【導(dǎo)讀】或撰寫的成果作品。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。有關(guān)學(xué)位論文管理部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。USB接口芯片PDIUSBD12的特性及與單片機(jī)的針腳連接。以實(shí)現(xiàn)整個(gè)的功能。

　　

【正文】 ENDP中所指明的端點(diǎn)將接收到主機(jī)發(fā)出的數(shù)據(jù)包，而對(duì) IN來(lái)說(shuō)，所指定的端點(diǎn)將輸出一個(gè)數(shù)據(jù)包。 Token和 SOF在三個(gè)字節(jié)的時(shí)間內(nèi)以一個(gè) EOP(End of Packet)結(jié)束，如果一個(gè)包被解碼為 Token包但是并沒(méi)有在 3個(gè)字節(jié)時(shí)間內(nèi)以 EOP結(jié)束，它就會(huì)被看作非法或被忽略。 對(duì)于 SOF包，它的格式如圖 ，主機(jī)以一定的速率 (1ms177。 )發(fā)送 SOF包，SOF不引起任何操作。 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?jǐn)?shù)據(jù)觸發(fā)、同步。數(shù)據(jù)包包含了 PID， DATA和 CRC三個(gè)域。如圖 。 圖 DATA數(shù)據(jù)格式 ☆ 應(yīng)答包 (Handshake Packet)： 僅包含一個(gè) PID域，如圖 。 Handshake用來(lái)報(bào)告數(shù)據(jù)傳輸?shù)臓顟B(tài)，只有支持流控制的傳輸類型（控制、中斷和批傳輸）才能返回 Handshake。 湖北汽車工業(yè)學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 圖 PID數(shù)據(jù)格式 Handshake包有三種類型： (1)確認(rèn)包 ACK：表明數(shù)據(jù)接收成功； (2)無(wú)效包 NAK：指出設(shè)備暫時(shí)不能傳送或接收數(shù)據(jù)，但無(wú)需主機(jī)介入，可以解釋成設(shè)備忙； (3)出錯(cuò)包 STALL：指出設(shè)備不能傳送或接收數(shù)據(jù)，但需要主機(jī)介入才能恢復(fù)。 NAK和 STALL不能由主機(jī)發(fā)出。 ☆ 特殊包 Special:PID名稱為 PRE（ preamble），用于低速操作的情形。 . 總線操作的格式 批操作（ bulk transaction）： 批操作包括令牌，數(shù)據(jù)，應(yīng)答三個(gè)階段。如圖 ，對(duì)于輸入操作，如果設(shè)備不能返回?cái)?shù)據(jù)，那么必須發(fā)出 NAK或 STALL包對(duì)于輸出，如果設(shè)備不能接收數(shù)據(jù)，也要返回 NAK或 STALL。 圖 批操作流程 圖 、寫過(guò)程以及序列位 (sequence bit)和數(shù)據(jù)包 PID的使用。 湖北汽車工業(yè)學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 圖 批操作讀寫過(guò)程 控制操作 (control transaction)： 控制操作（ control transfer）主要包括兩個(gè)操作階段（ transaction stage）：設(shè)置和狀態(tài)， 控制操作的流程圖 如圖 ，給出了設(shè)置操作的細(xì)節(jié)。如果數(shù)據(jù)沒(méi)有正確接收，那么設(shè)備就會(huì)忽略它，而且不返回應(yīng)答包。 圖 控制操作流程 控制操作的流程 如圖 ，下面是控制操作的詳細(xì)描述，其中 要注意數(shù)據(jù)包 PID的使用。 圖 控制操作讀寫過(guò)程 湖北汽車工業(yè)學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 中斷操作 (interrupt transaction)： 中斷操作只有輸入這一個(gè)方向，具體格式與批操作的輸入情形類似。 中斷操作流程如圖 。 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(gè)階段，令牌和數(shù)據(jù) 。如圖 。因?yàn)橥絺鬏敳恢С种匕l(fā)的能力，所以沒(méi)有應(yīng)答階段。另外它也不支持?jǐn)?shù)據(jù)的觸發(fā)同步與重試。 圖 同步操作流程 . 數(shù)據(jù)觸發(fā)同步與重試 湖北汽車工業(yè)學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 USB提供了保證數(shù)據(jù)序列同步的機(jī)制，這一機(jī)制確保了數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性。這一同步過(guò)程是通過(guò) Data0和 Data1的 PID以及發(fā)送者與接收者上的數(shù)據(jù)觸發(fā)序列位（ data toggle sequence bit）來(lái)實(shí)現(xiàn)的。接收者的序列位只有當(dāng)接收到一個(gè)正確的數(shù)據(jù)包時(shí) (包括正確的 PID)才能被觸發(fā)。而發(fā)送者的序列位只有當(dāng) 接收到確認(rèn)包 ACK 時(shí)才能被觸發(fā)。在總線傳輸?shù)拈_(kāi)始，發(fā)送者與接收者的序列位必須一致，這是由控制命令來(lái)實(shí)現(xiàn)的同步傳輸方式不支持?jǐn)?shù)據(jù)觸發(fā)同步。 圖 、 、 。 圖 連續(xù)的傳送 圖 重試的不被確認(rèn)的事務(wù) 湖北汽車工業(yè)學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 圖 重試的 ACK損壞的事務(wù) 每次總線操作，接收者將發(fā)送者的序列位 (被譯碼成數(shù)據(jù)包 PID的一位，即 Data0 或Data1)與本身的相比較 ,如果數(shù)據(jù)不能接收，則必須發(fā)送 NAK。如果數(shù)據(jù)可以被接收，并且兩者 的序列位匹配，則該數(shù)據(jù)被接收并且發(fā)送 ACK。同時(shí)，接收者的序列位被觸發(fā)。如果數(shù)據(jù)可以被接收，但兩者的序列位不匹配，則接收者只發(fā)出 ACK而不進(jìn)行其它操作。對(duì)于發(fā)送者來(lái)說(shuō)，在接收到 NAK時(shí)或在規(guī)定時(shí)間內(nèi)沒(méi)有接收到 ACK，則將上一次的數(shù)據(jù)重發(fā)。 . 低速操作 Hub具有禁止高速信號(hào)進(jìn)入低速設(shè)備的能力，這既防止了電磁干擾的發(fā)生，又保護(hù)了低速設(shè)備。低速的輸入操作 如圖 。主機(jī)發(fā)送令牌與應(yīng)答包并且接收了一個(gè)數(shù)據(jù)包。 湖北汽車工業(yè)學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(gè) 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(gè)包。主機(jī)在發(fā)送完 PRE包后，必須等待至少 4位的時(shí)間。而在這個(gè)期間 Hub完成必要的設(shè)置，使之能接收低速的信號(hào)。在接收到 EOP信號(hào)之后， Hub關(guān)閉低速設(shè)備的端口。 上行的操作則沒(méi)有上述的行為，低速與高速是一樣的。 低速操作還有其它的限制： (1)數(shù)據(jù)有效負(fù)載（ Payload）被限制在最多 8個(gè)字節(jié)的范圍內(nèi)； (2)只中斷和控制類型的傳送被支持； (3)低速設(shè)備不接受 SOF包。 . 錯(cuò)誤檢驗(yàn)與恢復(fù) USB具有檢查錯(cuò)誤的能力，并且可以根據(jù)傳輸類型的要求進(jìn)行相應(yīng) 的處理，例如：控制傳輸?shù)男枰芨叩臄?shù)據(jù)準(zhǔn)確度，因此支持所有錯(cuò)誤檢驗(yàn)與重試來(lái)實(shí)現(xiàn)端對(duì)端的數(shù)據(jù)完整傳輸，而同步傳輸不允許重試，因此必須具有一定的容錯(cuò)性。 USB這種檢查錯(cuò)誤的能力包括： PID檢驗(yàn)、 CRC檢驗(yàn)、總線時(shí)間溢出以及 EOP錯(cuò)誤檢驗(yàn)等等。 湖北汽車工業(yè)學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 . 小結(jié) 以上介紹的 USB的基本結(jié)構(gòu)和原理，只涉及了 USB規(guī)范 ，如果想深入的了解 USB必須仔細(xì)閱讀 USB規(guī)范。這一規(guī)范從總體上描述了 USB的結(jié)構(gòu)和原理，除此之外 USB將設(shè)備分為不同的類型，每個(gè)設(shè)備類型都定義了類似功能設(shè)備的共同行為和協(xié)議，例如 HID（ Human Interface Device）人機(jī)接口設(shè)備主要指用于人控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)操作的器件，而電源設(shè)備（ Power Device）則被定位為 HID的子系統(tǒng)之一。對(duì)設(shè)備進(jìn)行分類是為了抹除不同硬件廠商之間的差異，以便于主機(jī) (PC)對(duì)設(shè)備進(jìn)行方便、統(tǒng)一的管理，相同類型的設(shè)備都由一組標(biāo)準(zhǔn)定義的功能模塊組成。這樣主機(jī)與 USB設(shè)備之間的通信就可以通過(guò)一些標(biāo)準(zhǔn)格式的數(shù)據(jù)包來(lái)完成，對(duì)于每一類設(shè)備，還相應(yīng)制定了描述這類設(shè)備的 USB規(guī)范 如果想開(kāi)發(fā) USB設(shè)備，還必須對(duì)這種描述設(shè)備的規(guī)范有所了解。 USB是 1996年出現(xiàn)的， 推出 USB主要有三個(gè)目的：一是使安裝、使用設(shè)備更加容易：使用 USB，幾乎所有的中低速設(shè)備都可以用相同的電纜和接頭與 PC相連，即使是不懂得硬件知識(shí)的人也可以安全的安裝和使用 USB設(shè)備， USB所具有的即插即用特性，更是體現(xiàn)了它的便捷；二是擴(kuò)展 USB 的 I/O能力：從理論上講 USB最多可以支持 127個(gè)外設(shè)，總帶寬達(dá) 12Mb/S，可以滿足幾乎所有的中、低速設(shè)備的要求。如果用戶想增加一個(gè)外設(shè) 只需將它插到某個(gè) Hub的一個(gè)端口即可；三是支持聲音和壓縮影象等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的傳輸：這為集成語(yǔ)音、電話等功能提供了一個(gè)簡(jiǎn)單的途徑，這 也是 USB將得以發(fā)展的一個(gè)重要因素，可以支持 USB的外設(shè)十分廣泛，比如：鼠標(biāo)、鍵盤、游戲桿、顯示器、掃描儀、打印機(jī)、麥克風(fēng)、數(shù)碼相機(jī)等等。另外，還有一種高速的串行接口 IEEE1394，傳輸率可達(dá)400Mb 乃至 ，如硬盤、光驅(qū)等。 湖北汽車工業(yè)學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 31 第 五 章 硬件電路的設(shè)計(jì) 硬件電路是整個(gè)產(chǎn)品的骨架，沒(méi)有硬件電路，就談不上什么編程了。而硬件電路設(shè)計(jì)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(gè)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(guò)高速通用并行接口進(jìn)行通信，也支持本地 DMA傳輸。該 器件采用模塊化的方法實(shí)現(xiàn)一個(gè) 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。這種靈活性減少了開(kāi)發(fā)時(shí)間、風(fēng)險(xiǎn)和成本。是開(kāi)發(fā)低成本且高效的 USB外圍設(shè)備解決方案的一種最快途徑。 PDIUSBD12，完全符合 。也能適應(yīng)大多數(shù)設(shè)備類規(guī)范的設(shè)計(jì)，如成像類、大容量存儲(chǔ)類、通信類、打印類和人工輸入設(shè)備等。因此， PDIUSBD12非常適合 做很多外圍設(shè)備，如打印機(jī)、掃描儀、外部大容量存儲(chǔ)器、 Zip驅(qū)動(dòng)器和數(shù)碼相機(jī)等、現(xiàn)在用 SCSI實(shí)現(xiàn)的很多設(shè)備如果用 USB來(lái)實(shí)現(xiàn)可以直接降低成本。 PDIUSBD12掛起時(shí)的低功耗以及 LazyC lock輸出符合 ACPI OnNOW和 USB電源管理設(shè)備的要求，低功耗工作允許實(shí)現(xiàn)總線供電的外圍設(shè)備。 PDIUSBD12還集成了像 SoftConnect GoodLink可編程時(shí)鐘輸出，低頻晶振和終端電阻等特性，所有這些特性都能在系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)時(shí)節(jié)省成本，同時(shí)在外圍設(shè)備上很容易實(shí)現(xiàn)更高級(jí)的 USB功能。 . 主要特性 ? 符合 ； ? 集成了 SIE FIFO存儲(chǔ)器收發(fā)器和電壓調(diào)整器的高性能 USB接口芯片； ? 適應(yīng)大多數(shù)設(shè)備類規(guī)范的設(shè)計(jì)； ? 與任何微控制器 /微處理器有高速 2MB/s的并行接口； ? 完全自動(dòng) DMA操作； ? 集成了 320B的多配置 FIFO存儲(chǔ)器； ? 主端點(diǎn)有雙緩存配置增加吞吐量容易實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸； ? 在塊傳輸模式下有 1MB/s的數(shù)據(jù)傳輸率，在同步傳輸模式下有 1Mb/s的數(shù)據(jù)傳輸率； ? 具有總線供電能力有非常好的 EMI性能； 湖北汽車工業(yè)學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 32 ? 在掛起時(shí)有可控制的 LazyClock輸出； ? 可通過(guò)軟件控制 USB總線連接 SoftConnect； ? 在 USB 傳輸時(shí)有閃亮的 USB 連接指示燈 GoodLink； ? 時(shí)鐘頻率輸出可編程； ? 符合 ACPI OnNOW和 USB電源管理要求； ? 具有內(nèi)部上電復(fù)位和低電壓復(fù)位電路； . 內(nèi)部結(jié)構(gòu) PDIUSBD12內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 。 圖 PDIUSBD12內(nèi)部結(jié)構(gòu) ? 模擬收發(fā)器集成的收發(fā)器直接通過(guò)終端電阻與 USB電纜接口； ? 電壓調(diào)整器片上集成的 1個(gè) 。為模擬收發(fā)器供電，也提供連接到外部 PDIUSBD12提供集成 k上拉電阻的SoftConnect技術(shù)； ? PLL片上集成 1個(gè) 6~48MHz的倍頻 PLL鎖相環(huán)。允許使用 6MHz的晶振 EMI也由于使用低頻晶振而減小 PLL的工作不需要外部器件，位時(shí)鐘恢復(fù)位時(shí)鐘恢復(fù)電路用 4倍過(guò)采樣原理，從輸入的 USB數(shù)據(jù)流中恢復(fù)時(shí)鐘能跟蹤 USB規(guī)范中指出的信號(hào)抖動(dòng)和頻率漂移； ? PHILIPS串行接口引擎 PSIE。 PHILIPS的 SIE完全實(shí)現(xiàn) USB協(xié)議層考慮到速度，它是全硬件的、不需要固件（微程序）介入。這個(gè)模塊的功能包括同步模式識(shí)別并 /串轉(zhuǎn)換位填充 /不填充 CRC校驗(yàn) PID確認(rèn)地址識(shí)別以及握手鑒定。 湖北汽車工業(yè)學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 33 ? SoftConnect高速設(shè)備與 USB的連接，是靠把 D＋通過(guò) 1個(gè) 電平來(lái)建立的，在 PDIUSBD12中這個(gè)上拉電阻是集成在芯片內(nèi)的，缺省是沒(méi)有連接到 VDD，這個(gè)連接是靠外部 MCU發(fā)一個(gè)命令來(lái)建立的。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(lái)完成。 ? GoodLink是靠一個(gè)引腳接發(fā)光二極管實(shí)現(xiàn)的，在 USB設(shè)備枚舉時(shí) LED指示燈將立即閃亮，當(dāng) PDIUSBD12被成功枚舉并配置時(shí) LED指示燈將會(huì)始終亮，經(jīng)過(guò)PDIUSBD12的 USB數(shù)據(jù)傳 輸過(guò)程中 LED將一閃一閃傳輸成功后 LED熄滅。在掛起期間 LED熄滅這種特性可以使知道 PDIUSBD12的狀態(tài)方便電路調(diào)試。 ? 存儲(chǔ)器管理單元 MMU和集成 RAM。 MMU和集成 RAM能緩沖 USB（工作在12Mb/s）數(shù)據(jù)傳輸和微控制器之間并行接口之間的速度差異，這允許微控制器以自己的速度讀寫 USB包。 ? 并行和 DMA接口。并行接口容易使用速度快并且能直接與主微控制器接口，對(duì)于微控制器 PDIUSBD12可以看成是一個(gè)有 8位數(shù)據(jù)總線和 1位地址線的存儲(chǔ)設(shè)備，PDIUSBD12支持多路復(fù)用和非多路復(fù)用的地址和數(shù)據(jù)總線。在主 端點(diǎn)端點(diǎn) 2和局部共享存儲(chǔ)器之間也可使用 DMA，直