畢業(yè)論文——USB接口設(shè)計(jì)

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1、清華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文第一章前言當(dāng)今的計(jì)算機(jī)外部設(shè)備都在追求高速度和高通用性為了滿足用戶的需求以Intel為首的七家公司于1994年推出了USBUniversalSerialBus通用串行總線總線協(xié)議專用于低中速的計(jì)算機(jī)外設(shè)目前USB端口已成為了微機(jī)主板的標(biāo)準(zhǔn)端口而在不久的將來(lái)所有的微機(jī)外設(shè)包括鍵盤鼠標(biāo)顯示器打印機(jī)數(shù)字相機(jī)掃描儀和游戲柄等等都將通過(guò)USB與主機(jī)相連這種連接較以往普通并口和串口的連接而言主要的優(yōu)點(diǎn)是速度高功耗低支持即插即用Plug&Play和使用維護(hù)方便作為一個(gè)硬件廠商或是開(kāi)發(fā)者最關(guān)心的便是如何去開(kāi)發(fā)USB

2、外設(shè)一般的USB設(shè)備都使用一片微控制器作為其核心部件通過(guò)微控制器強(qiáng)大的控制和運(yùn)算功能開(kāi)發(fā)者可以很容易地實(shí)現(xiàn)USB設(shè)備的智能化MOTOROLA公司是目前世界上最大的微控制器供應(yīng)商其8位微控制器的全球市場(chǎng)份額達(dá)到了30%左右MOTOROLA公司將其8位微控制器歸類為用戶定制的集成電路CSIC為客戶提供了MPURAMEPROMSPISCI定時(shí)器和USB等多種模塊用量大的客戶可以根據(jù)自己的需要選擇不同的模塊來(lái)構(gòu)筑自己的微控制器MOTOROLA公司從1996年開(kāi)始陸續(xù)推出了一系列含有USB模塊的8位微控制器用于支持USB總線協(xié)議

3、的設(shè)備如最早的用于顯示器的68HC05BD9A用于鼠標(biāo)的68HC05JB2以及用于鍵盤的68HC08KL8和68HC08KH12等等通過(guò)微控制器內(nèi)含的USB模塊用戶可以很方便地實(shí)現(xiàn)USB總線上的數(shù)據(jù)通訊68HC05JB4最初是用于開(kāi)發(fā)USB游戲柄的后來(lái)也常被用于其他一些USB外設(shè)的開(kāi)發(fā)國(guó)外在近兩年已出現(xiàn)了不少的USB外設(shè)但目前在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上我們僅發(fā)現(xiàn)了臺(tái)灣生產(chǎn)的攝像頭等少數(shù)幾類高速USB外設(shè)低速USB設(shè)備還是一個(gè)空白同時(shí)國(guó)外開(kāi)發(fā)的USB設(shè)備多集中在鼠標(biāo)鍵盤等少數(shù)幾類設(shè)備上諸如USB手寫(xiě)板等設(shè)備就是在國(guó)外也很少見(jiàn)國(guó)內(nèi)近年來(lái)

4、計(jì)算機(jī)非鍵盤輸入技術(shù)發(fā)展很快在漢字英文和數(shù)字的手寫(xiě)識(shí)別方面已有相當(dāng)基礎(chǔ)本項(xiàng)目之目的就是吸收USB總線和MOTOROLA微控制器的先進(jìn)技術(shù)與中科院自動(dòng)化所漢王公司的手寫(xiě)識(shí)別技術(shù)相結(jié)合在漢王筆的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)生產(chǎn)出自己的新一代USB手寫(xiě)輸入系統(tǒng)此USB手寫(xiě)系統(tǒng)采用漢王公司的傳感器獲得筆畫(huà)信息傳給68HC05JB4經(jīng)過(guò)整理后通過(guò)USB總線發(fā)送到PC再由自行編寫(xiě)的驅(qū)動(dòng)程序接收最終轉(zhuǎn)給漢王公司的文字識(shí)別軟件識(shí)別第1頁(yè)清華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文第二章USB總線協(xié)議USBUniversalSerialBus總線協(xié)議是以Intel為主并有Com

5、paqMicrosoftIBMDECNorthernTelecom以及日本NEC等共七家公司共同制定的串行接口標(biāo)準(zhǔn)1994年11月制定了第一個(gè)草案1996年2月公布了USB規(guī)范版本1.0USB可把多達(dá)127個(gè)外設(shè)同時(shí)聯(lián)到你的系統(tǒng)上所有的外設(shè)通過(guò)協(xié)議來(lái)共享USB的帶寬其12Mbps的帶寬對(duì)于鍵盤鼠標(biāo)等低中速外設(shè)是完全足夠的注在1999年2月發(fā)布的USB規(guī)范版本2.0草案中已建議將12Mbps的帶寬提升到120-240MbpsUSB允許外設(shè)在主機(jī)和其它外設(shè)工作時(shí)進(jìn)行連接配置使用及移除即所謂的即插即用Plug&Play同時(shí)U

6、SB總線的應(yīng)用可以清除PC上過(guò)多的I/O端口而以一個(gè)串行通道取代使PC與外設(shè)之間的連接更容易以下簡(jiǎn)單介紹USB總線的結(jié)構(gòu)原理以使讀者對(duì)USB有大致的了解如果需要了解其協(xié)議細(xì)節(jié)請(qǐng)查閱USB總線規(guī)范這可以從www.usb.org下載2.1總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)USB總線的物理連接是一種分層的菊花鏈結(jié)構(gòu)集線器(hub)是每個(gè)星形結(jié)構(gòu)的中心PC機(jī)就是主機(jī)和根Hub用戶可以將外設(shè)或附加的Hub與之相連這些附加的Hub可以連接另外的外設(shè)以及下層HubUSB支持最多5個(gè)Hub層以及127個(gè)外設(shè)圖2.1描述了USB的物理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)從中可以看出每一

7、段的連接都是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的HostRootHubHub1Host(RootTier)Tier1Tier2Hub2NodeNodeTier3Hub3Hub4NodeNodeTier4NodeNodeNode圖2.1USB總線拓?fù)涞?頁(yè)清華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文2.2USB的物理層USB的物理接口包括電氣特性和機(jī)械特性USB通過(guò)一個(gè)四線電纜來(lái)傳輸信號(hào)與電源如圖2.2所示5metersmaxVBusD+D-GND......VBusD+D-GND圖2.2USB電纜定義其中D+和D-是一對(duì)差模的信號(hào)線而VBus和GND則提供了5V的

8、電源它可以給一些設(shè)備(包括Hub)供電當(dāng)然要有一定的條件限制USB提供了兩種數(shù)據(jù)傳輸率一種是12Mb的高速(fullspeed)模式另一種是1.5Mb的低速模式這兩種模式可以同時(shí)存在于一個(gè)USB系統(tǒng)中而引入低速模式主要是為了降低要求不高的設(shè)備的成本比如鼠標(biāo)鍵盤等等USB信號(hào)線在高速模式下必須使用帶有屏蔽的雙絞線而且最長(zhǎng)不能超過(guò)5m