40-畢業(yè)設(shè)計論文-基于USB接口的讀卡器的設(shè)計

1、目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc136320475 目 錄摘 要 PAGEREF _Toc136320475 h 1 HYPERLINK l _Toc136320476 摘 要 PAGEREF _Toc136320476 h 2 HYPERLINK l _Toc136320477 ABSTRACT PAGEREF _Toc136320477 h 3 HYPERLINK l _Toc136320478 第一章 緒論 PAGEREF _Toc136320478 h 3 HYPERLINK l _Toc136320479 讀卡器的發(fā)展?fàn)顩r PAGEREF _T

2、oc136320479 h 3 HYPERLINK l _Toc136320480 讀卡器的出現(xiàn) PAGEREF _Toc136320480 h 3 HYPERLINK l _Toc136320481 各種固體可移動存儲卡的簡單介紹 PAGEREF _Toc136320481 h 4 HYPERLINK l _Toc136320482 讀卡器的發(fā)展?fàn)顩r PAGEREF _Toc136320482 h 6 HYPERLINK l _Toc136320483 基于USB接口的讀卡器的設(shè)計目和意義 PAGEREF _Toc136320483 h 8 HYPERLINK l _Toc136320484

3、 第二章 USB技術(shù)的簡單介紹 PAGEREF _Toc136320484 h 9 HYPERLINK l _Toc136320485 發(fā)展歷程 PAGEREF _Toc136320485 h 9 HYPERLINK l _Toc136320486 規(guī)范的版本 PAGEREF _Toc136320486 h 10 HYPERLINK l _Toc136320487 PAGEREF _Toc136320487 h 11 HYPERLINK l _Toc136320488 1394 PAGEREF _Toc136320488 h 11 HYPERLINK l _Toc136320489 的優(yōu)點 P

4、AGEREF _Toc136320489 h 12 HYPERLINK l _Toc136320490 易于使用 PAGEREF _Toc136320490 h 12 HYPERLINK l _Toc136320491 速度快 PAGEREF _Toc136320491 h 13 HYPERLINK l _Toc136320492 可靠性 PAGEREF _Toc136320492 h 14 HYPERLINK l _Toc136320493 低成本 PAGEREF _Toc136320493 h 14 HYPERLINK l _Toc136320494 低功耗 PAGEREF _Toc136

5、320494 h 14 HYPERLINK l _Toc136320495 操作系統(tǒng)的支持. PAGEREF _Toc136320495 h 14 HYPERLINK l _Toc136320496 外圍設(shè)備的支持. PAGEREF _Toc136320496 h 15 HYPERLINK l _Toc136320497 有彈性 PAGEREF _Toc136320497 h 15 HYPERLINK l _Toc136320498 實施者論壇 PAGEREF _Toc136320498 h 15 HYPERLINK l _Toc136320499 2.3 USB的缺點 PAGEREF _To

6、c136320499 h 16 HYPERLINK l _Toc136320500 缺乏對舊硬件的支持 PAGEREF _Toc136320500 h 16 HYPERLINK l _Toc136320501 點對點的通信 PAGEREF _Toc136320501 h 16 HYPERLINK l _Toc136320502 速度的限制 PAGEREF _Toc136320502 h 16 HYPERLINK l _Toc136320503 距離的限制: PAGEREF _Toc136320503 h 16 HYPERLINK l _Toc136320504 硬件的錯誤或故障 PAGEREF

7、 _Toc136320504 h 17 HYPERLINK l _Toc136320505 協(xié)議的復(fù)雜性 PAGEREF _Toc136320505 h 17 HYPERLINK l _Toc136320506 版權(quán)費(fèi) PAGEREF _Toc136320506 h 17 HYPERLINK l _Toc136320507 與常用計算機(jī)接口比較 PAGEREF _Toc136320507 h 17 HYPERLINK l _Toc136320508 通信基本原理 PAGEREF _Toc136320508 h 19 HYPERLINK l _Toc136320509 通用串行總線 PAGERE

8、F _Toc136320509 h 19 HYPERLINK l _Toc136320510 2.信號在USB總線上的傳遞 PAGEREF _Toc136320510 h 19 HYPERLINK l _Toc136320511 通信的完全實現(xiàn) PAGEREF _Toc136320511 h 23 HYPERLINK l _Toc136320512 第三章 基于USB接口的讀卡器的設(shè)計與實現(xiàn) PAGEREF _Toc136320512 h 25 HYPERLINK l _Toc136320513 總體框架設(shè)計及功能定義 PAGEREF _Toc136320513 h 25 HYPERLINK

9、l _Toc136320514 3.1.1 USB控制器芯片 PAGEREF _Toc136320514 h 26 HYPERLINK l _Toc136320515 3.1.2 FLASH存儲器 PAGEREF _Toc136320515 h 26 HYPERLINK l _Toc136320516 方案的選定 PAGEREF _Toc136320516 h 28 HYPERLINK l _Toc136320517 控制芯片的選型 PAGEREF _Toc136320517 h 28 HYPERLINK l _Toc136320518 3.2.2 NAND FLASH PAGEREF _To

10、c136320518 h 33 HYPERLINK l _Toc136320519 原理圖的設(shè)計 PAGEREF _Toc136320519 h 35 HYPERLINK l _Toc136320520 印制電路板的設(shè)計 PAGEREF _Toc136320520 h 36摘 要另起一頁隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，人們處理的文件體積越來越大，現(xiàn)在人們對于移動辦公和數(shù)碼產(chǎn)品存儲的要求也越來越高，普通的軟驅(qū)存儲容量以不能滿足人們的需要，因此各種各樣的存儲卡（Compact Flash、SmartMedia、MemoryStick等）的面世滿足了用戶對大容量數(shù)據(jù)存儲的要求。那存儲卡的數(shù)據(jù)怎么轉(zhuǎn)移到PC上呢

11、？利用原始的主機(jī)設(shè)備（如數(shù)碼相機(jī)、MP3播放器等）嗎？你會發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸速度慢得讓人沮喪。這時你就需要讀卡器了，讀卡器就可以使存儲卡成為計算機(jī)的便攜式的存儲介質(zhì)，它就是連接移動存儲媒介和計算機(jī)的接口設(shè)備?？梢砸詣h除比使用串行接口的原始主機(jī)設(shè)備？更快的速度上傳或是下載圖片、音樂或是其他的數(shù)據(jù)。 本文首先介紹了讀卡器的發(fā)展?fàn)顩r以及基于USB接口的讀卡器的設(shè)計目的和意義，其中也對市場上流行的存儲卡有簡單的描述。第二章“USB技術(shù)的簡單介紹”介紹了USB(Universal Serial Bus,通用串行總線)的發(fā)展歷程，優(yōu)點和缺點，以及和其他的接口（例如RS-232,IEEE-1394等）的比較，US

12、B通信的基本原理。第三章講的是基于USB接口的讀卡器的設(shè)計和實現(xiàn)，總體框架設(shè)計和功能設(shè)計，方案選定和原理圖設(shè)計，最后是印制電路板的設(shè)計。刪除關(guān)鍵字： 讀卡器；存儲卡的硬件接口；通用串行總線；刪除USB基本原理刪除 ABSTRACTWith the development of computer technology, the file people deal with is bigger and bigger. Now請斟酌, peoples demand is higher and higher for the data storage of mobile work and digital

13、products. The common floppy drive storage can not meet the peoples expectations. As a result, there appeared a great variety of flash memory ( such as Compact Flash、,Smart Media、,Memory Stick ) to satisfy people who needed mass storage of data. However, how did you transfer the data to personal comp

14、uter?請斟酌 May be you will choose the original host device (such as a digital camera or MP3 player) .You will find the slow data transfer speed made you so depression. Then you need the flash card reader. The flash card reader allows flash cards to be used as portable storage for computers. It is the

15、interface device of computer and mobile storage medium. The flash card reader can enable the uploading and downloading of data at higher speeds than a host device using a serial interface. For the first ,the textthis paper introduce the development status of the flash card reader , the design purpos

16、e of the flash card reader using USB interface and some of the flash cards available in the market. Second chapter , the simple description of USB is consist of the development course of USB (Universal Serial Bus) , advantage & disadvantage, compare with other interfaces（such as RS-232, IEEE-1394 ）,

17、the rationale of USB communication. Third chapter introduce the design and implement of flash card reader. This part comprises the general frame design & the function design, project selection & principle chart design, and the PCB (Printed Circuit Board) design.Key word: the flash reader； the hard i

18、nterface of flash memory；USB (Universal Serial Bus)；the rationale of USB communication小4第一章 緒論所以一層標(biāo)題為4號，黑體，不加黑，頂格，編號為“1”，例如，“1 緒論”讀卡器的發(fā)展?fàn)顩r讀卡器的出現(xiàn)提起讀卡器，很多人都立即會想到這種產(chǎn)品是配合數(shù)碼相機(jī)而產(chǎn)生的，不過目前已經(jīng)不再局限于數(shù)碼相機(jī)使用了，而是擴(kuò)展到了更多的領(lǐng)域?！白x卡器”顧名思義是一種讀取數(shù)據(jù)的設(shè)備，但其不單單可以支持?jǐn)?shù)據(jù)的讀取同樣支持?jǐn)?shù)據(jù)的寫入。其初期的設(shè)計思路主要是為了彌補(bǔ)數(shù)碼相機(jī)數(shù)據(jù)輸出的缺陷而產(chǎn)生的。由于早期USB接口并不普及，因此數(shù)碼相

19、機(jī)的輸出口都是同電腦的串口連接的，由于串口的數(shù)據(jù)傳輸速度很低，如果把這些數(shù)據(jù)拷貝到硬盤上，那就要花費(fèi)大量的等待時間了。因此，讀卡器就應(yīng)運(yùn)而生了。 PC和便攜式設(shè)備的移動外部存儲介質(zhì)，現(xiàn)以有多種標(biāo)準(zhǔn)，其各自有著一定的優(yōu)點，以下是對各種存儲卡的簡單介紹 1.CF卡 各層標(biāo)題均單獨(dú)占行書寫。標(biāo)題序數(shù)頂格書寫，后空一格接寫標(biāo)題，末尾不加標(biāo)點。第四級以下單獨(dú)占行的標(biāo)題順序采用A. B. C.和a. b. c.兩層，標(biāo)題均空四格書寫序數(shù)，后空一格寫標(biāo)題。正文中對總項包括的分項采用、單獨(dú)序號，對分項中的小項采用、的序號或數(shù)字加半括號，括號后不再加其它標(biāo)點。下同，不再贅述。CF卡的全稱是Compact Fla

20、sh,由當(dāng)時最大的Flash Memory卡廠商之一美國SanDisk公司于1994年推出的。大小為43mm x 36mm x ，重量大約在15克以內(nèi)CF卡使用FLASH作為存儲媒介，無需供電也能保存資料，而且工作時耗電量也很低，3.3 V，5 V外電壓通用，其耗電量只相當(dāng)于傳統(tǒng)存儲設(shè)備如磁帶、硬盤的3%或更低，適合用在移動設(shè)備上。由于推出時間早，所以發(fā)展上較為成熟，采用ATA協(xié)議的Compact Flash的接口為50針。由于應(yīng)用較早加上容量上的優(yōu)勢，目前很多款數(shù)碼相機(jī)上都是使用這種閃存卡來作為存儲介質(zhì)，而且兼容性較好，可用在PC Card Type II型兼容插槽上。市面上也有很多讀卡設(shè)備

21、支持，但是它過大的體積和重量則將限制它的發(fā)展。新推出的CF卡Elite Pro。采用50X，比CF卡的讀寫速度要快很多，支持雙電壓，分別是和5V兩種，它也可用在PC Card Type II型兼容插槽上。2.SM卡 SM卡的全稱是Smart Media ，由東芝公司（TAEC）于1995年11月發(fā)布的Flash Memory存貯卡，三星公司和東芝公司是最主要的Smart Media廠商。從它的體積來說，45mm x 37mm x 使它成為當(dāng)時最薄的Flash Memory存貯卡，僅重克。接口方面，Smart Media采用了單面22針的接口，我們在卡外部只能看到扁平的金手指。驅(qū)動電壓。由于控制

22、格式的不統(tǒng)一，在以前它的兼容性則不太好，往往出現(xiàn)格式互不兼容的現(xiàn)象，有時會出現(xiàn)不同廠商的數(shù)碼相機(jī)或MP3上使用的SM卡互不能直接使用，或者新的大容量SM卡不能被舊的SM讀取設(shè)備所讀取等怪現(xiàn)象，但是現(xiàn)在東芝公司則力圖統(tǒng)一這種控制格式，希望可以提高它的兼容水平。早期設(shè)計上的問題使得它在兼容性上有不少缺點。3.MMC卡 MMC的全稱是Multi Media Card，是一種小巧大容量的快閃存儲卡,由西門子公司Siemens縮進(jìn)2格（現(xiàn)在稱為Infineon）和首推CF的SanDisk于1997年推出。由于它的封裝技術(shù)較為先進(jìn)，而且目前已經(jīng)相當(dāng)成熟，它的外形尺寸大約為 32mm24mm，重量在2克以下

23、，7針引腳，它的體積甚至比Smart Media還要小，不怕沖擊，可反復(fù)讀寫記錄30 萬次,驅(qū)動電壓V,現(xiàn)在這種閃存卡已廣泛用于移動 ，數(shù)碼相機(jī)，數(shù)碼攝像機(jī)，MP3等多種數(shù)碼產(chǎn)品上。體積小重量輕非常符合移動存儲的需要，而且它的構(gòu)架更為簡單，在兼容性來說也不錯，可與SD插槽兼容，相互不同的設(shè)備之間是可以通用的，就目前來看MMC卡是應(yīng)用最多、最廣泛的存儲卡之一。其微縮版RS-MMC卡僅在長度方面作了裁減，接口方面則與MMC保持一致，通過一個適配器(Dongle)便可以還原為一張普通的MMC卡。MMCA組織習(xí)慣針對不同的終端市場推出不同的存儲卡。MMC plus與MMC mobile將分別對應(yīng)MMC

24、和RS-MMC的尺寸，MMC plus的引腳數(shù)為13，尺寸跟MMC一樣大，增加的引腳主要用于大幅提高傳輸速率。MMC mobile的引腳數(shù)為8，支持雙電壓操作模式(1.8V/3V)，尺寸為 18。MMCA組織表示，MMC plus與MMC mobile卡可被MMC讀卡設(shè)備兼容，并提供最高52MHzX8bit的數(shù)據(jù)傳送速率，可以極大的減少存取時的功率損耗和搜索文件的時間。另外MMCA組織還推出了一種MMC micro的存儲卡，它的引腳數(shù)為10，現(xiàn)已獲得諾基亞、三星等 廠商的支持。MMC micro卡與RS-MMC相比，尺寸更小，功耗也更低，存取速度方面則和MMC mobile相當(dāng)。4.SD卡 S

25、D卡的全稱是Secure Digital，意為“安全數(shù)碼”，它是由日本兩大電器集團(tuán)松下電器、東縮進(jìn)2格芝和SanDisk聯(lián)合推出，1999年8月首次發(fā)布。由于SD卡數(shù)據(jù)傳送和物理規(guī)范皆由MMC發(fā)展而來，因此大小和MMC差不多，尺寸為32mm x 24mm x 。僅是比MMC是厚了，以容納更大容量的存貯單元，重量上也秉承了MMC的輕重量，僅重約克。SD的插槽可以兼容最新版本的MMC卡。從外觀上的區(qū)別來看，由于SD接口除了保留MMC的7針外，還在兩邊加多了2針作為數(shù)據(jù)線，并且?guī)Я宋锢韺懕Ｗo(hù)開關(guān)，可防止存儲的數(shù)據(jù)被誤刪除。 在容量方面，目前市場上已經(jīng)有為了適應(yīng)小型化，SD卡推出了Mini SD卡，引

26、腳數(shù)為11，尺寸為20mm x 2mm x mm。還有micro SD卡，引腳數(shù)為8，尺寸為15mm x 11mm x 1mm。兩種卡的驅(qū)動電壓都還是2.7-3.6V,主要也是進(jìn)攻 、PDA、掌上電腦的信息終端。通過適配器可以轉(zhuǎn)接為標(biāo)準(zhǔn)的SD卡。SD卡的確有著很不俗的發(fā)展?jié)摿?，幾乎集各種優(yōu)點于一身，甚至號稱在版權(quán)保護(hù)方面是安全級別最高的Flash Memory。 5. MS卡自從1997年7月SONY宣布開發(fā)Memory Stick以來，Memory Stick已經(jīng)在Sony全系列產(chǎn)品上得到充分應(yīng)用。數(shù)碼設(shè)備的產(chǎn)品線最為豐富的SONY甚至力圖使這種Flash Memory成為業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)。SONY

27、自己稱它的中文名字是記憶棒，其實它的大小為50mm x x ，重量4克。接口是由單一平面的10針接合器連獨(dú)立針槽，并具有寫保護(hù)開關(guān)。在越來越強(qiáng)調(diào)的版權(quán)保護(hù)需求中，在1999年12月Sony推出了新的MagicGate Memory Stick，主要的變化在于加入了稱為MagicGate的Sony專利的版權(quán)保護(hù)技術(shù)，遵從SDMI的標(biāo)準(zhǔn)。SONY的Memory Stick卡中，因外形尺寸大小的不同，又分成三種規(guī)格，即Memory Stick、Memory Stick PRO、Memory Stick DUO。帶有“PRO”字樣的記憶棒速度更快，功耗也更低。Memory Stick Duo或者M(jìn)em

28、ory Stick PRO Duo 都可以通過適配器轉(zhuǎn)換成普通的Memory Stick或者 Memory Stick PRO。1.1.3讀卡器的發(fā)展?fàn)顩r隨著MP3、PDA、數(shù)碼相機(jī)、攝像機(jī)、等數(shù)碼產(chǎn)品的發(fā)展，卡式數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)使用也隨之增多。有力的推動了讀卡器的發(fā)展。目前MP3標(biāo)配的128M或者256M閃存明顯的已經(jīng)不能滿足我們的需要了，因此添置512M的閃存或更大容量的閃存成了我們的標(biāo)準(zhǔn)配置，但我們?nèi)绻袽P3歌曲拷貝到閃存上的話，只有通過MP3播放器來進(jìn)行，而這個時候我們就需要專用的連線、驅(qū)動和軟件才能完成，這樣MP3播放器的可以便攜性就差了很多，而如果這個時候我們使用讀卡器的話，完全不

29、需要MP3播放器的干預(yù)，直接就可以把MP3歌曲存放到閃存上，這樣MP3就變得使用更方便了。除了為上述的數(shù)碼設(shè)備提供便捷的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移的用處之外，目前讀卡器還被大量的運(yùn)用在移動的數(shù)據(jù)存儲上?，F(xiàn)在流行的U盤，如朗科優(yōu)盤、魯文易盤、愛國者迷你王，它們將USB控制器與閃存芯片集成在一起，體積十分小巧，對于大容量的數(shù)據(jù)傳輸十分方便。若使用讀卡器與存儲卡的組合也可以提供U盤相同的效果，存儲卡主要有CF卡和SM卡，它們都使用閃存芯片，在MP3播放器、數(shù)碼相機(jī)、PDA等設(shè)備上廣泛使用。當(dāng)USB讀卡器插上存儲卡后，就相當(dāng)于一個移動電子硬盤了。這樣輕巧方便的閃存卡就成為我們目前方便的移動存儲媒介了，而讀卡器則是這些閃

30、存用來交換數(shù)據(jù)的最方便設(shè)備。它們性能與U盤相當(dāng)，體積也不大。此外，這種組合方式具有極強(qiáng)的擴(kuò)展能力。目前存儲卡的價格不斷下跌，如果以后你需要增加容量，可以直接購買存儲卡，其價格將比同容量的整體電子硬盤便宜許多。而且如果你以后購置數(shù)碼相機(jī)或MP3播放器等設(shè)備，存儲卡可以直接使用在上邊，保護(hù)了你的投資。 目前市場上主要的閃存或者多媒體卡主要為：Compact Flash(CF) Type I/II、Micro Drive、Smart Media (SM)、Memory Stick(MS)、Memory Stick Pro(MS Pro)、Memory Stick Duo(MS Duo)、Secure

31、 Digital(SD)、mini SD 、Multi Media Card (MMC)、xD Picture Card以及NAND等眾多格式。按照讀取的閃存種類來分，讀卡器又被分為單功能讀卡器、多功能讀卡器。單功能讀卡器和多功能讀卡器的誕生單功能讀卡器一般只能讀取一種類型的閃存卡，如CF讀卡器只能讀取CF閃存卡，SM讀卡器只能讀取SM閃存卡，MMC讀卡器只能讀MMC閃存卡等等，這類讀卡器的價格較低，使用起來也挺方便的，如果手上只有一種類型的閃存卡，那么單功能讀卡器則是比較節(jié)約卻不錯的選擇。但是如果擁有了2個或以上使用不同閃存的數(shù)碼設(shè)備呢？如果需要頻繁交換CF 或者SM等類型的文件呢？這時候，

32、或許就應(yīng)該考慮配備一個多功能的讀卡器了。那樣就不需要接上太多的連接線，也不需要為各種不同的設(shè)備安裝不同的驅(qū)動程序和圖片/音頻的傳輸應(yīng)用軟件。在數(shù)碼照相機(jī)DC、數(shù)字錄像機(jī)DV，MP3播放器以及家庭多媒體設(shè)備成擴(kuò)散性普及的今天，由于制造商所使用的存儲卡規(guī)格不同，使用戶在進(jìn)行數(shù)據(jù)保存、整理、導(dǎo)入或?qū)С龅冗^程變得復(fù)雜而麻煩，在這種情況下，多功能讀卡器便應(yīng)運(yùn)而生了。多功能讀卡器給我們提供了一個完整的解決方案，它的特點就是能通吃各種不同規(guī)格的存儲卡，真正做到一卡在手，萬事無憂。目前市場中的存儲卡種類之多已經(jīng)到了令人眼花繚亂的地步，我們所熟知的就包括Compact Flash（CF/卡），Smart Med

33、ia（SM卡），Multi-Media Card（MMC卡），IBM的微型硬盤Micro Drive（MD），Secure Digital Card（SD卡）和SONY記憶棒（MemoryStick/Pro）這6個大的種類，再加上推出時間較短、格式較新的SONY MemoryStick Duo/MemoryStick Pro Duo以及Fujifilm和Olympus共同推出的xD-Picture Card等，存儲卡的種類可多達(dá)十多種，如果每一款存儲卡都使用單獨(dú)的讀卡器的話，那真是一件無法想象的事情。所以多功能讀卡器的出現(xiàn)便成功架起了不同存儲設(shè)備之間的橋梁，它為交換數(shù)據(jù)提供了更方便的解決辦法，

34、它的出現(xiàn)是十分有必要而且必須的。傳輸接口的進(jìn)化當(dāng)然，光有功能上的加強(qiáng)自然不能滿足用戶的需求，消費(fèi)者對傳輸速度的要求也在日益提高。剛開始的時候曾出現(xiàn)過采用并口或串口的讀卡器，不過由于這種產(chǎn)品接口速度過慢，而且安裝不方便，已經(jīng)基本被淘汰了，市場很快地就被后來的USB讀卡器取代了。采用USB接口的讀卡器擁有讀寫速度快，即插即用等優(yōu)勢，凡是用過USB設(shè)備的人都了解它的即插即用特性，當(dāng)連接USB外設(shè)到PC機(jī)時，系統(tǒng)會自動檢測到該設(shè)備并自動進(jìn)行配置。這樣就不再需要打開機(jī) 箱，不再需要設(shè)置DIP開關(guān)或中斷號(IRQ)，也就是所謂“熱插拔”技術(shù)。而且隨著自供電設(shè)備的不斷增多，設(shè)備甚至可以直接從USB接口獲取電

35、源，這樣也就可以省去復(fù)雜的電源連線，這無疑都是USB很優(yōu)秀的特點。接口的讀卡器能達(dá)到12Mbps的傳輸率，而接口的傳輸率則能達(dá)到接口的40倍為480Mbps。但是隨著存儲卡技術(shù)的不斷發(fā)展，當(dāng)前最快的CF卡的讀取速度已能達(dá)到56MB/s以上，此時原先的接口早已不能滿足存儲卡的速度要求，因此，在未來的日子里讀卡器會逐步取代讀卡器成為主流。 除了上述提到的讀卡器接口之外，實際上還有PCMICA卡讀卡器以及IEEE1394讀卡器，前者主要被應(yīng)用于筆記本電腦上，后者（IEEE1394）的理論傳輸率為400Mbps，相比之下要比的480Mbps要慢一些，但目前的實際傳輸率和理論傳輸率相差太遠(yuǎn)，所以IEEE

36、1394接口在實際應(yīng)用中要比快，而且現(xiàn)在1394標(biāo)準(zhǔn)的已經(jīng)出現(xiàn)“b”版本傳輸速度達(dá)到更快的bps?？上б驗镮EEE1394火線接口不像USB接口那樣普及，限制了它目前的應(yīng)用范圍。多功能讀卡器的未來趨勢隨著新格式存儲卡的不斷推出，多功能讀卡器的功能也在進(jìn)一步完善，支持目前所有存儲卡格式的多功能讀卡器也已經(jīng)出現(xiàn)在市場之上。當(dāng)然，除了在功能上的完善之外，傳輸速度的提升也是必然的事情，隨著更多IEEE1394接口的產(chǎn)品出現(xiàn)，火線接口被廣泛應(yīng)用之后，我們不難想象，今后采用1394接口的多功能讀卡器也會像現(xiàn)在的USB讀卡器一樣盛行。 只是，除了功能和速度上的進(jìn)步以外，多功能讀卡器的發(fā)展趨勢就如此單一嗎？當(dāng)

37、然不是。 “數(shù)碼相機(jī)伴侶”就結(jié)合了多功能讀卡器和移動硬盤于一身。 “數(shù)碼相機(jī)伴侶”自帶LCD屏幕和鋰電池，我們可以在脫機(jī)的情況下進(jìn)行資料的轉(zhuǎn)換和保存，內(nèi)置的移動硬盤為數(shù)碼相機(jī)、攝像機(jī)、MP3等數(shù)碼產(chǎn)品提供了巨大的（相對）存儲空間。另外目前已經(jīng)有產(chǎn)品在數(shù)碼相機(jī)伴侶的基礎(chǔ)上進(jìn)行功能的疊加，一種是增加了播放MP3的功能，利用了原先內(nèi)置移動硬盤的優(yōu)勢，使產(chǎn)品變成了MP3音樂庫，其性質(zhì)就像是在蘋果的iPOD上增加了讀卡器功能；另一種是在數(shù)碼相機(jī)伴侶上整合了COMBO的功能，讓它也變成了一臺外置式的光存儲設(shè)備，數(shù)碼相機(jī)伴侶設(shè)備越來越整合化 。再來看下面一則消息：2003年12月22日，VIA威盛發(fā)布了最新

38、的閃存讀卡器模塊，型號為Vectro VT6205。Vectro VT6205將支持包括CompactFlash(CF) Type I/II、Micro Drive、SmartMedia (SM)、MemoryStick(MS)、MemoryStick Pro(MS Pro)、SecureDigital(SD)、MultiMediaCard (MMC)、xD PictureCard以及NAND等眾多格式的存儲卡，該模塊可通過PCI擴(kuò)展卡或者板上整合的方式投入使用。 威盛發(fā)布的這塊閃存讀卡器模塊的定位明顯是針對整合式主板或者內(nèi)置式讀卡器而推出的，從本質(zhì)上來講，內(nèi)置和外置讀卡器是沒有區(qū)別的，但內(nèi)置

39、讀卡器在成本上卻占據(jù)了很大的優(yōu)勢；另外，主板制造商也完全可以在主板上集成Vectro VT6205模塊，再提供一個輸入輸出通道就能把讀卡器功能直接整合到PC主機(jī)上去，也就是說，內(nèi)置式或者主板整合式的多功能讀卡器將會逐漸成為趨勢。 多功能讀卡器今后的發(fā)展方向歸納起來有以下3點： 1、提供更多的支持格式，在傳輸速度上進(jìn)一步加強(qiáng)。 2、內(nèi)置式讀卡器會占據(jù)一定市場比例，但主流市場還是以外置式讀卡器為主。 3、更多的All-in-one產(chǎn)品的出現(xiàn)，諸如“數(shù)碼相機(jī)伴侶”的同類產(chǎn)品市場份額逐漸增多，因為他們和讀卡器所針對的用戶群有很大程度的交集?；赨SB接口的讀卡器的設(shè)計目和意義如今的百萬象素數(shù)碼相機(jī)使用

40、閃速閃存卡來存儲它們的照片數(shù)據(jù)。一旦此內(nèi)存卡被存滿了數(shù)據(jù)，就需要把數(shù)據(jù)下載到一個PC主機(jī)來存儲或進(jìn)行操作。有許多數(shù)據(jù)要從一個相機(jī)下載，即使以速率運(yùn)行在一個串行連接上，下載8張照片可能占用超過5分鐘的時間。當(dāng)更大的內(nèi)存卡存儲了更多的數(shù)據(jù)時，延遲變得使人更加沮喪。使用一個USB讀卡器就提供了一個很好的方案。讀卡器不僅僅能讀而且還能進(jìn)行寫存儲卡的操作，使得數(shù)據(jù)的遷移更容易、更快速。而且隨著數(shù)碼攝象機(jī)、MP3播放器、PDA、數(shù)字錄音設(shè)備使用量的增加，卡式數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)如PCMCIA、Compact Flash、SM、MMC、MS、SDRAM等等。使用也隨之增多。已出現(xiàn)客戶使用存儲卡將數(shù)碼照相機(jī)、攝象機(jī)拍

41、攝的數(shù)字照片交給數(shù)碼照片沖印點制作數(shù)碼照片，和作為數(shù)據(jù)交換的介質(zhì)，另外隨著存儲卡的容量越來越大，存儲卡也被廣泛運(yùn)用到數(shù)據(jù)備份、存儲上，這就使得各種“閱讀”存儲卡的讀卡器成為了市場的寵兒。讀卡器從接口上來看主要有：并口讀卡器、串口讀卡器材、USB讀卡器、PCMICA卡讀卡器和IEEE 1394讀卡器。前兩種讀卡器由于接口速度慢或者安裝不方便已經(jīng)基本被淘汰了。USB讀卡器是目前市場上最流行的讀卡器，PCMICA卡讀卡器最主要的被應(yīng)用在筆記本電腦上，而IEEE 1394讀卡器由于支持的接口還沒有流行，應(yīng)用還不太廣泛。從客戶端的觀點來看，USB的優(yōu)點是容易使用，具有快速與穩(wěn)定的傳輸，低價位，省電，以及

42、具有彈性。這個在第二章會有較詳細(xì)的介紹。所以設(shè)計基于USB接口的讀卡器有著非常實際的意義。第二章 USB技術(shù)的簡單介紹每章另起一頁，下同，不再贅述。2.1USB發(fā)展歷程 USB是一個新接口，全稱是Universal Serial Bus，新接口并不會常常出現(xiàn)，因為人們已經(jīng)習(xí)慣于舊有的接口，對于新接口往往不會立即全盤接受。如果新接口是建立在舊接口的基礎(chǔ)上，則不僅可節(jié)省開發(fā)的時間以及成本，而且用戶也比較能夠接受。 IBM PC 最早的設(shè)計，就是使用已經(jīng)存在20年的并行端口（Centronics parallel port）與RS-232串行端口（serial port）.這不僅加速了原始PC設(shè)計的

43、流程，并且允許已經(jīng)在市場上出現(xiàn)的打印機(jī)與調(diào)制解調(diào)器可以立即連接到PC上。 不過隨著計算機(jī)與外圍設(shè)備的發(fā)展，并行端口與RS232串行端口反而成為通信的瓶頸，并且越來越嚴(yán)重。USB突破舊接口的限制，不僅具備快速的通信速度，而且其彈性令它可以取代各種外圍設(shè)備所使用的接口。 在過去，一個新接口的開發(fā)通常都是單一公司的努力，例如HP（Hewlett Packard）開發(fā)了HPIB (HP Interface Bus,HP接口總線)，也稱作GP IB(General Purpose Interface Bus ,通用接口總線)，來連接到實驗室的儀器?，F(xiàn)在打印機(jī)所使用的并行端口接口，則由Centronics

44、 數(shù)據(jù)計算機(jī)公司（Centronics Data Computer Corporation ）開發(fā)，因此仍然稱作Centronics接口。 由單一公司開發(fā)的接口，常會禁止其他公司來使用，或者是要求付費(fèi)。即使此接口可以免費(fèi)使用，基于與原開發(fā)公司是敵對的公司，或者對該公司可能修改接口而不作另行通知的考慮，使得許多公司不愿意使用單一公司開發(fā)的接口。 現(xiàn)在開發(fā)的接口，則通常由一群有共同利益的公司或組織所聯(lián)合開發(fā)。例如IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers,電氣和電子工程師學(xué)會)組織與TIA（Telecommunication Ind

45、ustry Association,電信工業(yè)協(xié)會）組織就開發(fā)與出版了許多規(guī)范。許多舊的制造業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，都已經(jīng)被這些組織所制定的新標(biāo)準(zhǔn)所取代。例如Centronics接口被IEEE-1248標(biāo)準(zhǔn)取代，而GPIB 則是IEEE-488的基礎(chǔ)。這些組織除了將更改舊有的規(guī)范外，也制定新的規(guī)范。USB就是由7家公司所共同制定的標(biāo)準(zhǔn)。這7家公司為Compaq, Hewlett-Packard, Intel, Lucent, Microsoft, NEC .以及Philips.2 USB規(guī)范的前身是規(guī)范，由Philips與數(shù)字設(shè)備公司（Digital Equipment Corporation ）所制定而成公開

46、的標(biāo)準(zhǔn)。則是由12C synchronics serial bus 發(fā)展而來。的設(shè)計是讓鍵盤，只是設(shè)備以及其他設(shè)備在每秒100千位（kilobits）的速度下工作。可以支持125個設(shè)備，以及10米長的電纜。這些設(shè)備是插入式的，電纜則包括+5v電源線與接地線。定義鍵盤，指示設(shè)備，監(jiān)視器，顯示控制以及文字設(shè)備的類別。與USB不同的是，使用開放收集器（open-collector）的驅(qū)動程序，包含一條數(shù)據(jù)線（data wire）與一條脈沖線（clock wire）。從未在pc上使用。不過仍然使用在智能式電池控制上。 delUSB規(guī)范的版本在變動該句的含義是什么？想表達(dá)什么意思？，如表所示。版本發(fā)表日

47、期說明2.0(draft 0.79)2.0(draft 0.9)1994年11月11日1994年12月30日1995年4月13日1995年8月25日1995年11月13日1996年1月15日1998年9月23日1999年10月5日1999年12月21日2000年4月27日覆蓋修改第38，10，11章，新增附錄修改所有章節(jié)修改所有章節(jié)修改第1，2，511章修改第511章修改所有章節(jié)修改第5，7，8，9，11章來增加高速修改所有章節(jié)來增加高速高速模式的版本如果這是表1.1，請編號。每個表格應(yīng)有自己的表序和表題，表序和表題應(yīng)寫在表格上方正中，表序后空一格書寫表題。表序、表題和表內(nèi)內(nèi)容采用五號宋體字。

48、表序一律采用阿拉伯?dāng)?shù)字按第一層標(biāo)題分別編號。如：表3-2等。若表中有附注，采用英文小寫字母順序編號。表格允許下頁接寫，表題可省略，表頭應(yīng)重復(fù)寫，并在右上方寫“續(xù)表”。表格與正文之間空一行。論文的表序應(yīng)連續(xù)編號。表的結(jié)構(gòu)應(yīng)簡潔，采用三（橫）線表，必要時可加輔助線，不畫豎線和斜線。表中各欄都應(yīng)標(biāo)注量和相應(yīng)的單位。表內(nèi)數(shù)字須上下對齊。相鄰欄內(nèi)的數(shù)字或者內(nèi)容相同，不能用“同上”、“同左”、省略號和其它類似用詞，應(yīng)重新標(biāo)注。表內(nèi)“空白”代表未測或者無此項，“0”代表實測結(jié)果為零。經(jīng)過多次版本更新后，發(fā)表于1996年1月。則修訂了版本的問題,并且新增一個新的傳輸類型(中斷輸出)。在2000年4月發(fā)表，新增

49、了高速模式。2000年12月的ECN（Engineering Change Notice）則提供了修正，定義了一個新的mini-B連接器。 在PC上最早提供USB支持的是Windows95的OEM Service Release 2,之后還有兩個修訂版：與。這些并不提供給消費(fèi)者，而是直接賣給PC零售商。在這些版本上的USB，不但功能有限，而且有許多錯誤或故障，能夠連接的外圍設(shè)備也不多，限制了USB的應(yīng)用。 從1998年7月的Windows 98開始，USB外圍設(shè)備開始陸續(xù)出現(xiàn)，同時USB也成為最受歡迎的接口。Windows 98的service Pack與第二版，更增強(qiáng)對USB的支持。Wind

50、ows 98的最初版本叫做Windows 98 Gold ,第二版則是叫做Windows 98 SE(Second Edition)。2編號與標(biāo)題之間空1格。下同，不再贅述。 是目前較為普遍的USB規(guī)范，其高速方式的傳輸速率為12Mbps，低速方式的傳輸速率為。注意：這里的b是Bit的意思，1MB/s（兆字節(jié)/秒）=8Mb/s（兆位/秒），。 規(guī)范是由規(guī)范演變而來的。加入許多高速傳輸?shù)奶匦灾С郑膫鬏斔俾蔬_(dá)到了40倍的傳輸速度（480Mbps），折算為MB為60MB/s，足以滿足大多數(shù)外設(shè)的速率要求。中的“增強(qiáng)主機(jī)控制器接口”（EHCI）定義了一個與相兼容的架構(gòu)。它可以用的驅(qū)動程序驅(qū)動設(shè)備。

51、也就是說，所有支持的設(shè)備都可以直接在的接口上使用而不必?fù)?dān)心兼容性問題，而且像USB 線、插頭等等附件也都可以直接使用。但是當(dāng)?shù)脑O(shè)備接入到的Hub上時，會出現(xiàn)問題。通常在USB的標(biāo)識上可以區(qū)分和的產(chǎn)品，兩個圖標(biāo)均來自于USB促進(jìn)組。如下圖所示，請注意的標(biāo)識增加了紅顏色的“Hi-SPEED”的字樣，所以“Hi-SPEED”是另一個名字。標(biāo)識標(biāo)識deldel2IEEE1394 除了USB接口之外，另外一個新的外圍設(shè)備接口是IEEE“-”下同，不再贅述。1394。在Apple的計算機(jī)上，IEEE1394接口稱做火線（Firewire）。 IEEE1394比USB快速而且更有彈性，不過其價錢則較貴。US

52、B適合使用在鍵盤，掃描儀，硬盤，以及打印機(jī)等中低速度與價位的應(yīng)用上。而IEEE1394則適合使用在需要高速的影像或是連接設(shè)備，或是沒有PC主機(jī)的場合。 對許多設(shè)備來說，IEEE1394與USB都適合。在使用USB的場合，一臺主機(jī)可以控制與許多外圍設(shè)備的通信。所有的復(fù)雜性都由主機(jī)來控制，外圍設(shè)備的電路則相對簡單且便宜。 IEEE1394則是使用點隊點（peer to peer）的模式，外圍設(shè)備可以彼此溝通。單一的傳輸，可以同時傳給多個接收設(shè)備。所以IEEE1394比USB有彈性，不過相對的外圍設(shè)備的電路則較復(fù)雜且昂貴。的傳輸速度是12 Mbps，的傳輸速度可以到480 Mbps。IEEE1394

53、的傳輸速度是400 Mbps，IEEE的傳輸速度則可以到3.2Gbps,比USB的速度快了6倍。2.2USB的優(yōu)點使用者的獲益Del2易于使用是USB的主要設(shè)計目標(biāo),Del一個接口適合多種設(shè)備:不需要為每個外設(shè)準(zhǔn)備不同的接口和協(xié)議,一個接口就能滿足多種外設(shè)自動配置:當(dāng)用戶連接USB外設(shè)到一個正在運(yùn)行的系統(tǒng)時,Windows能自動檢測外設(shè),載入合適的軟件驅(qū)動.外設(shè)第一次連接到系統(tǒng)時,Windows可能提示用戶插入驅(qū)動軟件磁盤,但是除了這個以外安裝都是自動的.不需要定位并運(yùn)行安裝程序或在使用外設(shè)時要重啟系統(tǒng).不需要用戶設(shè)定:USB外設(shè)沒有需要用戶選擇的設(shè)置,例如端口地址和中斷請求(Interrup

54、t ReQuest,IRQ)線.PC上可供使用的IRQ線是很少的,不能給新外設(shè)分配一根IRQ,這是經(jīng)常使用USB的原因.為其他設(shè)備空出硬件資源:讓盡可能多的外設(shè)使用USB,可使IRQ線空閑出來工那些必須使用IRQ的外設(shè)使用.對比之下,每個非USB外設(shè)都要求有斷口地址,通常還要一根IRQ線,有時還要一個擴(kuò)展槽(例如并行端口卡)易于連接.有了USB, 你不需要再打開計算機(jī)的機(jī)箱去為每一個外設(shè)增加擴(kuò)展卡.一個普通的PC有兩個USB端口.你可以通過連接USB集線器到一個已有的端口來增加端口的數(shù)量.每個集線器都有其他的端口來連接更多的外設(shè)或集線器.簡易電纜.USB電纜接口是很關(guān)鍵的,因此你不能插錯,電纜

55、可達(dá)5m,有了集線器,連接可以擴(kuò)展到30m.熱插拔.你可以在任何時候連接和斷開外設(shè),而不管系統(tǒng)和外設(shè)是否開機(jī),都不會損壞PC或外設(shè).當(dāng)外設(shè)被連接是,操作系統(tǒng)會檢測到并準(zhǔn)備使用.不須提供電源(有時).USB接口自帶了電源供給和地線,可以從計算機(jī)或集線器的電源引來+5v的電源供應(yīng).一個外設(shè)如果需要中等電源供應(yīng)(最多500mA),則它完全可以從總線得到它的電源而不需要自己提供電源.相比之下,大部分使用其他接口的外設(shè)將不得不選擇要么在設(shè)備中自帶電源供應(yīng),要么使用一個散裝的,不方便的外置電源.2快一個全速的USB 接口可以以12Mb/s的速度進(jìn)行通信.實際數(shù)據(jù)傳輸速率比這個數(shù)值要低一些,因為總線必須攜帶

56、狀態(tài),控制和錯誤檢測信號以及數(shù)據(jù),因為所有外設(shè)多共用總線.當(dāng)只有一個設(shè)備通信時,最大理論數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)9.6 Mb/s或如果這還不夠快版規(guī)范將允許以480Mb/s傳輸數(shù)據(jù).這使得USB對打印機(jī)和其他需要快速傳遞大容量數(shù)據(jù)的外設(shè)更具吸引力.USB也支持的低速.低速外設(shè)通常很便宜.而且,他們的電纜可以更靈活(如鼠標(biāo)),因為電纜不需要屏蔽.USB的3種傳輸速度及其應(yīng)用領(lǐng)域的比較如下表：性能應(yīng)用屬性低速：交互設(shè)備10Kb/s100Kb/s鍵盤，鼠標(biāo)，游戲機(jī)，虛擬環(huán)境低價，容易使用，動態(tài)連接或移除，可接多個外圍設(shè)備全速： ，音頻，影像壓縮500Kb/s10Mb/sPOTS,廣播，音頻，麥克風(fēng)低價，容易

57、使用，動態(tài)連接或移除，可接多個外圍設(shè)備，保證帶寬高速：影像，儲存設(shè)備25Mb/s400Mb/s影像，儲存低價，容易使用，動態(tài)連接或移除，可接多個外圍設(shè)備，高帶寬表格編號，表內(nèi)文字5號2 USB的可靠性來自于硬件設(shè)計和數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議兩方面.USB驅(qū)動器,接收器和電纜的硬件規(guī)范消除大多數(shù)的可能引起數(shù)據(jù)錯誤的噪聲.此外,USB協(xié)議使用了數(shù)據(jù)錯誤的檢測并能通知發(fā)送者,因此它可以重新發(fā)送.檢測,通知和再發(fā)送都由硬件來完成,不需要任何程序.標(biāo)點符號不對，有抄襲嫌疑，呵呵呵。2低成本 雖然USB比以前的接口更復(fù)雜,但它的組件和電纜并不貴,帶有USB接口的設(shè)備與帶有相同功能的老接口的設(shè)備所需的費(fèi)用差不多是相同或

58、更少一些.對成本非常低的外設(shè)來說,低速選擇也降低了對硬件的要求,這將導(dǎo)致將來更新時成本增加.2當(dāng)USB外設(shè)不被使用時省電路和代碼會自動關(guān)閉它的電源,但仍然能夠在需要的時候做出反應(yīng).除了具有降低電源消耗帶來的保護(hù)環(huán)境的好處之外,這個特征對于利用電池的,以mA計的計算機(jī)尤其有用.2.2.6操作系統(tǒng)的支持.Windows 98 是第一個支持USB的操作系統(tǒng),其后是Windows 2000.在Apple的iMac計算機(jī)上,USB是唯一的外圍設(shè)備連接器 .其他操作系統(tǒng)例如Linux,NetBSD,以及FreeBSD等也都支持USB. 每個操作系統(tǒng)支持USB的程度各有不同,不過基本上都支持下列3項底層的功

59、能:與新連接的設(shè)備溝通來確認(rèn)交換數(shù)據(jù)的方式.自動檢測設(shè)備是否連接到系統(tǒng)上或是已經(jīng)移除.提供驅(qū)動程序與USB硬件以及應(yīng)用程序溝通的機(jī)制.在高級的支持上,操作系統(tǒng)可能提供有設(shè)備的驅(qū)動程序,來讓用用程序調(diào)用存取設(shè)備的函數(shù).如果操作系統(tǒng)沒有提供適當(dāng)?shù)尿?qū)動程序,制造商就必須自己提供.在Windows上已經(jīng)有鍵盤,鼠標(biāo),遙控桿,音響設(shè)備,調(diào)制解調(diào)器,數(shù)碼相機(jī),掃描議,打印機(jī)以及大容量的硬盤等設(shè)備的驅(qū)動程序的提供,應(yīng)用程序可以使用Windows的API,來與這些設(shè)備溝通.以后Windows還會加入更多設(shè)備的支持.制造商也會提供自己的驅(qū)動程序,來讓設(shè)計者使用他們的芯片.USB的設(shè)備驅(qū)動程序使用新的Win32

60、Driver Model(WDM),WDM定義驅(qū)動程序在Windows 98, Windows 2000,以及Windows XP上執(zhí)行的結(jié)構(gòu).WDM讓開發(fā)者使用單一驅(qū)動程序來支持所有的操作系統(tǒng).不過實際上,有些設(shè)備仍然需要兩個WDM驅(qū)動程序,一個在Windows 98上執(zhí)行,另外一個在Windows 2000上執(zhí)行.2.2.7外圍設(shè)備的支持.在USB外圍設(shè)備內(nèi),必須有包含控制芯片.有些是完整的微型計算機(jī),包含有CPU與內(nèi)存來儲存特定程序代碼,在外圍設(shè)備內(nèi)執(zhí)行.有些則只執(zhí)行USB特定的功能,然后使用數(shù)據(jù)信道來連接到處理非USB相關(guān)功能的微處理器.USB外圍設(shè)備必須對輸入的要求做出響應(yīng),來傳送或