USB接口研究與硬件電路設(shè)計(jì)

USB摘要：USB點(diǎn)而備受青睞。本文簡要介紹USB接口的特點(diǎn)、硬件構(gòu)造、數(shù)據(jù)流51PHILIPSPDIUSBD12USBDMA作模式的可供視頻信號(hào)傳輸?shù)亩喙δ躑SB引言USBUniversalSerialBus,中文含義是通用串行總線，行接口。USBUSB速USB12Mb/s100行USB2.0USB480Mb/s.這使得高區(qū)分USBUSB127USB〔Hub〕把多個(gè)設(shè)備連接在一起，再同PC機(jī)的USB口、并口的設(shè)備都需要單獨(dú)的供電系統(tǒng)，而USB由于USBUSB經(jīng)在PC像機(jī)、音頻系統(tǒng)、顯示器、輸入設(shè)備等。對(duì)于寬闊的工程設(shè)計(jì)人員來說，USB對(duì)于USBDMA〔直接存儲(chǔ)器存取〕兩種工DMA于視頻數(shù)字信號(hào)等高速、實(shí)時(shí)信號(hào)的傳送。但圓滿的是，國內(nèi)市場(chǎng)上供給的各種USBDMACCDUSB工作在DMAUSB51PHILIPSPDIUSBD12帶并行總線的USBDMA的多功能USB1、USB由于多媒體技術(shù)的進(jìn)展對(duì)外設(shè)與主機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸率有了更高的USBUSB〔UniversalSerialBus)翻譯為中文就是通用串行總線，是由Conpaq、DEC、IBM、Inter、Microsoft、NEC和NorthenTelecomPC互連而共同爭論開發(fā)的一種免費(fèi)的標(biāo)準(zhǔn)化連接器，它支持各種PC外設(shè)之間的連接，還可實(shí)現(xiàn)數(shù)字多媒體集成?，F(xiàn)在生產(chǎn)的PC配備了USBMicrosoft的Windows98、NTMacOS、Linux、FreeBSDUSBUSBl使用便利。連接外設(shè)不必再翻開機(jī)箱；允許外設(shè)熱插拔，而不必關(guān)閉主機(jī)電源。Mb/s〔中速設(shè)備〕480Mb/s〔高速設(shè)備〕。l獨(dú)立供電。USBlUSB127個(gè)USB式也格外靈敏，既可以使用串行連接，也可以使用集線器Hub，把多個(gè)設(shè)備連接在一起，再同PCUSBl本錢低。為了把外設(shè)連接到PCUSB方案?，F(xiàn)在滿足USBUSB1.12.012Mbps480Mbps，更換介質(zhì)后連接距離由5USBISDN基于視頻的產(chǎn)品。USB22條信號(hào)線組成。2、USB一個(gè)USBUSBUSBUSBUSBUSBUSB它包括：總線拓?fù)錁?gòu)造：USB主機(jī)和USB層間關(guān)系：USB數(shù)據(jù)流模型：USB任務(wù)規(guī)劃：USB的訪問，可以支持同步數(shù)據(jù)傳輸。下面簡要爭論USBUSB一個(gè)USBUSB(USBHOSTUSB備(USBDEVICE)、USB(USBHUB2-1。USBHOST在一個(gè)USBUSBHOSTUSBHOST以下功能:治理USB每毫秒產(chǎn)生一幀數(shù)據(jù)；發(fā)送配置懇求對(duì)USB對(duì)總線上的錯(cuò)誤進(jìn)展治理和恢復(fù)。USBDEVICE在一個(gè)USBUSBDEVICEUSBHUB127個(gè)。USBDEVICEUSB據(jù)包；假設(shè)地址相符，則通過響應(yīng)USBHOSTUSBHOST數(shù)據(jù)傳輸。USBHUBUSBHUBUSBDEVICEUSBHUB的端口上。一個(gè)USBHOSTHUB(USBROOTHUB)相連。USBHUB100mAUSBHUB通過端口的電氣變化診斷出設(shè)備的插拔操作，并通過響應(yīng)USBHOST的數(shù)據(jù)包把端口狀態(tài)匯報(bào)給USBHOSTUSBUSBHUB5m，USB5〔包括ROOTHUB〕。USB127USBUSB1個(gè)USB〔roothub〕，下面還可有假設(shè)1USBUSB4Vbus(USBD+〔數(shù)據(jù)〕、D-〔數(shù)據(jù)〕Gnd(USB12Mb/s〔低速外設(shè)的標(biāo)1.5Mb/s12Mb/s〕2-1型的USB2-3USB2-3FS〔高速LSR1=15kΩR2=15kΩ〔+5V，500mA〕，USB源。在全部的USBUSB這大大地提高了USBUSB〔3ms上〕0.5mA電流。按USB1.0/1.1USB12MHz，而其總線時(shí)脈1ms〔1kHz〕，1ms，USBUSB1個(gè)時(shí)鐘脈沖序列。這個(gè)脈沖系列稱為幀開頭數(shù)據(jù)包〔SOF〕。高速外12023bit1500bit。1個(gè)USB0~10231同步字段開頭。USB主把握器負(fù)責(zé)主機(jī)和USB0序和設(shè)備的特定終端間傳輸數(shù)據(jù)。USBD數(shù)供給效勞。USB有不同的性質(zhì)。把握傳輸類型：支持外設(shè)與主機(jī)之間的把握，狀態(tài)，配置等信息傳輸類型，這樣主機(jī)與外設(shè)之間就可以傳送配置和命令/狀態(tài)信息。正確的數(shù)據(jù)傳輸，支持像計(jì)算機(jī)－集成系統(tǒng)〔CTI〕和音頻系統(tǒng)與主機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸。中斷傳輸類型：支持像玩耍手柄，鼠標(biāo)和鍵盤等輸入設(shè)備，這些設(shè)備與主機(jī)間數(shù)據(jù)傳輸量小，無周期性，但對(duì)響應(yīng)時(shí)間敏感，要求馬上響應(yīng)。數(shù)據(jù)塊傳輸類型：支持打印機(jī)，掃描儀，數(shù)碼相機(jī)等外設(shè)，這些型的數(shù)據(jù)傳輸。{{分頁}}USB要求,則不能進(jìn)入該設(shè)備。同步和中斷傳輸類型的終端保存帶寬，并輸傳輸數(shù)據(jù)。3、USBUSBUSBUSB(SIEUSB(SIE主要以硬件方式處理大多數(shù)USBUSBPC互通信信息)。USBMCUIntel8X930AXCYPRESSEZ-USBSIEMENS的C541U以及MOTOLORA、NationalSemiconductors就是純粹的USBUSBPHILIPSPDIUSBD11〕PDIUSBP11A、PDIUSBD12〔并行接口〕，NationalSemiconductorUSBN9602、USBN9603、USBN9604集成MCU的USBCPUCPUUSB大限度的發(fā)揮USB低了USB純粹的USB求，搭配不同的MCU，具有較高的性能價(jià)格比。但由于USB通過串行口或并行口與MCU如集成了MCU面各有優(yōu)劣，選擇不同的方案意味著在以上各項(xiàng)指標(biāo)中進(jìn)展取舍。本文主要介紹PHILIPS公司的PDIUSBD12很高的USB性較大，適用于開發(fā)低本錢且高效的USB4、應(yīng)用：帶DMAUSBUSBDMACCD機(jī)USBDMA所謂的DMA〔DirectMemory〔DMA〕來執(zhí)行數(shù)據(jù)傳送。DMACPU由本身發(fā)出存儲(chǔ)器地址信號(hào)以及訪問存儲(chǔ)器和I/O/寫脈沖等把握信號(hào)，使得數(shù)據(jù)通過總線，直接在存儲(chǔ)器和I/O〔或I/O〕進(jìn)展傳送。在DMA總線執(zhí)行數(shù)據(jù)傳送過程中，CPU由于DMACPU作，CPU傳送速率，格外適合于高速數(shù)據(jù)的采集。51PHILIPSPDIUSBD12帶并行總線的USBDMA的多功能USB系統(tǒng)概況該系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)USB現(xiàn)USB1用于DMACCD2IDE于硬盤等大容量存儲(chǔ)器相連，傳輸海量數(shù)據(jù)，也可以通過接口轉(zhuǎn)換，與其他功能的外設(shè)相連，具有較廣的適用性。下面說明白此多功能USB這個(gè)框圖顯示了兩種接口方案：一般模式和DMA方案一：一般模式4-2是該USB8051I/O來仿真的，因此數(shù)據(jù)吞吐速率較低，適合間歇式數(shù)據(jù)的傳送。方案二：DMA數(shù)據(jù)傳送以DMAD12MCUDMA的初始化工作，傳輸速度快，適合于視頻數(shù)字信號(hào)等高速實(shí)時(shí)傳送。系統(tǒng)具體的電原理圖和電路板構(gòu)造圖參見附錄。系統(tǒng)主要部件及電路89C51PDIUSBD12IDE各局部的功能和特點(diǎn)。89C5189C51P0,P216I/OP1,P389C5124MHz0.5us.{{分頁}}PDIUSBD12接口電路PDIUSBD12USB的系統(tǒng)并與微把握器通過高速通用并行接口進(jìn)展通信，也支持本地DMAUSBUSBPDIUSBD12USB1.1的設(shè)計(jì)，如成像類、大容量存儲(chǔ)類、通信類、打印類和人工輸入設(shè)備外部大容量存儲(chǔ)器〔Zip〕和數(shù)碼相機(jī)等?，F(xiàn)在用SCSIUSBPDIUSBD12LazyClockACPI、OnNOW和USB外圍設(shè)備。PDIUSBD12SoftConnect、GoodLink、可編程時(shí)鐘輸U(kuò)SB內(nèi)部構(gòu)造①模擬收發(fā)器。集成的收發(fā)器直接通過終端電阻與USB13.3V1.5kΩPDIUSBD121.5kΩSoftConnect③PLL16~48MHzPLL〔鎖相環(huán)〕，允許使用6MHzEMIPLL部器件。④位時(shí)鐘恢復(fù)。位時(shí)鐘恢復(fù)電路用4USB數(shù)據(jù)流中恢復(fù)時(shí)鐘，能跟蹤USB⑤PHILIPSPSIE。PHILIPSSIEUSB層?？紤]到速度，它是全硬件的，不需要固件〔微程序〕介入。這個(gè)模塊的功能包括：同步模式識(shí)別、并/串轉(zhuǎn)換、位填充/不填充、CRCPID⑥SoftConnectUSBD11.5kΩPDIUSBD12集成在芯片內(nèi)的，缺省是沒有連接到VDD，這個(gè)連接是靠外部MCUUSBUSB完成。⑦GoodLink。GoodLinkUSB設(shè)備枚舉時(shí)LEDPDIUSBD12時(shí)，LEDPDIUSBD12USBPDIUSBD12⑧存儲(chǔ)器治理單元MMURAM。MMURAMUSB〔工作在12Mb/s〕數(shù)據(jù)傳輸和微把握器之間并行接口之間的速度差異，這允許微把握器以自己的速度讀寫USB⑨并行和DMA81PDIUSBD12復(fù)用的地址和數(shù)據(jù)總線。在主端點(diǎn)〔2〕和局部共享存儲(chǔ)器之間也可使用DMA〔直接存儲(chǔ)器存取〕傳輸。它支持單周期模式和塊傳送模式兩種DMA{{分頁}}PDIUSBD12PDIUSBD12PDIUSBD1280C514-6ALE始終接低電平，說明承受單獨(dú)地址和數(shù)據(jù)總線配置。A0腳接80C51的任何I/OPDIUSBD1280C51P0口直接與PDIUSBD12CLKOUT時(shí)鐘輸出為供給時(shí)鐘輸入。PDIUSBD12DMA傳輸直接存儲(chǔ)器尋址<DMA>允許在主端點(diǎn)和本地共享存儲(chǔ)器間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)塊的有效傳輸.使用DMA,PDIUSBD12的主端點(diǎn)和本地共享存儲(chǔ)器間的數(shù)據(jù)傳輸可自主進(jìn)展而不需要本地CPU的干預(yù).要處理任何DMA傳輸,本地CPU從主機(jī)接收必要的建立信息并對(duì)DMA相應(yīng)的編程.典型的對(duì)DMAPDIUSBD12發(fā)出懇求時(shí)開頭傳輸，當(dāng)字節(jié)計(jì)數(shù)器削減為零時(shí)終止。在DMA把握器編程之后，本地CPU在初始化傳輸時(shí)將PDIUSBD12中的DMAPDIUSBD12可編程為單周期DMADMA。在單周期DMA中，DMREQDMACK_N發(fā)模式DMA中，DMREQ在器件中突發(fā)編程時(shí)始終保持有效。該過程持續(xù)到PDIUSBD12通過EOT_N接收到一個(gè)DMA終止信息。這時(shí)產(chǎn)生一個(gè)中斷指示本地CPU，DMA在DMA讀操作時(shí)，DMREQ僅當(dāng)緩沖區(qū)完全表示主機(jī)成功的發(fā)送了一個(gè)信息包到PDIUSBD12時(shí)才有效。由于具有雙緩沖配置主機(jī)可以在〔單向ISO64128字節(jié)DMREQ會(huì)在緩沖區(qū)的最終一個(gè)字DMADMA一個(gè)包發(fā)送時(shí)，DMREQ再次被激活。DMREQ沖區(qū)填滿時(shí)，在下一個(gè)IN標(biāo)志將信息包送入主機(jī)。當(dāng)傳輸完成之后DMREQ變?yōu)闊o效。同樣的，雙緩沖配置在這也改善了數(shù)據(jù)的吞吐量。在非同步傳輸中〔批量模式和中斷〕，在數(shù)據(jù)被發(fā)送到主機(jī)之前，緩沖區(qū)需要通過DMADMA時(shí)，EOT_N接收的信號(hào)將會(huì)停頓DMAIN標(biāo)志置位時(shí)將緩沖區(qū)的內(nèi)容傳送到主機(jī)。在同步模式中，本地CPU和DMA把握器必需保證它們?cè)谝粋€(gè)USB幀〔1msDMACK_N的激活將自動(dòng)選擇主端點(diǎn)〔端點(diǎn)2〕PDIUSBD12DMA可通過一般的I/ODMA以下方式終止：復(fù)位DMAEOT_N加上DMACK_N以及RD_N/WR_NPDIUSBD12支持單地址模式中的DMADMA把握器的雙地址模式中工作。在單地址模式中，DMA通過DREQ，DMACK_N，EOT_N，WR_N和RD_N把握線實(shí)現(xiàn)傳輸。在雙地址模式中，DMREQ,DMACK_NEOT_NCS_N,WR_NRD_N信號(hào)。需要遵循PDIUSBD12I/O模式傳輸協(xié)議。在讀周期中對(duì)DMAC信號(hào)源進(jìn)展訪問，在寫周期對(duì)目標(biāo)進(jìn)展訪問。傳輸需要兩個(gè)單獨(dú)的總線周期來儲(chǔ)存暫存在DMAC中的數(shù)據(jù)。DMA上面具體介紹了PDIUSBD12接口電路板工作在DMA4-3。1DMA51D12DMA15774164過來的并行數(shù)據(jù)直接與D1251在完成了對(duì)D12DMAMCU8D12D121648的數(shù)據(jù)，如此反復(fù)，整個(gè)傳輸過程由硬件完成，不受MCU的速率限制，從而實(shí)現(xiàn)了DMACCD路示意圖：CCD_INA/DCCD_CLK1脈沖同步信號(hào)，CCD_CLK2CCD_CLK3計(jì)數(shù)器對(duì)CCD_CLK18D12平，通知D12164數(shù)據(jù)選擇電路74H157DATA_SEL5151把握D12I/O51的P074HC93達(dá)了數(shù)據(jù)選擇的作用。串并轉(zhuǎn)換及計(jì)數(shù)器電路74HC164DMA1供D1274HC93CCD_CLK18D12發(fā)一個(gè)低電平，通知D12164復(fù)位掛起電路復(fù)位掛起電路USB規(guī)格Rev.1.1執(zhí)行此功能以后將強(qiáng)迫MCU進(jìn)入掉電模式，M