【正文】 發(fā)之前，首先要根據(jù)具體使用要求選擇合適的USB控制器。專用（Special）前同步（PRE）1100B主機發(fā)送的前同步字。另外，設(shè)備可能發(fā)送NAK，指示沒有可用的數(shù)據(jù)，或者狀態(tài)沒有改變[4]。主機定時啟動中斷傳輸，看設(shè)備端點是否有任何數(shù)據(jù)可用。IN包或OUT包開始所有其它的傳輸。像任何其它包一樣，SOF包可能被破壞。3）幀開始(SOF)SOF包由主機發(fā)送，指示一個幀的開始。2）事務(wù) 事務(wù)是主機和一個設(shè)備之間使用一個或多個包的離散交互。一個包通常由同步信號、包標志(PID)、地址、傳送的數(shù)據(jù)和CRC等組成?？捎玫臄?shù)據(jù)傳輸時間(帶寬)被劃分成幀，每個幀lms長，一個全速的數(shù)據(jù)幀最多含有1500字節(jié)，而對于低速的幀最多含有187字節(jié)。例如進行語音業(yè)務(wù)傳輸時，使用等時傳輸方式是很好的選擇。4)同步傳輸:主要用于主機和設(shè)備與時間有關(guān)的信息傳輸，具有周期性、連續(xù)性等特點。它并不能保證傳輸?shù)乃俾?，但可以保證傳輸?shù)目煽啃?，出現(xiàn)錯誤的時候會要求發(fā)送方重發(fā)。3)批量傳輸:主要用于沒有帶寬和間隔時間要求的大量數(shù)據(jù)的傳送和接收。主要用于定時查詢設(shè)備是否有中斷數(shù)據(jù)要傳送，用來支持那些偶然需要少量數(shù)據(jù)通信，但服務(wù)時間受限制的設(shè)備。任何一個USB設(shè)備都必須支持與一個控制傳輸類型相對應(yīng)的端點0。如果從頭設(shè)計一個USB設(shè)備，必須決定那些傳輸類型是合適的。主機操作系統(tǒng)要為發(fā)現(xiàn)的每個配置或接口建立內(nèi)核設(shè)備[19]。主機從設(shè)備讀取各種描述符，了解有什么配置、接口和端點可用。但是，當前配置中的所有接口（和它們的端點)可以同時是活動的。最后，設(shè)備可以有多組接口。消息管道是雙向的，它只支持控制傳輸方式。首先，由主機發(fā)請求給USB設(shè)備，然后在適當?shù)姆较蛏蟼鬏敂?shù)據(jù)，最后是到達一個狀態(tài)階段。流管道傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包的內(nèi)容不具有USB要求的結(jié)構(gòu)，它是單向傳輸?shù)?；流管道支持批量、等時和中斷傳輸方式。管道是具有多個特征的信道，如帶寬分配、包大小、管道類別以及數(shù)據(jù)流向。所有設(shè)備都有一個端點0傳輸，用于配置和控制各設(shè)備。 USB邏輯結(jié)構(gòu)每個USB設(shè)備內(nèi)有一個或多個邏輯連接點，稱為端點(Endpoint)，每個端點指定下面的傳輸類型之一:控制傳輸、中斷傳輸、塊傳輸和等時傳輸。USB協(xié)議規(guī)范中定義了USB的設(shè)備類型，比如音頻、通信、HID、HUB等設(shè)備類。功率不大的外設(shè)可以直接使用USB總線電源供電，而不必外接電源，USB總線最大可以提供5V, 500mA電源，并支持節(jié)約能源的掛機和喚醒模式。信號線的特性阻抗為9052，而信號是利用差模方式送入信號線的。通過使用集線器擴展可連接多達127個外設(shè)。為了防止出現(xiàn)環(huán)形接入的情況，在USB中使用了分層的拓撲結(jié)構(gòu)。主機中包含了一個嵌入的集線器，稱為根集線器(Root hub)通過根集線器，主機可以提供一個或多個接入點。USB的接入點由集線器(Hub)來提供。(3)利用了商用技術(shù)。7)成本低廉(1)組件與電纜價格便宜。6)與PC工業(yè)協(xié)同作用(1)符合PC即插即用體系結(jié)構(gòu)。5)穩(wěn)定性(1)協(xié)議中包含錯誤檢測機制。(2)通過支持不同的分組緩沖區(qū)和時延要求，支持不同數(shù)據(jù)傳輸速率的設(shè)備。(2)同步負荷可以使用總線上全部帶寬。(6)具有較小的協(xié)議開銷，總線利用率較高。(4)支持多達127個物理外設(shè)。(2)同一組總線上可以同時支持同步和異步傳輸類型。(4)支持動態(tài)接入和動態(tài)配置。(2)對最終用戶隱藏了電氣細節(jié)，例如總線終結(jié)。 USB總線的優(yōu)點 隨著各種類型的USB外設(shè)(如USB閃存盤、USB視頻頭、USB鼠標等)的陸續(xù)出現(xiàn)，USB通信的優(yōu)點越來越廣泛的被人們所熟知，將外設(shè)連接到計算機時，USB接口成為優(yōu)先的選擇，不管是使用外設(shè)的用戶或是開發(fā)USB軟硬件的設(shè)計者，USB都有讓雙方滿意的特性。這不僅使外設(shè)日益多樣化的發(fā)展趨勢與系統(tǒng)(I/O端口、IRQ)有限性的矛盾更加突出，而且給用戶對外設(shè)的連接和使用帶來極大不便，因此，迫切需要新的通用型外設(shè)標準出臺。 單片機控制器USB接口芯片 Flash存儲器芯片輸入輸出模塊LPT并行接口PS/2串行接口 設(shè)備系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖[1] 1 USB技術(shù) USB總線概述 USB總線簡介USB(Universal Serial Bus)的中文含義是通用串行總線。4) LPT并行接口擴展保留了LPT并行接口，可用于并口打印機信號到USB打印機信號的轉(zhuǎn)換或者其它類型的數(shù)據(jù)傳輸擴展。2) PS/2接口擴展電路擴展PS/2接口，可實現(xiàn)將PS/2鍵盤和PS/2鼠標轉(zhuǎn)換為USB設(shè)備使用。設(shè)備主體由AT89S52和PDIUSBD12以及維持它們正常工作所必需的外圍元件組成，設(shè)備主體接上主機之后，能夠單獨完成設(shè)備的識別和配置，并可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信功能。 系統(tǒng)實現(xiàn)功能系統(tǒng)是一個人機接口設(shè)備（HID），主要完成的是USB設(shè)備的基本功能，即主機對設(shè)備的列舉和中斷方式的數(shù)據(jù)傳輸。這種實現(xiàn)USB接口的標準組件,使得我們可以在各種不同類型微控制器中選擇出最合適的微控制器。利用89S52與PDIUSBD12相連的USB接口電路能大大提高89S52的通信速率。增強的部分主要有：8K FLASH程序存儲器(8051用PROM，無法編程寫入，導(dǎo)致實際上多數(shù)用無ROM的8031外擴的EPROM。然而,使用51系列芯片,在要求高傳輸率的場合根本無法滿足要求,這樣在51系列芯片的串口通信中會形成一個速度瓶頸。本文詳細介紹了利用89s52與PDIUSBD12相連的USB接口電路的應(yīng)用。另一種就是純粹的USB接口芯片,僅處理USB 通信，如PHILIPS 的PDIUSBD11（I2C 接口）、PDIUSBP11A、PDIUSBD12（并行接口）、National Semiconductor的USBN960USBN960USBN9604等。現(xiàn)在的USB生產(chǎn)廠商很多，幾乎所有的硬件廠商都有USB 的產(chǎn)品。隨著大量支持USB的個人電腦的普及，USB逐步成為PC機的標準接口已經(jīng)是大勢所趨。它還具備連接單一化、軟件自動“偵測”以及熱插拔的功能，也就是說，在電腦不關(guān)機的情況下，就可以將設(shè)備連接到電腦上或是將設(shè)備從電腦上拔下來拿走。如果在電腦工作期間插上或拔出，雖然有時電腦還是可以繼續(xù)工作，但大多數(shù)時候電腦會停止響應(yīng)，或是插入的裝置無法工作，甚至死機，嚴重的還會燒壞主板接口。如果各位繞到電腦背后看看，一定可以看到一堆慘不忍睹的“糾結(jié)”現(xiàn)象，這正是USB想解決的一個問題?，F(xiàn)在生產(chǎn)的PC幾乎都配備了USB接口,Microsoft 的Windows9NT以及Linux、FreeBSD等流行操作系統(tǒng)都增加了對 USB的支持。USB接口在單片機通信中的設(shè)計應(yīng)用畢業(yè)論文目錄0 引言 1 選題現(xiàn)狀、研究意義以及發(fā)展趨勢 1 系統(tǒng)實現(xiàn)功能 21 USB技術(shù) 4 USB總線概述 4 USB總線簡介 4 USB總線的優(yōu)點 4 USB協(xié)議簡介 5 USB物理體系結(jié)構(gòu) 5 USB設(shè)備邏輯結(jié)構(gòu) 6 USB傳輸類型 8 USB低層通信協(xié)議 8 USB接口技術(shù) 102 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計 11 設(shè)備電路系統(tǒng)概述 11 51系列單片機最小系統(tǒng) 11 AT89S52單片機的介紹和選用 11 AT89S52與PDIUSBD12構(gòu)建的最小系統(tǒng) 15 AT89S52和外圍器件 16 PDIUSBD12外圍電路及其與單片機的連接設(shè)計 17 PDIUSBD12介紹 17 USB外圍電路及其與單片機連接 21 擴展功能電路的設(shè)計 22 PS/2串行接口的擴展設(shè)計 23 Flash存儲器的擴展設(shè)計 23 LPT并行接口的擴展設(shè)計 253 系統(tǒng)軟件設(shè)計 27 固件程序的設(shè)計與實現(xiàn) 27 描述符 27 固件程序的結(jié)構(gòu) 29 驅(qū)動程序的設(shè)計與實現(xiàn) 32 驅(qū)動程序概述 32 WDM設(shè)備驅(qū)動程序結(jié)構(gòu) 33 驅(qū)動程序開發(fā)的工具軟件 33 用Win Driver開發(fā)驅(qū)動程序 34 系統(tǒng)應(yīng)用程序開發(fā) 35 應(yīng)用程序的實現(xiàn)的功能 35 利用Win Driver實現(xiàn)應(yīng)用程序 354 系統(tǒng)調(diào)試 37 系統(tǒng)硬件測試 37 系統(tǒng)軟件調(diào)試及系統(tǒng)測試 37結(jié)論 39致謝語 40參考文獻 41附錄一：原理圖 42附錄二：程序 43附錄三：英文原文 53附錄四：英文譯文 63III袁小棠：應(yīng)用電子技術(shù)教育專業(yè)畢業(yè)設(shè)計 0 引言 選題現(xiàn)狀、研究意義以及發(fā)展趨勢USB（Universal Serial Bus）即通用串行總線，是現(xiàn)在非常流行的一種快速、雙向、廉價、可以進行熱插拔的接口，在現(xiàn)在的每一臺PC機上都可以找到一對USB接口。USB是近年來應(yīng)用在PC領(lǐng)域的新型接口技術(shù),是一些PC大廠商,如 Microsoft、Intel等為了解決日益增加的PC外設(shè)與有限的主板插槽和端口之間的矛盾而制定的一種串行通信的標準,自1995年在Comdex上亮相以來至今已廣泛地為各 PC廠家所支持。在這之前，個人電腦的外部接口規(guī)格十分“繁華”，例如，鍵盤要接AT口或PS/2的接口，鼠標要接COM口或PS/2接口，Modem要接另一個COM口,打印機要接Parallel Port(并口)，而搖桿則要跟MIDI裝置共搶Game/MIDI口,每個外設(shè)都是這樣單獨地與電腦連接。 　　除了線路紊亂與安裝模糊混淆外，這些線路都是不可以隨意插拔的，必須在開機前裝好才能正常使用。 USB就是要解決上述這些問題，它是一種新規(guī)格的外接串聯(lián)口，提出該規(guī)格的廠商希望用USB來取代現(xiàn)有種種的外接設(shè)備接口。在操作系統(tǒng)的支持下，還可以不用干預(yù)自動安裝驅(qū)動程序，可以說是做到了真正的即插即用。幾乎三年內(nèi)生產(chǎn)的主板都有2個或以上的USB標準接口，支持USB的外設(shè)越來越多，像USB鍵盤和USB鼠標、USB調(diào)制解調(diào)器、USB音箱 、USB打印機、USB掃描儀、USB游戲桿、USB Hub、USB顯示器、USB數(shù)碼相機、USB攝像頭、USB硬盤等等設(shè)備。USB控制器一般有兩種類型：一種是MCU 集成在芯片里面的，如Intel 的8X930AX、CYPRESS的EZUSB、SIEMENS的C541U以及MOTOLORA、National Semiconductors 等公司的產(chǎn)品。前一種由于開發(fā)時需要單獨的開發(fā)系統(tǒng)，因此開發(fā)成本較高；而后一種只是一個芯片與MCU接口實現(xiàn)USB通信功能，因此成本較低，而且可靠性高。51系列的芯片在目前來說是性價比最高的單片機,而且供貨充足,有多家公司生產(chǎn)，而且51系列芯片的開發(fā)是最容易的,開發(fā)周期短，特別是國內(nèi)的院校大都采用了51系列來學(xué)習(xí)單片機系統(tǒng)。AT89S52是MCS51系列兼容單片機，工作電壓46V，通常封裝為DIP40或PLCC44，工作頻率24MHZ。8K FLASH一般已經(jīng)夠用，通常無需外擴程序存儲器，理論可寫入次數(shù)1000)、256B RAM數(shù)據(jù)存儲器(8051為128)、3個定時計數(shù)器(8051為2個)、WDT(8051沒有)、ISP(8051沒有)。而PDIUSBD12通常用作微控制器系統(tǒng)中實現(xiàn)與微控制器進行通信的高速通用并行接口,因此具有廣闊的應(yīng)用前景。這種靈活性不但減小了開發(fā)的時間、風(fēng)險以及費用,而且利用USB總線技術(shù)的即插即用、熱插拔等特性,可以開發(fā)出高性能的USB接口,從而用最快捷的方法實現(xiàn)最經(jīng)濟的USB外設(shè)的解決方案，因此，研究意義較為深遠。這兩點是USB設(shè)備所必須擁有的功能，可以稱作USB設(shè)備的基本功能。為了豐富設(shè)備的功能，對系統(tǒng)還做了一定的擴充，還擴展了8位撥碼開關(guān)輸入和8位發(fā)光二極管LED輸出，另外還實現(xiàn)以下設(shè)備功能：1) 簡單的演示設(shè)備用于演示HID設(shè)備配置過程和中斷傳輸方式下基本數(shù)據(jù)交換過程。3) Flash存儲器擴展利用SamsungK9F2808芯片（16MB的Flash存儲器芯片，數(shù)據(jù)字寬8位）擴展為移動存儲器設(shè)備。以上幾種擴展不可能同時實現(xiàn)，設(shè)備可在上電后由一個2位的撥碼開關(guān)選擇自己配置哪種設(shè)備。早先的微機系統(tǒng)中，外設(shè)與CPU的連接存在接口標準各自獨立、互不兼容、無法共享的問題，并且安裝、配置也很麻煩。為了實現(xiàn)整個計算機系統(tǒng)中總線的一致性，以Intel公司為主，并聯(lián)合Compaq，HewlettPackard，Lucent，Microsoft，NEC以及Philips共七家公司共同開發(fā)的一種快速的、雙向的、同步傳輸?shù)牟⒖梢詿岚尾宓男滦屯ㄓ么锌偩€，簡稱USB總線。根據(jù)USB總線規(guī)范的定義，USB總線主要具有以下優(yōu)點:1)方便最終用戶的使用(1)電纜和連接器具有唯一的型號。(3)設(shè)備自動識別，自動安裝驅(qū)動程序和配置。2)工作負荷和應(yīng)用范圍廣(1)支持傳輸速率從幾Kb/s至幾Mb/s的設(shè)備。(3)支持對多個設(shè)備的同時操作(多連接)。(5)支持在主機和設(shè)備間多個數(shù)據(jù)和消息流的傳輸。3)同步帶寬(1)可以為外設(shè)提供確定的帶寬和很小的時延。4)靈活性(1)可以有很多不同大小的分組，并允許在一定范圍內(nèi)選擇設(shè)備的緩沖區(qū)。(3)提供了用于控制緩沖區(qū)的流控功能。(2)支持動態(tài)接入和