摘要：本應用筆記列出了保證MAX3420E正常工作需要的詳細檢查步驟，包括系統的檢查過程和調試提示。

引言

當您設計了一塊電路板，將MAX3420E與您喜愛的微控制器整合在一起。加電，插入USB，不能正常工作...，怎么辦? 本文為您提供了答案。

第一次調試USB外設器件時，會面臨很大的挑戰。要使MAX3420E能夠正常工作，首先需要按下列步驟進行檢查。

檢查USB 'B'型連接器的引腳

這是最容易出錯的地方―視圖是頂視圖還是底視圖? 引腳1在哪里? 如果您不是機械工程師，這些視圖會讓人感覺無所適從。圖1和圖2可幫您解決這一問題。

圖1. USB B型連接器內部結構

圖2. B型連接器的引腳位置，從PCB的下面看。

圖3. USB電纜線連接器

應采用歐姆表來檢查MAX3420E和USB連接器之間的連線。特別注意D+和D-。二者很容易搞反。請注意，MAX3420E與連接器D+和D-引腳之間有33電阻。對于這么小的電阻，大部分測試是否接通的儀表都會發出“嘀嘀”聲。如果需要檢查USB電纜，請參考圖3。

USB“完整性”檢查

本節闡述設備與USB的連接情況。完整性檢查給出了D+和D-線的工作情況，在沒有USB總線分析儀的情況下，這種方法非常有效。

復位處理器，將電纜連接至PC USB端口，初始化代碼執行完畢后，在設置CONNECT位的語句前停止運行。該語句如下：

wreg(rUSBCTL,bmCONNECT);	// Connect to USB

在執行該語句之前，D+和D-應均為低電平。這是因為電纜的主機側電路通過15k電阻將這些信號下拉至地?，F在，單步執行CONNECT語句后，MAX3420E在D+和VCC (3.3V)之間接入一個1.5k內部電阻。此時，D+應變為高電平，其后會出現一些突發脈沖(圖4)。

圖4. 設置CONNECT = 1時，D+變為高電平，并出現一些突發脈沖。

上面的波形是D+，下面的是D-。該突發波形持續約18s，然后消失。D+保持高電平，D-保持低電平，然后彈出下面的Windows XP消息框(圖5)：

圖5. Windows XP提示消息

怎么回事?
請注意，程序為單步執行。到目前為止所作的只是連接了D+上拉電阻。該上拉提示PC有新的USB設備剛剛插入，因此PC開始向該設備發送信號，確定設備類型。這就是圖4中的脈沖信號。由于微控制器代碼停止運行，因此不會命令MAX3420E做出任何響應。PC由于沒有收到響應信號，最終決定(18秒后)忽略該設備。D+為高電平和D-為低電平的總線狀態稱為“USB總線掛起”或者“掛起”。主機停止發送任何信號，MAX3420E的D+上拉電阻保持D+信號為高電平。

圖6. 總線工作情況說明(沒有畫出NAK)

圖6所示為利用LeCroy Instruments (LeCroy兼并了CATC，CATC是該分析儀的最初生產商)的USB總線分析儀測得的總線過程。當PC探測到設備插入后(CONNECT = 1)，它發出一個USB總線復位信號(沒有畫出)。然后，在Transfer 0，它發出一個“GET_DESCRIPTOR”請求以獲取“DEVICE”類型。5.687s之后，PC發出第二個USB總線復位信號，再嘗試5.578s，要求得到設備描述符。PC第三次復位總線，再嘗試5.580s，然后掛起總線并放棄嘗試。由于沒有運行固件，設備不會聽取或應答(ACK) PC的請求。

圖7. 圖6中第一次傳輸過程展開后的數據包和NAK握手信號

為清晰起見，圖6沒有畫出MAX3420E回送的NAK (非應答)握手信號。圖7將第一次傳輸過程展開，詳細地顯示數據包?，F在可以看到Transfer 0以下面三個封包開始：

1. 主機向剛剛連上的設備 在這種情況下，USB發送地址0)發送一個SETUP包(63)。
2. 主機發送一個DATA包(64)，包含一個8字節“操作碼”。
3. 外設(MAX3420E)回送一個ACK包(65)，確認無差錯地收到兩個主機封包。

如果打開含有MAX3420E的系統，插入USB，設置CONNECT = 1 (但是不再進行其他操作)，MAX3420E將發出ACK握手包(上面第3步的65字節包)。MAX3420E硬件自動應答CONTROL傳輸的SETUP階段，這是由USB規范規定的。

接下來，主機開始發送IN請求，并從Transaction 1開始。對應每個IN請求，MAX3420E回送NAK (非應答)握手信號。這是因為還沒有運行程序，因此，與MAX3420E連接的微控制器不會收到SUDAV IRQ (Setup數據就緒中斷請求)。

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注意：MAX3420E通過置位SUDAV IRQ，提示微控制器收到了SETUP包。該信息通知微控制器需要對數據包解碼，并回送要求的數據作為響應。

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這些IN-NAK過程持續5.687s，此時PC會復位總線，開始第二次嘗試。圖4中的脈沖信號即是IN-NAK過程。如果仔細觀察示波器，5s后波形將略有變化―這對應總線復位(D+和D-同時置低約30ms)，其后是另一個SETUP包。然后，IN-NAK再持續5s。

供參考：另一個分析儀

圖8. Beagle分析儀

產生圖6和圖7波形的USB總線分析儀可能超出了您的預算。盡管本應用筆記假設您只有一個示波器和歐姆表，我們還是強烈建議在USB開發過程中使用USB總線分析儀。我們使用的LeCroy/CATC具有多種優點，包括友好的界面和豐富的軟件，最重要的是它享有工業標準USB測量工具的美譽。通過比對CATC波形來確定實際情況，解決了許多爭論不休的問題(硬件、軟件和芯片等)?？偩€總是如實反映情況。

幸虧現在有低成本USB分析儀。圖8所示為Beagle-USB的屏幕截圖。Beagle分析儀能夠以比LeCroy/CATC低很多的價格顯示總線的工作情況。如果對比圖8中的Index 10和圖6中的64字節數據包，會發現它們顯示了完全相同的SETUP數據包。

檢查進程

如果觀察到了圖4中的信號，已經可以確定USB連接器的連線是正確的，而且MAX3420E供電正常。如果還沒有觀察到該顯示，可以嘗試以下措施：

• 測量MAX3420E的RES#引腳，確定其為高電平。
• 測量晶振，確保其振蕩頻率為12MHz。必須是12MHz ±0.25%才能滿足USB規范。如果超出容限，檢查所連接的負載電容是否與并聯諧振晶體所規定的電容一致(通常采用18pF)。
• 檢查VCC是否為3.3V。
• 檢查系統接口電壓VL。確保不超過3.6V。
• 如果由VBUS通過一個3.3V穩壓器對MAX3420E的VCC引腳供電，確定連接了USB。否則，MAX3420E的VCC無法供電。

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注意：由于固件運行與否和USB電纜連接無關，因此，與總線供電的設計相比，調試自供電設計要簡單一些?？梢韵炔捎猛獠?a target="_blank">電源對樣機供電。如果需要，以后可以再轉為總線供電。

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下一步檢查您的控制器是否能夠成功地通過SPI總線與MAX3420E寄存器組進行通信。

檢查rreg()和wreg()。
編寫任何程序，無論是采用Maxim的實例代碼還是自己從頭開始編寫代碼，都需要使用讀寫MAX3420E寄存器的函數。下面的例子使用了這些函數原型：

unsigned char rreg(BYTE r);   // Read a MAX3420E register byte
void wreg(BYTE r,BYTE v);     // Write a MAX3420E register byte

在調試處理USB傳輸的代碼前，先編寫一個簡單的子程序來測試這些函數。參見圖9的例子：

圖9. 單步執行，檢查“rd” 8次，驗證SPI接口與MAX3420E的通信情況。

圖9中的測試代碼先復位MAX3420E，然后向USBIEN寄存器寫入每字節移動1位的8個字節。每個字節中有一位置位，從00000001開始，然后是00000010，最終以10000000結束。單步執行該函數，檢查“rd”值8次，確定其值為0x01，0x02，0x04，0x08，0x10，0x20，0x40和0x80。如果是這樣，則可以確定SPI接口寄存器的寫和讀操作均正常。如果能夠寫入USBIEN寄存器，并可靠的讀回其內容，那么就可以讀寫所有的MAX3420E寄存器。

圖10. 采用MAXQ2000微控制器的Rowley CrossStudio開發工具，單步執行，檢查變量值。將光標指向“rd”，其數值會彈出。

圖10所示為采用CrossStudio調試MAXQ2000微控制器的屏幕截圖。將光標指向“rd”變量時，將激活彈出窗口(截圖沒有顯示光標)。單步執行代碼時，可采用這種方式來查看任何變量。

測試代碼首先設置微處理器SPI端口。對應每種微處理器類型和特定IO引腳分配，SPI_Init()函數各不相同。然后，代碼向PINCTL寄存器寫入0x10，設置MAX3420E SPI接口為全雙工工作模式。這將置位FDUPSPI位。代碼置位CHIPRES位，然后對其清零，使MAX3420E處于已知的狀態。建議在代碼的開始部分包含芯片復位功能，從而在每一個調試周期的開始使MAX3420E處于已知的狀態。

如果圖10中的代碼沒有產生正確的結果，應檢查SPI信號，確定其工作是否正常。

圖11. 執行第一次wreg()調用

測試程序test_SPI()中的第一次wreg()調用，向MAX3420E的寄存器17寫入數值0x10。SPI總線的波形應與圖11所示一致。

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注意：圖11所示的波形使用SPI模式(0,0)，在SCLK的上升沿采樣SPI數據，SCLK的空閑電平為低電平。SPI接口不同，顯示的波形會有不同的脈沖持續時間，但是對應SCLK上升沿的數值應該相同。

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每次訪問SPI的第一個字節是命令字節，其字節格式如圖12所示。注意圖11中對應前一部分SLCK上升沿的MOSI波形，位模式10001010指定寄存器17 (第7位至第3位是10001，數值為17)。同樣，第1位為高電平，表明是寫操作。第二個字節的位模式是00010000。這是寫入寄存器17的數據，即0x10 (只有第4位FDUPSPI寄存器位置位)。因此，該SPI訪問將0x10寫入寄存器17，置位FDUPSPI位。

圖12. MAX3420E命令字節格式

得到這些波形的一種簡單方法是設置示波器或者邏輯分析儀在SS#的下降沿觸發，單步執行wreg()調用。

圖13. 第一次寫入USBIEN寄存器(test_SPI函數)

test_SPI()中的下一條語句是rreg()函數。第一次進入循環體時，將數值0x01寫入USBIEN寄存器，如圖13所示。

圖14. 第一次調用rreg()函數

然后，test_SPI()函數讀回USBIEN寄存器的數值，第一次通過循環體時，應等于1 (圖14)。每次通過循環體時，寫入和讀回的位應向左移動一個SCLK邊沿。

MAX3420E寄存器寫和讀操作驗證完畢后，可以進一步調試程序。到目前為止所有的檢查步驟均屬于“完整性檢查”?，F在，我們開始實際處理USB通信功能的第一步：需要處理器響應不同的MAX3420E中斷請求位。

IRQ位設置

似乎應該USB總線通信開始后MAX3420E才會置位中斷請求位。實際上，當MAX3420E上電時，就會有IRQ位置位，當插入USB電纜和設置CONNECT = 1時，又有其他IRQ位置位。下面介紹該啟動過程的中斷請求情況。

完成復位
當MAX3420E完成復位后，即使還沒有插入USB，某些中斷請求位就會置位。這些位是：

EPIRQ寄存器:

• IN3BAVIRQ
• IN2BAVIRQ
• IN0BAVIRQ

EPIRQ寄存器的初始值應為0x19。MAX3420E置位這三個IRQ位，指示三個IN端點FIFO已經準備就緒，可以裝入數據。BAV表示“Buffer Available”。

USBIRQ寄存器:

• OSCOKIRQ

USBIRQ寄存器的初始值應為0x01。上電時，MAX3420E啟動其片內振蕩器。振蕩器穩定后，MAX3420E置位OSCOKIRQ位，指示已經準備就緒，可以進行工作。如果程序沒有通過OSCOKIRQ位檢查，請確定VCC引腳電壓為3.3V。VCC為振蕩器供電。

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注意：MAX3420E IRQ寄存器位不論其對應的使能位(在EPIEN和USBIEN寄存器中)是否置位，均可有效置位。使能位決定是否將請求位傳送到驅動INT引腳的邏輯電路。參見應用筆記3661，MAX3420E中斷系統，了解更詳細的信息。

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USB插入后
插入USB (CONNECT = 0)后，即使USB沒有通信，仍有一些USBIRQ位會置位。EPIRQ位與上面的情況一致，但是更多的USBIRQ位將置位：

USBIRQ寄存器:

• OSCOKIRQ
• VBUSIRQ (可能)

VBUSIRQ位指示MAX3420E通過檢測VBCOMP引腳上的5V信號，探測到插入了USB電纜。這假定您已經將USB連接器的VBUS引腳連接至MAX3420E微控制器(VBUS比較器)的輸入引腳。

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注意：USB連接器的VBUS引腳接MAX3420E的VBCOMP輸入引腳是可選項。VBCOMP引腳不對MAX3420E內部供電。它只連接至內部VBUS比較器。

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設置CONNECT = 1之后
連接USB使主機發出一個總線復位信號，產生Get_Descriptor-Device請求，最終掛起總線。這些操作會置位USBIRQ寄存器中的更多IRQ位。注意，USB總線復位將清除VBUSIRQ位。

EPIRQ寄存器:

• IN3BAVIRQ
• IN2BAVIRQ
• IN0BAVIRQ
• SUDAVIRQ (通信開始后)

USBIRQ寄存器:

• OSCOKIRQ
• URESIRQ
• URESDNIRQ
• SUSPIRQ (最后)

如果將VBUS接VBCOMP引腳，USBIRQ寄存器讀數為0x8D，并持續約20s，然后由于主機掛起總線，讀數變為0x9D。

接下來的情況會取決于您的代碼。如果您觀察到的情況和前面吻合，則表明系統一切正常，可以繼續往下檢查您的代碼。

調試方法：通過3個步驟觸發中斷

剩下的檢查是確保固件能夠正確響應PC發出的不同USB請求命令，并由MAX3420E給出相應信號。如果啟動程序，插入USB后，什么也沒有發生(可能會出現Windows USB錯誤消息)，那么可能是您的程序沒有處理中斷。下面的調試方法可以幫助解決這些中斷問題。

第1步: 輪詢IRQ位
首先，編寫代碼直接輪詢IRQ位，當關心的IRQ位置位后，使處理器進行相應操作。即使主程序循環進行直接輪詢，也最好使能中斷(各IEN位 = 1和IE = 1)。這樣可以通過觀察MAX3420E INT引腳來了解其工作情況。這一步有效地取消了微控制器中斷系統(和代碼)檢查，使您能夠集中精力實現正確的USB功能。當連續讀取EPIRQ和USBIRQ寄存器時，不必擔心浪費的SPI周期―這一步的目的是使USB正常工作。

第2步: 輪詢INT引腳狀態
一旦USB工作正常后，進行第二步，修改程序來輪詢MAX3420E INT引腳狀態，檢查懸掛的中斷。如果第1步已經驗證了程序，那么在程序主循環中有部分代碼一直讀取EPIRQ和USBIRQ寄存器，檢查懸掛的中斷。插入輪詢微控制器中斷引腳狀態(連接在MAX3420E INT引腳上)的語句，修改第1步的連續檢查。如果MAX3420E INT引腳未產生中斷，可以跳過讀取EPIRQ和USBIRQ寄存器的語句。這種簡單的檢查方式極大地減少了微控制器和MAX3420E之間的SPI數據流量，這是因為只有IRQ位置位時，才對其進行測試。

第3步: 檢查微控制器中斷程序
第3步也是最后一步，將MAX3420E整合到微處理器的中斷系統中。這通常要寫一個中斷向量，以自動將程序執行位置指向MAX3420E處理程序。