【正文】 湖北汽車工業(yè)學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 33 ? SoftConnect高速設(shè)備與 USB的連接，是靠把 D＋通過 1個 電平來建立的，在 PDIUSBD12中這個上拉電阻是集成在芯片內(nèi)的，缺省是沒有連接到 VDD，這個連接是靠外部 MCU發(fā)一個命令來建立的。 湖北汽車工業(yè)學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 31 第 五 章 硬件電路的設(shè)計 硬件電路是整個產(chǎn)品的骨架，沒有硬件電路，就談不上什么編程了。主機發(fā)送令牌與應(yīng)答包并且接收了一個數(shù)據(jù)包。如圖 。數(shù)據(jù)包包含了 PID， DATA和 CRC三個域。 ☆ 外設(shè)地址域 (ADDR)指定了外設(shè)，它根據(jù) PID所說明的令牌的類型，指明了外設(shè)是數(shù)據(jù)包的發(fā)送者或接收者。 . 批傳輸 (Bulk Transfer) 1 用于大量的、對時間沒有要求的數(shù)據(jù)傳輸； 2 數(shù)據(jù)沒有 USB定義的結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)流管道； 3 單向傳輸，如果一個外設(shè)需要雙向傳輸，則必須使用另一個端點； 4 只能用于高速設(shè)備，允許數(shù)據(jù)包 最大容量為 1 32或 64字節(jié)； 5 沒有帶寬的保證，只要有總線空閑就允許傳輸數(shù)據(jù)，優(yōu)先級小于控制傳輸； 6 具有數(shù)據(jù)傳輸保證，在必要時可以重試，以保證數(shù)據(jù)的準確性。 . 設(shè)備的掛起 為了節(jié)電 ，設(shè)備在指定的時間內(nèi)沒有總線傳輸， USB設(shè)備自動進入掛起狀態(tài)，如果設(shè)備所接的 Hub的端口被禁止了，設(shè)備也將進入掛起狀態(tài) (稱之為選擇掛起 )，當然主機也可以進入掛起狀態(tài)。Hub可以檢測出每一個下行端口的狀態(tài)，并且可以給下端的設(shè)備提供電源。 所有的設(shè)備都有上行的接口，上行和下行的接頭是不能互換的，這保證了不會有非法的連接出現(xiàn)，插頭與插座有兩個系列：分別為 A和 B系列， A用于基本固定的外圍設(shè)備，而系列 B用于經(jīng)常拔插的設(shè)備，這兩個系列是不能互換的。 . 總線拓撲結(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)是每個星形結(jié)構(gòu)的中心。編碼 PT2262和解碼 PT2272的第 1～ 8腳為地址設(shè)定腳， 有三種狀態(tài)可供選擇：懸空、接正電源、接地三種狀態(tài)， 3的 8次方為 6561，所以地址編碼不重復(fù)度為 6561組，只有發(fā)射端 PT2262和接收端 PT2272的地址編碼完全相同，才能配對使用，遙控模塊的生產(chǎn)廠家為了便于生產(chǎn)管理，出廠時遙控模塊的 PT2262和 PT2272的八位地址編碼端全部懸空，湖北汽車工業(yè)學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 這樣用戶可以很方便選擇各種編碼狀態(tài)，用戶如果想改變地址編碼，只要將 PT2262和PT2272的 1～ 8腳設(shè)置相同即可，例如將發(fā)射機的 PT2262的第 1腳接地第 5腳接正電源，其它引腳懸空，那么接收機的 PT2272只要也第 1腳接地第 5腳接正電源，其它引腳懸空就能實現(xiàn)配對接收。 ASK調(diào)制 電路圖如 。 . 無線收發(fā)模塊的介紹及應(yīng)用 這個系統(tǒng)中無線部分用的是 ASK技術(shù)， 這種調(diào)制方法很容易實現(xiàn)，成本也很低，誤碼率相對于 FSK、 PSK來說比較高，但是在這個系統(tǒng)要求并不是太高的情況下，已經(jīng)足夠了。 關(guān)于 USB接口控制芯片 選擇的是 PHILIPS公司的 PDIUSBD12芯片，這種芯片在市場上非常常見，關(guān)于這個芯片的資料也很多，而且價格 便宜。但 對于控制器和 USB接口控制芯片 分離的來說，也就是說在有一片單片機的情況下還需要選擇一片 USB接口控制芯片， 這個控制芯片一般包括 USB SIE的基本功能， USB的數(shù)據(jù)收發(fā)。所以不能滿足課堂教學(xué)的需求，并沒有在各種會議和課堂教學(xué)使用中得到推廣。和傳統(tǒng)教學(xué)時能在整個講臺甚至教室移動相比小多了。 畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文） 題 目： 基于 USB接口的無線遙控鼠標 系 別： 電子信息科學(xué)系 專 業(yè)： 電子信息科學(xué)與技術(shù) (電子信息工程 ) 班 級： 學(xué)生姓名： 學(xué) 號： 指導(dǎo)教師： 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨立進行研究所取得的研究成果。造成演講者不能最大限度發(fā)揮，不方便作一些利用黑板板書，也不能更好與同學(xué)互動交流。 在最近 1－ 2年內(nèi)，出現(xiàn)了一種新形式的遙控器，它是基于 USB口，及射頻技術(shù)的。這些器件一般通過數(shù)據(jù)地址線、串行總線、 I/O口與單片機連接， 可選擇的余地很大。有一端時間，研究了很長時間的南京沁恒公司的 CH372A芯片，但是由于資料是在太少，不得不放棄了。 . 無線發(fā)模塊的介紹 數(shù)據(jù)發(fā)射模塊的工作頻率為 315M，采用聲表諧振器 SAW穩(wěn)頻，頻率穩(wěn)定度極高，當環(huán)境溫度在－ 25～＋ 85度之間變化時，頻飄僅為 3ppm/度。 圖 ASK調(diào)制電路 . 無線收模塊的介紹 接收模塊的工作電壓為 5伏，靜態(tài)電流 4毫安，它為超再生接收電路，接收靈敏度為－ 105dbm，接收天線最好為 25～ 30厘米的導(dǎo)線，最好能豎立起來。當兩者地址編碼完全一致時，接收機對應(yīng)的 D1～ D4端輸出約 4V互鎖高電平控制信號，同時 VT端也輸出解碼有效高電平信號。 PC機就是主機和根 Hub，用戶可以將外設(shè)或附加的 Hub與之相連，這些附加的 Hub湖北汽車工業(yè)學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 可以連接另外的外設(shè)以及下層 Hub。 . USB設(shè)備 USB設(shè)備包括 Hub和功能設(shè)備 ,而功能設(shè)備又可以 細分為定位設(shè)備、字符設(shè)備等等。通過 USB HUB使得總線一次級聯(lián) 127個設(shè)備在理論上成為可能。 USB設(shè)備當總線活動時就會離開掛起狀態(tài)，一個設(shè)備也可以通過電信號來遠程喚醒進入掛起狀態(tài)的主機，這個能力是可選的，如果一個設(shè)備具有這個能力，主機有能力禁止或允許使用這種能力。 . 同步傳輸 (Isochronous Transfer) 湖北汽車工業(yè)學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 21 1 是一種周期的、連續(xù)的傳輸方式，通常用于與時間有密切關(guān)系的、信息的傳輸； 2 數(shù)據(jù)沒有 USB定義的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)流管道； 3 單向傳輸，如果一個外設(shè)需要雙向傳輸，則必須使用另一個端點； 4 只能用于高速設(shè)備，數(shù)據(jù)包的最大容量可以從 0到 1023個字節(jié)； 5 具有帶寬保證，并且保持數(shù)據(jù)傳輸?shù)?速率恒定，每個同步管道每幀傳輸一個數(shù)據(jù)包； 6 沒有數(shù)據(jù)重發(fā)機制，要求具有一定的容錯性 7 與中斷方式一起，占用總線的時間不得超過一幀的 90%。 ADDR共 6位，因此最多可以有 127個地址。如圖 。因為同步傳輸不支持重發(fā)的能力，所以沒有應(yīng)答階段。 湖北汽車工業(yè)學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 29 圖 低速方式的輸入操作 所有下行的低速傳輸?shù)陌?，必須先發(fā)送一個 PRE包， Hub必須解釋 PRE包，而所有其它的 USB設(shè)備必須忽略這個包。而硬件電路設(shè)計的好壞也直接關(guān)系到后期編程，調(diào)試的難易程度，所以硬件電路至關(guān)重要！ . USB控制芯片 PDIUSBD12的介紹 PDIUSBD12 是一個性能優(yōu) 化的 USB器件，通常用于基于微控制器的系統(tǒng)并與微控制器通過高速通用并行接口進行通信，也支持本地 DMA傳輸。這使得系統(tǒng)微處理器可以在決定建立 USB連接之前完成初始化，重新初始化 USB總線連接也可以不用拔掉電纜來完成。這個模塊的功能包括同步模式識別并 /串轉(zhuǎn)換位填充 /不填充 CRC校驗 PID確認地址識別以及握手鑒定。另外，還有一種高速的串行接口 IEEE1394，傳輸率可達400Mb 乃至 ，如硬盤、光驅(qū)等。低速的輸入操作 如圖 。 圖 中斷操作流程 同步操作 (isochronous transaction)： 同步操作不同于其他類型，只包含兩個階段，令牌和數(shù)據(jù) 。 圖 SOF數(shù)據(jù)格式 ☆ 數(shù)據(jù)包 包括 Data0和 Data1兩種類型，這兩種包的定義是為了支持數(shù)據(jù)觸發(fā)、同步。 ☆ 地址域 (Address Field)：外設(shè)端點都是由地址域指明的，它包括兩個子域外設(shè)地址和外設(shè)端點，外設(shè)必須解讀這兩個域，其中有任何一個不匹配，這個令牌就會被忽略。 . 中斷傳輸 (Interrupt Transfer) 1 用于非周期的、自然發(fā)生的、數(shù)據(jù)量很小的信息的傳輸，如鍵盤鼠標等； 2 數(shù)據(jù)沒有 USB定義的結(jié)構(gòu)（數(shù)據(jù)流管道）； 3 只有輸入這一 種傳輸方式（即外設(shè)到主機）； 4 對于高速設(shè)備，允許數(shù)據(jù)包最大容量為小于或等于 64字節(jié)，對于低速設(shè)備只能小于或等于 8字節(jié)； 5 具有最大服務(wù)周期保證，即在規(guī)定時間內(nèi)保證有一次數(shù)據(jù)傳輸； 6 與同步方式一起，占用總線的時間不得超過一幀的 90%； 7 具有數(shù)據(jù)傳輸保證，在必要時可以重試。 當一個設(shè)備初次連接時，器件的配置和 分類并不使用外設(shè)自帶的電源，而是通過USB線纜提供的電源來使外設(shè)處于 POWER狀態(tài)。 圖 USB設(shè)備結(jié)構(gòu)層次 湖北汽車工業(yè)學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 . USB HUB Hub在 USB結(jié)構(gòu)中是一個關(guān)鍵，它提供了附加的 USB節(jié)點，這些節(jié)點被稱為端口。 HUB通過僅僅通過在外設(shè)初次連接時 D＋或 D上的信號是高還是低即可判斷是高速設(shè)備還是低速設(shè)備。 目前帶寬最寬為 400Mb/S，能滿足一般的音頻、視頻傳輸，而IEEE1394b的帶寬能達到 。 在這個系統(tǒng)中，采用 8位地址碼和 4位數(shù)據(jù)碼，這是由于解碼模塊 PT2272L4決定的。一般在開闊區(qū)最大發(fā)射距離 約 800米，在有障礙的情況下，距離會縮短，由于無線電信號傳輸過程中的折射和反射會形成一些死區(qū)及不穩(wěn)定區(qū)域，不同的收發(fā)環(huán)境會有不同的收發(fā)距離。這個無線系統(tǒng)采用的是 ASK調(diào)制。 圖 本 系統(tǒng)設(shè)計 原理圖 關(guān)于無線收發(fā)模塊，選用的就是上文所說的那種成品模塊，開發(fā)時間短， 價格便宜，而且外形美觀。而且 這種芯片在市面上很難找到， 并 且價格昂貴。由于紅外遙控鼠標的控制信號發(fā)射有一定的方向性，不能跨越障礙物；并且遙控距離僅為 2－ 3米。教師為了講課時方便地翻動 PPT或者 Word頁，不得不一直站在電腦前面。除了文中特別加以標注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。導(dǎo)致課堂氣氛不活躍。湖北汽車工業(yè)學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 早在 2020年國內(nèi)的藍科火鉆遙控型閃存，及愛國者靈動演示伴侶都已經(jīng)成為很成熟的產(chǎn)品在市場上進行銷售，他們一般都是閃存加遙控的方式，因而價格比較昂貴， 128M的都在千元左右，所以限制了 普及的速度。這種芯片的型號很多，比如 PHILIPS公司的 PDIUSBD12,SCANLOGIC公司的SL11,中國南京沁恒公司的 CH372A等等， 只要選擇好一個與單片機合適的連接方 法，就可以很方便的進行單片機的編程了，在這里 不需要特殊的環(huán)境 ，平時所用的環(huán)境都可以用 關(guān) 于無線收發(fā)模塊 的選擇。 對于單片機 選擇的是 ATMEL公司的 89S52，雖然這個單片機 性能比較落后 ，但是用它來控制 PDIUSBD12，已經(jīng)足夠了。特別適合多發(fā)一收無線遙控及數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。接收模塊本身不帶解碼集成電路，因此接收電路僅是一種組件，只有應(yīng)用在具體電路中進行二次開發(fā)才能發(fā)揮應(yīng)有的作用，這種設(shè)計有很多優(yōu)點，它可以和各種解 碼電路或者單片機配合，設(shè)計電路靈活方便。用戶可將這些信號加一級放大，便可驅(qū)動繼電器、功率三極管等進行負載遙控開關(guān)操縱。 USB支持最多 5個 Hub層以及 127個外設(shè)。為了進一步敘述給出端點 (endpoint)和管道 (pipe)的概念。如圖 ，是一個通用的接口結(jié)構(gòu)圖，它包括一個上游端口用于和 USB主機或上層的 HUB連接，和多個下游端口用于擴展連接 USB設(shè)備。 . USB主機 無論在軟件還是硬件上， USB主機在 USB系 統(tǒng)中 都 處于中心地位，并且對 USB及其連接的設(shè)備有著特殊的責(zé)任，主機控制著所有對 USB的訪問，一個外設(shè)只有主機允許才有權(quán)力訪問總線，主機同時也監(jiān)測著 USB的結(jié)構(gòu)。 圖 （ IRP）、傳輸（ transfer）與操作（ transaction）之間的關(guān)系。一旦外設(shè)被復(fù)位或上電，外設(shè)的地址被缺省為 0，這時必須在主機枚舉過程中被賦予一個獨一的地址，而 0地址只能用于缺省值，而不能分配作一般的地址。 圖 DATA數(shù)據(jù)格式 ☆ 應(yīng)答包 (Handshake Packet)： 僅包含一個 PID域，如圖 。另外它也不支持數(shù)據(jù)的觸發(fā)同步與重試。主機在發(fā)送完 PRE包后，必須等待至少 4位的時間。該 器件采用模塊化的方法實現(xiàn)一個 USB接口，允許在眾多可用的微控制器中選擇最合適的作為系統(tǒng)微控制器，允許使用現(xiàn)存的體系結(jié)構(gòu)并使固件投資減到最小。 ? GoodLink是靠一個引腳接發(fā)光二極管實現(xiàn)的，在 USB設(shè)備枚舉時 LED指示燈將立即閃亮，當 PDIUSBD12被成功枚舉并配置時 LED指示燈將會始終亮，經(jīng)過PDIUSBD12的 USB數(shù)據(jù)傳 輸過程中 LED將一閃一閃傳輸成功后 LED熄滅。 PHILIPS的 SIE完全實現(xiàn) USB協(xié)議層考慮到速度，它是全硬件的、不需要