【正文】 開(kāi)了主機(jī)，設(shè)備便不可工作；而USBOTG的出現(xiàn)正是為了解決這個(gè)問(wèn)題，而不是一個(gè)獨(dú)立規(guī)范。由于日益增加的便攜式外設(shè)都使用USB接口和PC機(jī)進(jìn)行通信，因此如果能實(shí)現(xiàn)這些設(shè)備相互之間的通信將會(huì)帶來(lái)很大的方便，但是USB的某些規(guī)范使之實(shí)現(xiàn)起來(lái)有困難，尤其是USB通信只發(fā)生在一個(gè)主機(jī)和一個(gè)外設(shè)之間。Device_Qualifier描述符：當(dāng)設(shè)備轉(zhuǎn)換速度時(shí)候，設(shè)備描述符中的某些字段可能改變。它用來(lái)配置設(shè)備，一個(gè)設(shè)備只能有一個(gè)設(shè)備描述符。(2)數(shù)據(jù)CRC數(shù)據(jù)CRC是作用于數(shù)據(jù)包的數(shù)據(jù)字段上的16位多項(xiàng)式。.端點(diǎn)域：附加的4位的端點(diǎn)(ENDP)字段允許對(duì)那些需要不只一個(gè)子信道的功能部件進(jìn)行更靈活的尋址。同步傳輸不對(duì)傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行錯(cuò)誤檢測(cè)，它主要保證數(shù)據(jù)的連續(xù)傳輸，適用于實(shí)時(shí)性要求比較高的場(chǎng)合，具有周期性、連續(xù)性的特點(diǎn)。USB驅(qū)動(dòng)程序(USBD)位于UHCD之上，它提供驅(qū)動(dòng)器級(jí)的接口，滿足現(xiàn)有設(shè)備驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)的要求。同時(shí)簡(jiǎn)單介紹了PDIUSBD12和單片機(jī)AT89C51的特性和功能。計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備的市場(chǎng)上使用USB接口的數(shù)碼相機(jī)、掃描儀、移動(dòng)硬盤(pán)、鼠標(biāo)、鍵盤(pán)等設(shè)備隨處可見(jiàn)。USB設(shè)備支持即插即用，安裝USB設(shè)備不必再打開(kāi)機(jī)箱，加減已安裝過(guò)的設(shè)備，完全不用關(guān)閉計(jì)算機(jī)。 采用USB接口的高速數(shù)據(jù)采集器硬件設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說(shuō)明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。這種采集系統(tǒng)由于采用了USB總線接口而具備了如下優(yōu)點(diǎn)：1)設(shè)備安裝和配置容易。隨著USB總線的發(fā)展，USB總線接口在嵌入式系統(tǒng)以及個(gè)人電腦的外圍設(shè)備中的應(yīng)用發(fā)展非常迅速。對(duì)PC機(jī)與數(shù)據(jù)采集器的接口方式和USB控制芯片的選取進(jìn)行了分析，并說(shuō)明了選用USB 主控芯片PDIUSBD12和USB接口方式原因及其優(yōu)勢(shì)。系統(tǒng)軟件中的更高層通過(guò)UHCD的軟件接口與主控制器通信。等時(shí)傳輸亦稱同步傳輸，主要用于主機(jī)和設(shè)備與時(shí)間有關(guān)的信息傳輸，比如，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的傳輸(如多媒體、音、視頻數(shù)據(jù))。低速的設(shè)備最多支持2個(gè)端點(diǎn)0和一個(gè)附加端點(diǎn)，高速設(shè)備可以支持最多16個(gè)端點(diǎn)。如果所有的標(biāo)記位都被準(zhǔn)確無(wú)誤地收到，接收機(jī)中的5位剩余將是01100B。設(shè)備描述符：是說(shuō)明整個(gè)設(shè)備的信息，包括設(shè)備描述符長(zhǎng)度、描述符類(lèi)型、USB版本號(hào)、設(shè)備類(lèi)、設(shè)備子類(lèi)、設(shè)備協(xié)議、端點(diǎn)0的最大分組尺寸、廠商ID、產(chǎn)品ID和設(shè)備支持的配置數(shù)等。在描述符方面，還增加了新的描述符：Device_Qualifier、Other_Speed_Configuration和Interface_Power，這些描述符包含了使用非目前選擇的速度時(shí)設(shè)備的行為，只有同時(shí)支持全速與高速的設(shè)備才需要。USB己經(jīng)成為了一種PC和外設(shè)之間交換數(shù)據(jù)的常用接口。本節(jié)簡(jiǎn)要地從USB系統(tǒng)組成、USB的傳輸、USB的數(shù)據(jù)單元、USBOTG協(xié)議。PCI總線還具有良好的擴(kuò)展性，通過(guò)PCI橋路，可允許無(wú)限地?cái)U(kuò)展。易于擴(kuò)展。（3）需外接微控制器的芯片：這些USB控制芯片只負(fù)責(zé)處理USB相關(guān)的通信工作，而且必須由外部微控制器的控制才能正常工作。在一般情況下其該芯片可達(dá)到2Mbit /S的傳輸速率。由先進(jìn)CMOS工藝制造并帶有非易失性Flash程序存儲(chǔ)器。在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器和外部數(shù)據(jù)時(shí)，分別作為地址高位字節(jié)和16位地址(MOVXDPTR)，此時(shí)通過(guò)內(nèi)部強(qiáng)上拉傳送1。PDIUSBD12芯片需占用AT89C51的一個(gè)硬件中斷，當(dāng)接口芯片收到或者是發(fā)送完USB總線數(shù)據(jù)時(shí)，這個(gè)中斷引腳會(huì)向微控制器發(fā)出中斷信號(hào)。： 二階有源濾波電路上面這個(gè)電路也稱作Sullenkey低通濾波電路，傳遞函數(shù)式41所示： (41) 可以看出傳遞函數(shù)H（s）有兩個(gè)極點(diǎn)，而沒(méi)有零點(diǎn)，因此系統(tǒng)是穩(wěn)定的。這樣，既可以利用89C51中豐富的軟件資源，又可以利用USB總線技術(shù)的即插即用、熱插拔等特性，可以使開(kāi)發(fā)設(shè)備的成本降低、縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間周期。此時(shí)，D12的SUSPEND引腳輸出高電平。USB協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊：這個(gè)模塊以PDIUSBD12為核心，將接收到的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換發(fā)送到USB口。單片機(jī)的復(fù)位可以有兩種途徑:一種是上電復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位，另外一種方式是當(dāng)PDIUSBD12從掛起狀態(tài)回復(fù)的時(shí)候。 詳細(xì)敘述別介紹低通濾波器電路、采樣保持電路、AT89C51和PDIUSBD12連接電路、USB接口硬件設(shè)計(jì)。他淵博的學(xué)識(shí)、敏銳而活躍的思維為我樹(shù)立了榜樣，使我終身受益。提出系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案。當(dāng)AB或CD兩端出現(xiàn)瞬間高能量沖擊時(shí)，它能以極高的速度把兩端的阻抗值由高阻態(tài)變?yōu)榈妥钁B(tài)，吸收一個(gè)大電流，從而把它兩端間的電壓鉗位在一個(gè)較小的數(shù)值上，保護(hù)后面的電路元件不因瞬態(tài)高電壓的沖擊而損壞。這些功能由微控制器和PDIUSBD12及相應(yīng)的外圍電路共同實(shí)現(xiàn)。而且，這種方式也增加了電路的不穩(wěn)定性。此外，該采樣/保持電路的增益值為(l+RF/R1)，而且兩電阻的阻值都應(yīng)在2k以上。當(dāng)信號(hào)中含有高于一半采樣頻率的頻率成分時(shí)，會(huì)引入混疊噪聲，加入低通濾波器就是為了限制輸入信號(hào)的最高頻率，把輸入信號(hào)限制在一定范圍內(nèi)，保證進(jìn)入A/D的信號(hào)不會(huì)含有超過(guò)一半采樣頻率的成分，從而達(dá)到抗混疊的目的。如果保密位1已編程，EA在復(fù)位時(shí)由內(nèi)部鎖存。P1(P10一P17)：Pl口是帶內(nèi)部上拉的雙向I/O口，向P1口寫(xiě)入1時(shí)，P1口被內(nèi)部上拉為高電平，可用作輸入口。端點(diǎn)2(主端點(diǎn))的數(shù)據(jù)傳輸方向有處理器模塊通過(guò)“Set Mode”命令配置。引腳CS_N即為該芯片的片選信號(hào)引入端。（2）內(nèi)嵌通用微控制器的芯片：內(nèi)嵌通用微控制器的USB控制芯片可以說(shuō)是在通用微控制器的基礎(chǔ)上擴(kuò)展了USB功能。設(shè)備安裝和配置容易。但是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展，ISA總線逐漸被淘汰，目前市場(chǎng)上大多PC機(jī)主板已經(jīng)沒(méi)有ISA插槽。USBOTG是一種點(diǎn)到點(diǎn)的通信標(biāo)準(zhǔn)，其仍然保持在任何時(shí)候都有主機(jī)/從機(jī)。但這些設(shè)備都是由一個(gè)主計(jì)算機(jī)來(lái)管理所有的通信，外圍設(shè)備不能夠直接彼此溝通。 ，由7家公司在2000年4月份共同制定的，是版本更新的一大躍進(jìn)，它加入了許多高速傳輸特性。每個(gè)描述符都以一個(gè)一字節(jié)寬并包含了該描述符中所有字節(jié)數(shù)的域?yàn)殚_(kāi)始，再跟上一個(gè)說(shuō)明描述符類(lèi)型的一字節(jié)寬的域。循環(huán)冗余校驗(yàn)(CRC)被用來(lái)在標(biāo)記和數(shù)據(jù)包中保護(hù)所有的非PID字段。外設(shè)地址域(ADDR)指定了外設(shè)，它根據(jù)PID所說(shuō)明的令牌的類(lèi)型指明了外設(shè)是數(shù)據(jù)包的發(fā)送者或接收者，ADDR共7位，因此最多可以有127個(gè)地址。由于塊傳輸在硬件級(jí)上對(duì)傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行錯(cuò)誤檢測(cè)(若發(fā)生錯(cuò)誤，它支持“重傳”功能)，因此它能保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。HCD與USBD間的接口叫HCDI，特定的HCDI由支持不同主控制器的操作系統(tǒng)定義。 本課題的主要內(nèi)容本課題的內(nèi)容按章節(jié)大致可以分為4個(gè)方面：(1) 了解基于USB接口的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的研究背景，提出課題的研究意義，指出了用USB接口相較于其他接口的優(yōu)勢(shì)：易實(shí)現(xiàn)、成本低、快速、兼容性強(qiáng)。之后，隨著USB的普及與推廣，USB的成員一直持續(xù)不斷地增加，如今已是非常龐大的推廣組織了。通用串行總線(Universal Serial Bus，簡(jiǎn)稱USB)的出現(xiàn)，很好的解決了以上這些問(wèn)題。作者簽名：　　 　 　　 日　 期：　　 　 　　  1 緒論 課題的提出及意義在工業(yè)生產(chǎn)和科研的各行業(yè)，常常利用PC或工控機(jī)對(duì)各種數(shù)據(jù)進(jìn)行采集這其中有很多地方需要對(duì)各種數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，如液位、溫度、壓力、頻率等。3)數(shù)據(jù)傳輸速度比一般的串行總線(如RS232，RS485等)快，可以滿足絕大多數(shù)多點(diǎn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的要求。它是以傳感器、信號(hào)測(cè)量與處理、微型計(jì)算機(jī)等技術(shù)為基礎(chǔ)而形成的一門(mén)綜合應(yīng)用技術(shù)，主要研究信息數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)、處理以及控制等作業(yè)，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。2 USB軟件通信協(xié)議 USB系統(tǒng)構(gòu)成一個(gè)USB系統(tǒng)由以下幾部分構(gòu)成：主機(jī)和設(shè)備：是指USB系統(tǒng)中的主要構(gòu)件；物理構(gòu)成：是指USB元件的連接方法；邏輯構(gòu)成：不同的USB元件所擔(dān)當(dāng)?shù)慕巧拓?zé)任，以及從主機(jī)和設(shè)備的角度出發(fā)USB所呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)；客戶軟件與設(shè)備功能接口的關(guān)系。當(dāng)設(shè)備被系統(tǒng)檢測(cè)到時(shí)，這些客戶程序?qū)⒅苯幼饔糜谕鈬布@個(gè)共享的特性將USB系統(tǒng)軟件置于客戶和它的設(shè)備之間，也就是說(shuō)，一個(gè)客戶程序不能直接訪問(wèn)設(shè)備硬件，而是根據(jù)USBD在客戶端形成的設(shè)備映像由客戶程序?qū)λM(jìn)行處理。所有的數(shù)據(jù)通訊過(guò)程都可以歸結(jié)為三種包的傳輸：令牌包、數(shù)據(jù)包和應(yīng)答包，這些包都是由不同的域組成的，格式如表21所示。對(duì)于低速(Low Speed)設(shè)備，每個(gè)功能部件最多提供3個(gè)管道：在端口0的控制管道加上2個(gè)附加管道(或是2個(gè)控制管道，或是1個(gè)控制管道和1個(gè)中斷端口，或是2個(gè)中斷端口)。所有的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備請(qǐng)求都是使用默認(rèn)管道來(lái)傳輸?shù)?。一個(gè)設(shè)備接口包含一個(gè)或多個(gè)端點(diǎn)描述符。Other_Speed_Configuration描述符的附屬描述符與設(shè)備配置描述符相同。它允許一個(gè)便攜式設(shè)備成為一個(gè)USB主機(jī)，而不需要支持一個(gè)PC主機(jī)的所有功能。串行口不同于并行口之處在于它的數(shù)據(jù)和控制信息是一位接一位串行地傳送下去。由于USB的熱插拔特性，使得它的使用很方便，而且與串口、并口相比，USB的速度也快得多。USB總線提供最大達(dá)5V，500mA電流，對(duì)于功耗較小的設(shè)備來(lái)說(shuō)這是非常有效的。此類(lèi)芯片的典型代表有：Philips公司的PDIUSBD1Netchip公司的NET2888芯片、National 。這樣外圍處理器可以處理USB不連接時(shí)的工作狀態(tài)。掉電模式保存RAM的內(nèi)容，但是凍結(jié)振蕩器，導(dǎo)致所有其它的片內(nèi)功能停止工作。ALE地址鎖存使能：在訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，輸出脈沖鎖存地址的低字節(jié)，在正常情況下，ALE輸出信號(hào)恒定為1/6振蕩頻率。數(shù)據(jù)采集器的系統(tǒng)框圖如圖所示。在本系統(tǒng)中采用了AD582芯片作為采樣保持器件。在這里，A0是與P17相連，A0為高時(shí)，表示DATA0DATA7上收到的是命令字；A0為低時(shí)，表明接收到的是數(shù)據(jù)。(二)直接在D+線外接上拉電阻，用插拔電纜實(shí)現(xiàn)連接與斷開(kāi)。 USB接口電路。只有D12SUSPD引腳上的負(fù)脈沖保持到第一個(gè)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸出脈沖結(jié)束才能使第二個(gè)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器觸發(fā)，使單片機(jī)復(fù)位。在指導(dǎo)老師的精心指導(dǎo)下，得以把整體框架清理出來(lái)。在這里特向以下單位和個(gè)人致以本人最誠(chéng)摯的謝意：首先，感謝學(xué)校能夠提供我們一個(gè)這樣鍛煉和提高自己能力的機(jī)會(huì)，使得我們?cè)谧呷肷鐣?huì)之前有了一個(gè)深刻的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的體會(huì)。其中，分別介紹低通濾波器電路、采樣保持電路、AT89C51和PDIUSBD12連接電路、USB接口硬件設(shè)計(jì)，并給出了硬件電路原理圖。它們是USB的數(shù)據(jù)線，外接匹配電阻是18歐姆。對(duì)于自供電設(shè)備，建議用前者，因?yàn)閷?duì)于自供電設(shè)備，若用方式二，插上電纜后，經(jīng)常出現(xiàn)系統(tǒng)檢測(cè)不到設(shè)備或主機(jī)讀取描述符不成功的情況，這與D+的上拉電阻有關(guān)。DMACK_N接高電平，CS_N接低電平作為片選。 采樣/保持電路圖在上圖的采樣/保持電路中，采樣/保持器