【正文】 當首次插入一個 USB 設備時，要經(jīng)過以下幾個步驟： ① 主機向地址 0 發(fā)送 Get_Descriptor/Device(獲取描述符 /設備 )的要求。當插上外圍設備時，設備首先通過 USB 總線下載的是 8051 的固件和設備描述符。 圖 33 MAX125 引腳分布 河南師范大學本科畢業(yè)論文 21 USB 控制器電路設計 USB 控制器及其外圍電路組成了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)讀取和傳輸模塊，這部分電路主要負責讀取和傳輸 A/D轉換芯片 MAX125 轉換后的數(shù)據(jù)，并負責與 PC的通信。 SCL 和 SDA 分別為 I2C 總線的時鐘線和數(shù)據(jù)線，在 CY7C68013 中， I2C 控制器是漏極開路的，因此將這兩個引腳分別通過一個 電源上。 A/D 通道設計電路原理圖如圖 34 所示。晶振內部有晶體和振蕩電路，不需要輸入信號源，直接可產生頻率。連接電路如圖 38 所示。該部分電路主要芯片選用具有 I C 總線接口的 EEPROM 芯片 24LC64。這里所說的固件實際上是指運行在 USB 控制器(CY7C68013)中的可執(zhí)行代碼。 Keil C51 軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強大的集成開發(fā)調試工具，全 Windows 界面。它的操作方式與硬件聯(lián)系緊密，包括 USB 設備的連接、列舉、重列舉、 USB 協(xié)議和中斷處理等等。 FX2 固件典型架構 編寫固件程序比較復雜，需要調用大量函數(shù)，但基本框架卻相對簡單，包括以下三個基本的過程 [22]： 1) 初始化：包括處理器和 EZUSB 寄存器的初始化。 2) 如果發(fā)現(xiàn) USB 設備請求，則執(zhí)行 USB 請求操作。 // 設置 IFCLK 時鐘頻率為 48MHz EP1OUTCFG = 0xA0。 // 設置端點 2 的字節(jié)計數(shù) SYNCDELAY。而函數(shù)。 // 因為是雙重緩沖，所以寫兩次 AUTOPTRSETUP |= 0x01。 // 設置端點 1IN 有效，批量傳輸 SYNCDELAY。 圖 FX2 固件的典型流程圖 河南師范大學本科畢業(yè)論文 30 固件中的函數(shù)都是通過主函數(shù)的調用來實現(xiàn)一定的功能，有些函數(shù)只是返回一個值，做為判斷一個跳轉的條件。 3) 中斷處理：包括處理各 種中斷的程序代碼。因此，編寫固件程序的一個最主要的目的就是讓Windows 可以檢測和識別設備。在開發(fā)大型軟件時更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。 固 件開發(fā)環(huán)境 本設計中 CY7C68013 的固件開發(fā)使用了兩種支持環(huán)境： Cypress 的開發(fā)包（ EZUSB Control Panel）和 Keil C。 24LC64 可以一次寫入 32 字節(jié)，可以任意或連續(xù)的讀出 8K 字節(jié)數(shù)據(jù)。它包含一個 35kHz 的振蕩器，推動四個低電阻 MOSFET 開關，產生 26 Ω 的低輸出電阻以及 99%的電壓變換效率。 圖 35 A/D 轉換電路圖 河南師范大學本科畢業(yè)論文 24 圖 36 MAX125 時鐘電路 電源轉換電路設計 在本設計中，需要三種大小不同的供電電源，除了 MAX125 需要的 5V 供電電源外，還有 CY7C68013 需要的＋ 的供電電源。將 MAX125 的 INT 引腳與圖 34 USB 控制器電路 河南師范大學本科畢業(yè)論文 23 CY7C68013 的 RDY0 引腳相連，作為讀取數(shù)據(jù)的使能條件。 WAKEUP為喚醒引腳，在 8051 和芯片的其他部分為低功耗狀態(tài)時， USB 系統(tǒng)掛起； PLL 和晶振停止工作，當外部 邏輯觸發(fā) WAKEUP，晶振重新工作之后， PLL 趨于穩(wěn)定；同時，8051 也會收到一個喚醒中斷。 CY7C68013 用自己的片內晶振電路和一個外部 24MHz 晶振組成系統(tǒng)的時鐘電路。這兩步的過程稱為“重枚舉”。 河南師范大學本科畢業(yè)論文 20 ③ 主機根據(jù)設備應答 ID，安裝下載固件的設備驅動程序。 GPIF 能以比 FIFO 數(shù)據(jù)速率還要快的速度運行，這就為定時信號提供了很好的可編程解決方案，比如時序電路等。對于典型的基于 FX2 的 USB 設 備， CY7C68013 的 CPU 具有雙重功能： 1) 它執(zhí)行高級的 USB 協(xié)議，該功能通過控制端點（端點 0）服務與主機請求實現(xiàn)。論文中選用的是 56pin SSOP 封裝的 CY7C68013，考慮到 FX2 系列芯片的內部結構相同，將詳細介紹 FX2 的特點。選擇 A/D 轉換芯片要考慮一些參數(shù)指標，如芯片精度、芯片的轉換速度和芯片的轉換量程等。這種類型的接口芯片常用的有 Philips公司的 PDIUSB111A 與 12 系列 [13]， National Semiconductor 公司推出 USBN9602/9603 以及NetChip 公司的 NET2888 與 NET2890 等等。數(shù)據(jù)采集系 統(tǒng)的軟件部分主要由三部分組成： USB 固件程序、 USB 設備驅動程序以及應用程序；三部分程序之間相互協(xié)作來完成整個采集系統(tǒng)的功能。這樣，在每七個位周期時間內，就給了接收器邏輯一次數(shù)據(jù)跳變，從而保證了數(shù)據(jù)和時鐘鎖定。接收器放大傳來的差分數(shù)據(jù)，并把 NRZI 數(shù)據(jù)發(fā)送到解碼器。 四種傳輸方式的總結 圖 212 同步傳輸 河南師范大學本科畢業(yè)論文 13 控制傳輸在所有的 USB 設備中都需要使用，因為主機對 USB 設備的配置命令都需要通過控制傳輸來傳送，而設備的描述信息也需要通過控制傳輸傳遞給主機。如果有中斷等待的事務，設備在數(shù)據(jù)包中返回中斷信息。 中斷傳輸 中斷傳輸主要用于定時查詢設備是否有中斷數(shù)據(jù)要傳輸，是一種主機定時偵聽設備。而且如果有數(shù)據(jù)階段，則數(shù)據(jù)的數(shù)量和方向必須在緊接著的下一個階段指定。如果接收的 數(shù)據(jù)包有 CRC 或者位填充錯誤，那么將不返回任何握 河南師范大學本科畢業(yè)論文 10 手包。設備端點通過返回一個數(shù)據(jù)包，或者如果不能返回數(shù)據(jù)，則返回 NAK 或者 STALL 握手包作為應答。一幀（或微幀）數(shù)據(jù)可包含幾種事務。這個多數(shù)據(jù)有效載荷IRP 的數(shù)據(jù)有效載荷是要求的最大包的大小，而最后的一個數(shù)據(jù)有效載荷是所有IRP 的剩余部分數(shù)據(jù)的大小。 2. 消息 ：在管道中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)有某些 USB 定義的結構，只能用于控制傳輸。 所有的 USB 設備都要求實現(xiàn)用端點 0 作為輸入和輸出端點的默認控制方式。主機上的軟件通過一組通信流與邏輯設備通信。 USB 邏輯設備對 USB 系統(tǒng)來說是一個端點的集合。通信流利用總線訪問來完成主機和功能設備之間的通信 。如圖 24 所示，說明了USB 的總線拓撲結構 [10]。而且，集線器也可為連接在它上面的 USB 設備提供電源。 USB 也是以此來判定連接的設備是高速還是低速的。 目前計算機幾乎都支持 協(xié)議，如果支持 協(xié)議，那么系統(tǒng)的 USB 主機就必須包含 根集線器，用于給系統(tǒng)提供一個或多個設備端口；同時，系統(tǒng)還必須安裝相應的驅動程序。不過，如果要使用高速傳輸，則必須使用與 兼容的主機軟件與主 機控制器，也就是說在主機的操作系 Windows20xx/XP中安裝 補丁程序，另外還要安裝支持 的主機控制器或者 PCI接口 。 河南師范大學本科畢業(yè)論文 1 1 USB 的發(fā)展 USB（ Universal Serial Bus，通用串行總線）作為一種新的外設連接技術，最初是由 Compag， DEC， IBM， Intel， Microsoft， NEC 和 Northern Tele 等七大業(yè)內巨頭共同開發(fā)的。隨著通用串行總線 USB 的出現(xiàn)，很好的解決了以上這些問題。 Finally the application software used to exhibit the curves and save data was designed, and the functions of the software were also explained. The data acquisition system based on the USB technology has 14bits resolution, single channel sample rate is 250KHZ, and the transform rate is 30Mbps. The system not 河南師范大學本科畢業(yè)論文 III only achieves the data acquisition, transforming and memory, but also has the attributes of hotplugin, plusandplay, and manpack. The expect result is achieved. Key words: Data acquisition； ； CY7C68013； MAX125； Driver 河南師范大學本科畢業(yè)論文 IV 目 錄 1 USB 的發(fā)展 ......................................................... 1 2 USB 總線概述 ....................................................... 2 系統(tǒng)硬件支持 .................................................... 2 USB 總線的物理連接和電氣特性 .................................... 2 設備的連接和速度的檢測 ...................................... 3 USB 的電源 .................................................. 3 USB 數(shù)據(jù)流模型 ................................................... 4 USB 總線拓撲結構 ............................................ 4 USB 通信流 ................................................... 5 設備端點 .................................................... 7 管道 ........................................................ 7 幀和微幀 .................................................... 8 USB 數(shù)據(jù)傳輸類型 ................................................. 9 批量傳輸 .................................................... 9 控制傳輸 ................................................... 10 同步傳輸 ................................................... 12 USB 總線信號環(huán)境 ................................................ 13 NRZI 數(shù)據(jù)編碼 .............................................. 13 位填充 ..................................................... 14 同步頭 ..................................................... 14 3 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件設計 ............................................. 15 系統(tǒng)原理介紹 ................................................... 15 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的芯片選擇 ......................................... 16 USB 芯片選擇 ................................................ 16 模數(shù)轉換芯片的 選擇 ......................................... 17 河南師范大學本科畢