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1、基于USB總線(xiàn)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)姓名：薛勇學(xué)號(hào)：0611002239學(xué)院：電子信息學(xué)院指導(dǎo)老師：申紅明課題研究背景及意義在USB出現(xiàn)以前,計(jì)算機(jī)的典型接口有并行口(打印口)、串行口鼠標(biāo)口、鍵盤(pán)口、顯示器口、游戲口及各種卡式接口(如聲卡、網(wǎng)卡)等,與這些接口對(duì)應(yīng)的有各種不同的電纜。在傳輸速度方面,這些接口都存在速度偏低的問(wèn)題;在技術(shù)方面,這種設(shè)計(jì)容易產(chǎn)生I/O沖突、中斷(IRQ)不夠用，以及對(duì)于每一種新的外設(shè)都必須設(shè)計(jì)新的接口卡等缺點(diǎn)。隨著技術(shù)的飛速發(fā)展，越來(lái)越多的外設(shè)需要接口，攝像頭、數(shù)碼相機(jī)、MP3、外置硬盤(pán)、光驅(qū)等接踵而來(lái)。面對(duì)人們的日趨
2、擴(kuò)大的需求，老式的外部接口雖然一再改進(jìn)、加強(qiáng)，卻無(wú)法勝任新的要求。為了滿(mǎn)足計(jì)算機(jī)與外設(shè)的傳輸要求，USB(UniversalSerialBus通用串行總線(xiàn))一個(gè)全新的外設(shè)接口規(guī)范應(yīng)運(yùn)而生。最初，USB是由Compaq、Intel等七家公司共同開(kāi)發(fā)的一種外設(shè)連接技術(shù)。這一技術(shù)主要解決串行設(shè)備和并行設(shè)備如何與計(jì)算機(jī)相連的問(wèn)題，大大簡(jiǎn)化計(jì)算機(jī)與外設(shè)的連接過(guò)程。從終端用戶(hù)的角度來(lái)看，它可以簡(jiǎn)化各種設(shè)備的連接和配置。不僅如此，它還可以解決老式的外圍設(shè)備所存在的某些技術(shù)問(wèn)題。USB采用典型的串行數(shù)據(jù)傳輸模式。但是隨著USB1.1的廣泛的使用，其傳輸速度慢
3、、設(shè)備與設(shè)備之間不能通信的缺點(diǎn)逐漸暴露出來(lái)。為此USB2.0協(xié)議和USBOTG補(bǔ)充規(guī)范相繼被推出。USB2.0協(xié)議使得USB總線(xiàn)的傳輸速度有了一個(gè)很大的飛躍，在高保真的圖象視頻傳輸、大容量的數(shù)據(jù)采集等場(chǎng)合中USB也得到了廣泛的應(yīng)用。USBOTG是USB2.0協(xié)議的補(bǔ)充規(guī)范，它使外設(shè)可以在無(wú)主機(jī)參與的情況下直接互連進(jìn)行通信。由于USB支持即插即用、熱插拔、總線(xiàn)供電特性使其在越來(lái)越多的領(lǐng)域得到應(yīng)用，成為真正意義上的"通用”總線(xiàn)。USB總線(xiàn)的特性與優(yōu)勢(shì)由于USB總線(xiàn)為電纜和連接頭提供了單一模型，接口的電氣特性與用戶(hù)無(wú)關(guān)，而且能夠自檢外設(shè)、自動(dòng)進(jìn)行設(shè)
4、備驅(qū)動(dòng)和設(shè)置，外設(shè)還可以動(dòng)態(tài)連接、動(dòng)態(tài)配置，因而為終端用戶(hù)提供了良好的易用性。USB總線(xiàn)的應(yīng)用場(chǎng)合非常廣泛：可以適應(yīng)不同設(shè)備，傳輸速率從幾kbps到幾百M(fèi)bps；在同一條線(xiàn)上支持同步、異步兩種模式；支持對(duì)多個(gè)設(shè)備的同時(shí)操作，最多可同時(shí)操作127個(gè)物理設(shè)備；在主機(jī)和設(shè)備之間可以傳輸多個(gè)數(shù)據(jù)和信息流；支持多功能的設(shè)備；利用低層協(xié)議，提高了總線(xiàn)利用率。USB總線(xiàn)支持同步傳輸，它確定的帶寬和低延遲適合電話(huà)系統(tǒng)和音頻的應(yīng)用，同步工作狀態(tài)下可以利用整個(gè)總線(xiàn)帶寬。USB總線(xiàn)的通信具有很強(qiáng)的靈活性：直接支持一系列不同大小的數(shù)據(jù)包，允許選擇設(shè)備緩沖器的大??；通
5、過(guò)指定數(shù)據(jù)緩沖區(qū)大小和執(zhí)行時(shí)間，支持各種數(shù)據(jù)傳輸率；通過(guò)協(xié)議對(duì)數(shù)據(jù)流進(jìn)行緩沖處理。USB協(xié)議通過(guò)其差錯(cuò)處理/差錯(cuò)恢復(fù)機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)自身的健壯性，可以對(duì)有缺陷的設(shè)備進(jìn)行鑒別，并且完全支持熱插拔。由于USB協(xié)議采用差分傳輸方式，因而具有很好的傳輸可靠性。除了在結(jié)構(gòu)和性能上的優(yōu)勢(shì)之外，USB總線(xiàn)還具有與PC產(chǎn)業(yè)的一致性，它表現(xiàn)為：協(xié)議的易實(shí)現(xiàn)性和完整性、與PC即插即用體系結(jié)構(gòu)的一致性以及與現(xiàn)存操作系統(tǒng)的良好兼容性。另外，USB為外設(shè)的開(kāi)發(fā)提供了物美價(jià)廉的解決方案。它以低廉的價(jià)格提供12Mbps的子通道，電纜和連接頭也相當(dāng)廉價(jià)，將外設(shè)和主機(jī)硬件進(jìn)行了最優(yōu)
6、化的集成，從而促進(jìn)了低價(jià)格外設(shè)的發(fā)展。USB的體系結(jié)構(gòu)保證了USB系統(tǒng)具有良好的可升級(jí)性，它支持在一個(gè)系統(tǒng)中同時(shí)存在多個(gè)USB主機(jī)控制器。USB的基本組成USB系統(tǒng)一般由三個(gè)主要的部分組成：1．USB主機(jī)控制器/根集線(xiàn)器2．USB互連3．USB設(shè)備USB主機(jī)是整個(gè)通信模式的核心，是整個(gè)USB系統(tǒng)的管理者。USB互連是指USB設(shè)備與主機(jī)之間進(jìn)行連接和通信的操作。USB設(shè)備就是能過(guò)通過(guò)USB來(lái)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)一定功能的實(shí)體。USB設(shè)備的結(jié)構(gòu)可以分為3個(gè)層次：功能單元、邏輯設(shè)備和總線(xiàn)接口。如圖所示。圖1USB設(shè)備的結(jié)構(gòu)總線(xiàn)接口是最底層的物理
7、實(shí)體，以USB接口控制器作為核心，是USB發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的接口。它通過(guò)電纜直接與USB主機(jī)交換串行數(shù)據(jù)，并能過(guò)實(shí)現(xiàn)串行數(shù)據(jù)到并行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。USB邏輯設(shè)備處于中間層，它是USB協(xié)議棧的主體，主要是處理總線(xiàn)接口和不同端點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)。實(shí)現(xiàn)USB的各種基本行為。功能單元是為了實(shí)現(xiàn)不同USB設(shè)備具體功能。如USB接口的數(shù)碼相機(jī)中圖像采集、壓縮的功能，USB移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備中數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)功能等。傳輸方式1、控制傳輸控制傳輸屬于雙向傳輸，它把非周期性的由主機(jī)軟件發(fā)起的請(qǐng)求可靠的傳送給USB設(shè)備，經(jīng)常在設(shè)備配置中使用，用于命令事務(wù)和狀態(tài)事務(wù)?？刂苽鬏敽愣ㄕ加每偩€(xiàn)
8、10%的帶寬，每個(gè)控制數(shù)據(jù)包最大為64字節(jié)，帶有CRC校驗(yàn)的功能。2、批量傳輸批量傳輸可以是單向或者雙向的，特別適合非周期性大數(shù)據(jù)包的可靠傳輸，典型的應(yīng)用是用來(lái)傳輸
