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ＵＳＢでパソコンと通信（準備編）
（PIC18F4550）

更新日２００９．１２．１３

パソコンにプリンタやハードディスクを接続する場合、ＵＳＢケーブルで接続することが多いと思います。
これらの機器と同じように、ＰＩＣをＵＳＢでパソコンと接続して通信する実験を行います。

雛形となるサンプルプログラムがＰＩＣ側／ＰＣ側で提供されていますので、そのまま動かして動作を確認する事ができます。
まずは、必要なものをそろえる所から始めましょう。

このページの内容
・ＵＳＢについて
・ＵＳＢ機能を内蔵したＰＩＣ
・マイクロチップテクノロジー社が提供するＵＳＢフレームワーク
・ＵＳＢフレームワークのダウンロード
・ＵＳＢフレームワークのインストール
・インストールしたフォルダの内容


ＵＳＢについて
・・
ＵＳＢ（Universal Serial Bus：汎用シリアルバス）は、ホスト機器（パソコンなど）にさまざまな周辺機器を接続するための規格です。

２０００年代以前のパソコンは、接続する周辺機器ごとに専用のインタフェースで接続していました。
例えば
・プリンタ：　パラレル
・モデム：　ＲＳ−２３２Ｃ
・マウス：　ＰＳ／２
・外付けＨＤＤやＣＤ：　ＳＣＳＩ

１９９８年にＵＳＢ１．１が規格化されて、Ｗｉｎｄｏｗｓ９８ＳＥで標準サポートされてからＵＳＢの普及が進み、今では上記例の周辺機器は全てＵＳＢ接続が主流になっています。
２０００年にはＵＳＢ２．０が規格化されています。

現在は、USB1.1とUSB2.0の２種類が主に使われており、その特徴は下表の通りです。
USB2.0はUSB1.1を包含した規格になっています。

規格転送速度転送モードとパケット長
コントロールインタラプトバルクアイソクロナス
USB2.0USB1.1ロースピード1.5Mbps1〜81〜8−−
フルスピード12Mbps1〜641〜641〜641〜1023
ハイスピード480Mbps1〜641〜10241〜5121〜1024
　　２００８年１１月に、ＵＳＢ３．０（スーパースピード：5Gbps）が規格化されました。
　　２０１０〜２０１１年には、ＵＳＢ３．０搭載パソコンが出てくると思われます。


ＵＳＢ機能を内蔵したＰＩＣ

ＵＳＢ機能を内蔵したＰＩＣは、ＰＩＣ１８ファミリー／ＰＩＣ２４ファミリー／ＰＩＣ３２ファミリーで提供されています。
共通点は、ＵＳＢ２．０対応でフルスピードをサポートしている事です。

ＰＩＣ１８ファミリーの中でも、扱いやすいＤＩＰパッケージで提供されている機種として以下のものがあります。
ＰＩＣ１８Ｆ４５５０（４０ピン）
ＰＩＣ１８Ｆ２５５０（２８ピン）
ＰＩＣ１８Ｆ１４Ｋ５０（２０ピン）
このページでは、ＰＩＣ１８Ｆ４５５０を搭載したＵＳＢボード使います。
（下の写真の左上，４０ピンのＤＩＰパッケージとピン互換）

上はＰＩＣ１８Ｆ４５５０
　・右は、ＤＩＰタイプ
　・左は、USBコネクタなどを実装したUSBボード（秋月電子 \1,100）

真ん中はＰＩＣ１８Ｆ２５５０
　・右は、ＤＩＰタイプ
　・左は、USBコネクタなどを実装したUSBボード（秋月電子 \1,000）
下はＰＩＣ１８Ｆ１４Ｋ５０


マイクロチップテクノロジー社が提供するＵＳＢフレームワーク
　
ＵＳＢインタフェースは、ＲＳ−２３２Ｃなどと比べて規格が難しく敷居が高いのですが、マイクロチップ社が無償で提供するＵＳＢフレームワークを使うと簡単にＵＳＢアプリケーションが開発できます。

このＵＳＢフレームワークには、パソコン側のドライバやサンプルプログラムなども含まれており、プログラムを変更せずにそのまま動作を確認できます。
ＵＳＢの接続処理などの複雑なことはフレームワークに任せ、送受信部分にのみ手を加えればＵＳＢ通信プログラムを開発できます。

マイクロチップ社のＵＳＢフレームワークがサポートするクラスには以下のものがあります。
バージョンアップする毎にサポート範囲も拡大しています。

ＨＩＤクラスHuman Interface Deviceクラス
マウス，キーボード，ジョイスティックなどの低速デバイスとして動作する
ＣＤＣクラスCommunication Device Class
USB接続上でＲＳ−２３２Ｃをエミュレーションする
ＢＯＯＴクラスBootloaderクラス（独自）
USB経由でのプログラマ機能
Mass StorageクラスMass Storageクラス
大容量記憶装置として動作する
AudioクラスAudioクラス
マイク、楽器、スピーカ、ヘッドセットなど
後のページで順に実験する予定です。

ＵＳＢフレームワークのダウンロード
　
それでは早速ＵＳＢフレームワークをダウンロードしてインストールしましょう。

まずは、マイクロチップテクノロジー社のサイトで、以下のようにＵＳＢを選択します。
「Applications」→「Wired Connectivity」→「USB」
次に表示される以下のウィンドウで、「ソフトウェア/ツール」を選択します。
続いて、以下の吹き出し部を選択します。
２００９年１２月５日現在、「MCHPFSUSB Framework」のバージョンは、v2.6になっていました。
そして、以下のダウンロードページが表示されますので下にスクロールします。
スクロールすると「MCHPFSUSB Framework v2.6」の記述がありますが、さらに下にスクロールします。
ようやくダウンロードページにたどり着きました。
下の吹き出しで示したリンクをクリックするとダウンロードが開始されます。

ＵＳＢフレームワークのインストール

ダウンロードしたファイルを解凍し、中のインストーラを起動します。
「Microchip Application Libraries v2009-11-18 Installer.exe」

セットアップウィンドウの記述で分かるように、目当ての「MCHPFSUSB v2.6」以外にいくつかのライブラリが同時にインストールされます。


「Next」をクリック

「I Agree」をクリック

「I Agree」をクリック

必要であれば、格納先フォルダを変更し、「Next」をクリック

「Install」をクリック

「Finish」をクリックしてインストールは完了です。


インストールしたフォルダの内容

インストールしたフォルダには以下のように多くのサブフォルダが作成されます。
この中で今後使うフォルダは、「Microchip」と「USB Device」で始まるフォルダです。

「Microchip」フォルダには、ＵＳＢフレームワークのライブラリが格納されており、どのクラスを使う場合でも必要になります。
一方、「USB Device」で始まるフォルダは、各クラスの雛形が格納されています。PIC側／PC側両方のサンプルが提供されています。