引言
我工作时喜欢有点背景音乐，会打开Windows Media Player，按下 PLAY键来播放音乐。但有电话打进来时，我希望能不用鼠标在桌面上到处找Media Player图标来调低音量或按暂停键。另外，我还有一个朋友抱怨在用PC机玩视频游戏时，游戏会占据整个屏幕，因此调整音量非常麻烦。
为解决这一问题，本文提供了一个新方案来实现Windows操作系统下的音量控制。 该方案使用一个连接USB端口的旋钮来控制音量，转动旋钮调节音量，按下旋钮暂停播放，再按一次恢复播放。按下并旋转旋钮可以进行选曲。由于它控制整个Windows的音量，因此也控制所有正在被播放的音乐，包括你的Email告警和游戏音乐，这样即使Windows Media Player不是当前活动窗口也可以被控制。
我把这一设计称为USB HID (人机接口设备) （如图1），不需驱动程序，只需将该HID兼容设备插入Windows系统就可以工作。对Windows系统来说，我的HID控制器就像一个遥控器，可以在 HID 报告中看到它 (当然不止这一个)。目前，这个有趣的控制器在我的键盘旁边有了一个固定位置
。
低成本 USB
设计需要挑选一套低成本的微控制器 + USB方案。我在网上找到几款集成了USB控制器的微控制器，但都很昂贵，而且需要我不具备的开发工具。看来我只能选择Atmel的AVR微控制器了，因为我已经有了一套Atmel的 JTAGICE-II，一个低成本的全功能 ICE (在线仿真器)。在Atmel AVR 产品线的低端，从Digi-Key得到AtTiny13的单片报价仅为$1.29，而且提供小型的8脚SOIC封装，非常适合这一应用。Atmel 提供了很好的低成本开发工具，其中包括一个叫作AVRStudio的汇编编译器，可被用来编写汇编代码。
AtTiny13不包括 USB控制器，但没问题，Maxim的MAX3420E是一个包括了USB收发器的低成本USB控制器，其与mC的接口仅需几根SPI(串行外设接口)数据线，它将占用AtTiny五个I/O 接口中的4个，但MAX3420E自己还有 I/O，可以补偿被占用的I/O，原理图如图2：
U1 是USB控制器，通过SPI接口配置寄存器。U2连接USB接头上的 5V VBUS 信号，将其降压到3.3V给MAX3420E 和AtTiny13供电。旋钮编码器和LED接MAX3420E的通用输入输出引脚。J2用来给AtTiny调试和装载程序。电阻R4 用来隔离系统复位信号与可编程/装载复位信号。当装载器或ICE使用J2时，上拉电阻R3用来关断MAX3420E 的SPI接口。
为了节省一个引脚，AtTiny13采用半双工模式与MAX3420E 的SPI接口中的一根双向数据线通信(既做 MOSI又作MISO)。电阻R7 用来避免读取MAX3420E寄存器数据时造成冲突。在第8个SCLK 上升沿，MAX3420E SPI接口采样命令字节第8位，随后开始在数据线上输出第1位数据。由于采用bit-bang 的SPI接口无法在数据第8位将SCLK拉高，然后在同一指令内立即放弃对数据线的控制，所以有一段时间 AtTiny13和MAX3420E都在驱动数据线 。电阻R7用来在此期间限制电流，限制到大约3mA。
SPI通信
AtTiny13并没有一个硬件的SPI单元，但幸运的是MAX3420E的SPI接口非常简单，可以任何速度运行。这意味着AtTiny13可通过软件利用bit-bang方式的I/O模拟SPI接口。MAX3420E可支持3线, 4线或5线的SPI接口。不能减少的信号是SCLK (串行时钟), SS# (从器件选择)，以及一个双向数据引脚MOSI/MISO (主出从入/主入从出)。我用了AtTiny13的第4个输入引脚连接MAX3420E 的INT 引脚，以节省代码空间，降低SPI总线流量。
关于HID
USB HID的规格书定义了一系列传感器、按钮、灯光等用户希望连接到应用程序的外设。 “Universal Serial Bus HID Usage Tables”(www.usb.org)详细介绍了数百种建议的“应用”。如果你希望建立一个弹球仿真程序的控制器，你可以在 “Game Controls”那一页(在HID中每一类设备都有一“页”)看到挡板的“Usage ID”是0x2A。当你建立自己的HID报告格式时，可以将报告字节中的一位对应该页代码，这样，该弹球仿真程序就可以自动搜寻该HID设备，在器件报告描述符中找到该页代码，如果匹配 ，会将该位对应成一个弹球挡板。
这并不意味着每一个弹球仿真程序会检查所有应用。HID是一个双向协议：HID设备和 Windows应用必须使用HID规范中指定的代码。