收 ，空间容纳 也足够。 NAK表示没有数据需要返回或已经正确接受但没有空间容纳。 STALL 表示这个设备无法执行这个请求或者端点已经被挂起了，表示一种错误的状态。 NYET 只在 的高速设备中使用，表示本次数据 成功接受但没有空间接受下一次数据。 图 是握手包的结构。 同步域 包标志 PID EOP 图 握手包结构 特殊包 只在一些特殊场合使用，分 PRE、 ERR、 SPLIT 和 PING 四种。 只有 ERR 是握手包，其他为令牌包。 除了 PRE，其他三个都是 协议新增的，不在此次设计的研究范围。 PRE 是 通知集线器打开其低速端口的一种前导包。 PRE仅仅使用在全速模式中，与握手包的结构一样。 当传输模式由全速变低速时，主机会在全速模式下发送一个 PRE 令牌包，集线器收到此令牌包后，就会打开低速设备端口，但全速设备会忽略次令牌包。 河南城建学院本科毕业设计（论文） 第 2章 USB协议概述 7 USB 的传输类型 USB 有四种传输类型：批量传输、同步传输、中断传输和控制传输。 前面提到，USB 数据的基本传输单位是包，但在具体传输数据时还必须把包组织成事务。 批量传输 :使用批量事务传输数据。 中断传输 :一种保证查询频率的传输。 中断传输一般用在 我们所说的 延迟 要 尽可能小的设备 中。 现在使用的鼠标、键盘及其他 HID都属于这样的设备。 同步传输 ： 有些设备如音频、视频设备对数据的延迟很敏感，而且需要对大量数据不停的传输，但对数据的正确与否要求不高，此时同步传输是最好的选择。 控制传输： 分为建立过程、数据过程（可选）和状态过程三个过程。 建立过程 用来 输出数据，使用建立事务。 建立过程使用只能使用 DATA0 的 SETUP 令牌包，而且握手包也只能只用 ACK 应答。 数据过程可选，如果有可以包含一笔或多比数据事务。 状态过程是一笔只使用 DATA1 包的批量事务。 其传输方 向也就是控制读和控制写过程与前面批量事务相反。 河南城建学院本科毕业设计（论文） 第 3章 STM32及 MDK简介 8 第 3 章 STM32 及 MDK 简介 STM32 简介 2020 年 ARM 公司推出 Cortex 系列微处理器，根据不同性能的要求，分成了以公司三个字母分别命名的三个系列。 本次设计使用的是 M 系列，因为这个系列成本较低，性能上也完全能够胜任。 在 ARM 公司和意法半导体 ST 公司合作后， 2020年 ST 公司发布了基于 CortexM3内核的 STM32 系列处理器。 STM32 系列处理器分为标准型和增强型两个系列，主要产品有标准型 的STM32F101 工作在 36MHz，增强型的 STM32F103 工作在 72MHz 并拥有更大的 RAM 和更丰富的外设。 因为 STM32F103 运算频率高，能实现更高端的运算，而且其自带的端口具有极好的连接能力，价格上也比较便宜，所以设计中采用这一款。 图 是 STM32F103 处理器的配置。 72MHzCPU 多达 64K的 RAM 2 12 位 ADC 温度传感器 3USART 2 SPI 多达 512K的 ROM USB 通用 I/O引脚 3 16位定时器 4～ 16MHz主振荡器 内嵌 8MHz 和32kHz 的 RC振荡器 实时时钟 2看门狗 7通道 DMA CAN PWM 定时器 图 STM32F103处理器的配置 正是由于 STM32F10x 系列处理器配有众多的外设，所以它的用途非常广泛。 在工业方面，可以应用在 PLC、报警系统、变频器，打印机等上面；在低功耗方面，应用的产品有电表、血糖测量仪、 UPS 等；数码家电方面，相应的产品有电脑外设、游戏机、数码相机等。 MDK 的使用 支持 STM32 微控制器的开发工具虽然很多，但结合中国的业内行情及收费情况， Keil 公司的 MDK 是不二选择。 MDK集 成了 Keil 的μ Vision IDE 和 ARM 编译工具 RVCT 的优势。 特别是中国版 MDK 推出后，通过更加合理的价格和服务，逐步使得 MDK 成为中国嵌入式工程师的最爱芯片。 使用 MDK 的一般开发过程： 河南城建学院本科毕业设计（论文） 第 3章 STM32及 MDK简介 9 新建一个工程，从设备库中选择目标芯片，配置编译器环境； 用 C/C++或汇编语言编写源文件； 编译目标应用程序； 修改源程序中的错误； 测试连接应用程序。 MDK 的工具集默认的是 RealView 编译工具，如有特殊需要，也可以安装使用GNU GCC 编译器。 下面是 此次设计中 的 具体操作 ： 在 MDK 主界面中选择 Project→ New Project 菜单项，输入工程名字即可新建一个工程。 创建新工程时软件会提示我们为工程选择一款相应的处理器，也可以通过 Poject→ Select Device 打开此选项。 对于大部分设备，软件会提示是否在工程中添加 CPU 的启动代码，为了让设备顺利完成初始化工作，我们点击“是”，以减少编写启动代码的工作量。 MDK 还可以通过 Project→ Options for Target,在弹出的选项中对目标硬件和设备内组件 的相关参数进行配置。 工程创建完了，接下来就是源程序的编写了。 点击 File→ New 创建新的源文件，在编辑窗口写完源程序后以 .C 为后缀保存。 一般情况下会先写一个 添加到工程中。 一般设计人员会采用文件组来组织大的工程，将工程中同一模块或同一类型的源文件放入一个文件组中。 点击 Project→ Conponents,Environment and Books→ Project Components 创建文件组来管理启动代码、源程序和配置文件。 接下来的工作就是编译连接工程了。 单击 Build Target 图 标可编译连接工程文件，出现错误时，会在 Output Window 的 Build 页中显示错误和警告信息。 也可以使用调试器来调试源程序，我们直接把程序下载到开发板中进行目标调试。 应用程序在调试通过后，需要生成 HEX 文件，用于下载到编程器或仿真器中。 生成 HEX 文件后下载到目标设备中，至此嵌入式开发完成。 在此次设计中，我们 按照流程走到最后一步， 然后 在 MDK 中点击 Flash→Download 下载代码到 STM32F103 开发板中。 用 USB 线连接电脑，查看设备管理器，看一看设备是否识别，驱动是否自动安装成功。 如果设备已经 成功安装，试用开发板的四个按键操纵鼠标箭头。 如果可以上下左右移动， 就表示 USB 鼠标设计 成功了。 河南城建学院本科毕业设计（论文） USB鼠标的实现 10 第 4 章 USB 鼠标的实现 USB 简易鼠标的程序编写 因为我们的 STM32F103 开发板上只有四个按 键，所以只能实现鼠标光标的上下左右移动，不能实现鼠标左右键的功能。 由于 USB 协议及接口相当复杂， MDK 自带的 STM32F10x 的固件库中单独提供了 USB 的相关函数库，在编写程序代码时需要将两个库函数包含到编译路径中。 USB 鼠标的程序比较复杂，除了库文件和 USB函数库文件之外，还包含了 8 个源 文件，其中 是启动代码，这里不再多说。 下面是设计中非常重要的 7个源文件 (具体的程序代码见附录 )： 该文件中主要包含两个函数，其中 main 函数初始化系统以及 USB 接口，之后不断查询四个按键是否按下。 如果确定有按键按下则向 USB 缓冲器发出相关数据。 Delay 函数用于延迟。 该文件中没有任何函数，只是包含一些定义 USB 设备的描述符常数，由于 USB鼠标是一个标准的 USB 设备，所以相关的参数也比较容易得到。 如果是开发非标准的 USB 设备的话，则必须开发相 应的在电脑上运行的驱动软件。 该文件 是用来控制 USB 中断服务 用的。 USB 中断 的 情况 分很多种 ， 在此次设计中我们 只是调用 文件中的 中断 函数。 该文件中只有一个函数，就是上面提到的用于 控制 USB 中断的 USB_Istr 函数，此 函数 的 主要 作用 是对各类引起 USB 中断的事件作轮询处理。 该文件用于 控制 USB 协议 在设备中的具体实现 ，例如初始化、 SETUP 包、 IN包、 OUT 包等等。 该文件中包含处理 上电、掉电、挂起和唤醒事件的函数。 该文件包含系统配置的函数和处理四个按键动作的函数。 其中 Set_USBClock函数用于配置 USB 端口时钟； Set_System 函数用于配置时钟、通用端口；USB_Cable_Config 函数配置 USB 电缆状态； USB_Interrupts_Config 函数用于配置 USB 中断； JoyState 函数用于获取按键状态； Joystick_Send 用于向 USB 端口河南城建学院本科毕业设计（论文） USB鼠标的实现 11 发送按键的事件。 HID 设备实现的重点在于枚举是否成功，所以程序设计的重点在于标准描述符部分 的编写，因为枚举过程就是检查 USB 设备发送的 USB 标准请求能否正常返回的过程。 USB 协议规定了标准的设备请求为八个字节。 这八字节在默认状态下由控制端点零发出，用在控制传输的建立过程中。 任何 USB 设备都要能够接收大于八字节的数据。 USB 协议规定了十一个标准请求，表 为各种请求的名字及代码。 表 标准请求及代码 标准请求 值 标准请求 值 GET_STATUS 0 GET_CONFIGURATION 8 CLEAR_FEATURE 1 SET_CONFIGURATION 9 SET_FEATURE 3 GET_INTERFACE 10 SET_ADDRESS 5 SET_INTERFACE 11 GET_DISCRIPTOR 6 SYNCH_FRAME 12 SET_DISCRIPTOR 7 其中获取描述符请求 GET_DESCRIPTOR 在枚举过程中用的最多。 主机通过发送获取描述符的请求获取设备的各种描述符，这样就可以得知设备的端点情况、设备类型等各种信息。 表 是获取描述符请求的结构。 表 获取描述符请求的结构 bmRequestType bRequest wValue wIndex wLength 数据过程 0x80 0x06 描述符类型和索引 0或语言 ID 描述符长度 描述符 在上表中的 wValue 这一项中，低字节表示索引号，其具体的作用是在相同种类的描述符中确定一个描述符。 它的高字节，也就是第二字节，用来描述类型编号。 各种描述符的类型编号如表 所示。 设备在收到描述符请求后，就会按照描述符类型的编号，返回对应的描述符。 wIndex 用在需要获取字符串的过程中，可以用它来标明字符串的语言 ID号，其他时候为零。 表 描述符类型及编号 类型 设备描述符 配置描述符 字符串描述符 接口描述符 端点描述符 编号 1 2 3 4 5 河南城建学院本科毕业设计（论文） USB鼠标的实现 12 对于全速模式和低速模式，只有获取设备、配置和字符串描述符这三种。 在返回配置描述符的时候，接口描述符、端点描述符和类特殊描述符（如 HID 描述符和报告描述符）要一起返回，这两类描述符不能单独请求返回。 图 是 HID设备描述符的结构。