【正文】 師簽名： 日期： 年 月 日注 意 事 項（論文）的內(nèi)容包括：1）封面（按教務(wù)處制定的標準封面格式制作）2）原創(chuàng)性聲明3）中文摘要（300字左右）、關(guān)鍵詞4）外文摘要、關(guān)鍵詞 5）目次頁（附件不統(tǒng)一編入）6）論文主體部分：引言（或緒論）、正文、結(jié)論7）參考文獻8）致謝9）附錄（對論文支持必要時）：理工類設(shè)計（論文）正文字數(shù)不少于1萬字（不包括圖紙、程序清單等）。、圖表要求：1）文字通順，語言流暢，書寫字跡工整，打印字體及大小符合要求，無錯別字，不準請他人代寫2）工程設(shè)計類題目的圖紙，要求部分用尺規(guī)繪制，部分用計算機繪制，所有圖紙應符合國家技術(shù)標準規(guī)范。比起傳統(tǒng)的AT，PS/2，串口，通用串行總線USB,具有速度快,使用方便靈活,易于擴展,支持即插即用,成本低廉等一系列優(yōu)點,得到了廣泛的應用。在程序調(diào)試期間用簡單的串口通信電路，通過串口調(diào)試助手掌握了USB指令的傳輸過程，這對整個方案的設(shè)計起到了很大的指導作用。總結(jié)論文研究工作有闡述USB總線的原理、對本設(shè)計的系統(tǒng)要求作出了分析、根據(jù)要求選定元件和具體編程方案、針對系統(tǒng)所要實現(xiàn)的功能對相關(guān)芯片作了詳細介紹以及在硬件部分設(shè)計了原理圖。計算機內(nèi)部總線，如CPU與存儲器之間勻采用并行接口，這樣速度快；但外設(shè)卻以串行接口比較占優(yōu)勢。SCSI標準的全名是小型設(shè)備通用接口標準，其傳輸速率為10M，早期的掃描儀一般使用此接口，硬盤與主機的聯(lián)接也使用這種接口。USB接口和IEEE1394接口是兩種速度比較高的串行接口，還有局域網(wǎng)中的以太網(wǎng)接口，它們具有較廣闊的發(fā)展前景和應用潛力。而IEEE1394也推出了1394b 版草案，速度從800Mbps起步。 USB 接口分析通用串行總線(Universal Serial Bus USB），是一種快速、靈活的總線接口。作為一種高速總線接口，USB適用于多種設(shè)備，如數(shù)碼相機、MP3播放機、高速數(shù)據(jù)采集設(shè)備等。(低速)、12Mb/s(全速)和高達480Mb/s的數(shù)據(jù)傳輸速率，扣除用于總線狀態(tài)、控制和錯誤監(jiān)測等的數(shù)據(jù)傳輸，遠高于一般的串行總線接口。 USB 器件的選擇在進行一個USB設(shè)備開發(fā)之前，首先要根據(jù)具體使用要求選擇合適的USB控制器。帶USB接口的單片機從應用上又可以分成兩類，一類是從底層設(shè)計專用于USB控制的單片機另一類是增加了USB接口的普通單片機，如Cypress公司的EZ－USB(基于8051），選擇這類USB控制器的最大好處在于開發(fā)者對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和指令集非常熟悉，開發(fā)工具簡單，但對于簡單或低成本系統(tǒng)。純粹的USB 接口芯片僅處理USB通信，必須有一個外部微處理器來進行協(xié)議處理和數(shù)據(jù)交換。USB接口芯片的主要特點是價格便宜、接口方便、可靠性高，尤其適合于產(chǎn)品的改型設(shè)計（硬件上僅需對并行總線和中斷進行改動，軟件則需要增加微處理器的USB中斷處理和數(shù)據(jù)交換程序、PC機的USB接口通信程序，無需對原有產(chǎn)品系統(tǒng)結(jié)構(gòu)作很大的改動）。主機作為總線的主叫方，采用兩種信令模式：全速模式12Mb/。Intel公司開發(fā)的通用串行總線架構(gòu)(USB)的目的主要基于以下三方面考慮： 一、計算機與電話之間的連接顯然用計算機來進行計算機通信將是下一代計算機基本的應用。然而，由于目前產(chǎn)業(yè)間的相互獨立發(fā)展,尚未建立統(tǒng)一標準,而USB則可以廣泛的連接計算機和電話。對用戶友好的圖形化接口和一些軟硬件機制的結(jié)合，加上新一代總線結(jié)構(gòu)使得計算機的沖突大量減少，且易于改裝。三、端口擴充外圍設(shè)備的添加總是被相當有限的端口數(shù)目限制著?，F(xiàn)有的連接只可對極少設(shè)備進行優(yōu)化，對于PC機的新的功能部件的添加需定義一個新的接口來滿足上述需要，USB就應運而生。碼主要存儲在單片機中，通過單片機中的軟件代碼運行后，通過各個管腳的控制外圍輔助電路的運行以實現(xiàn)系統(tǒng)的功能。Play)。目前USB支持3種數(shù)據(jù)信號速率，USB設(shè)備應該在其外殼或者有時是自身上正確標明其使用的速率。（2）12 Mbit/s ( MByte/s)的全速速率，在USB ，后起的更高速率的高速接口應該兼容全速速率。所有的USB Hub支持全速速率。并非所有的USB 。 USB系統(tǒng)構(gòu)成USB系統(tǒng)主要由三部分組成，即宿主（host），USB設(shè)備（device）和USB連接。USB宿主主要用于產(chǎn)生并且管理控制信號和數(shù)據(jù)流，檢測并處理總線上的各種活動的狀態(tài)，并為總線上的USB設(shè)備提供能源。其中，硬件部分指的是USB宿主控制器，一般集成在主板上，受USB系統(tǒng)軟件的控制。2. USB驅(qū)動程序（USB Driver）在設(shè)備設(shè)置時讀取描述寄存器以獲取USB設(shè)備的特征，并根據(jù)這些特征，在請求發(fā)生時組織數(shù)據(jù)傳輸。二、USB設(shè)備USB設(shè)備用于完成特定的功能，它具有極強的擴充性，能以一種星型+級聯(lián)的方式連接起來，USB宿主可以根據(jù)USB設(shè)備的動態(tài)增減，對其進行動態(tài)配置。USB功能器件作為USB外設(shè)，它必須保持和USB協(xié)議的完全兼容，并可以響應標準的USB操作。在物理機制上，一個USB外設(shè)可以由四部分構(gòu)成：（1）用于實現(xiàn)和USB協(xié)議兼容的SIE部分。根據(jù)傳輸率的不同，USB功能器件被分為高速和低速兩種。例如鼠標，鍵盤等交互式設(shè)備就是低速設(shè)備運行，而打印機，掃描儀就使用全速設(shè)備模式運行。USB系統(tǒng)軟件通過缺省管道(與端點0相對應)管理設(shè)備，設(shè)備驅(qū)動程序通過其它的管道來管理設(shè)備的功能接口。需要注意的是所有的數(shù)據(jù)傳輸都是由主機開始的，任何外設(shè)都無權(quán)開始一個傳輸。 USB總線將1ms定義為一幀，每幀以一個SOF包為起始，在這1ms里USB進行一系列的總線操作，引入幀的概念主要是為了支持與時間有關(guān)的總線操作。它們在數(shù)據(jù)格式，傳輸方向，數(shù)據(jù)包容量限制，總線訪問限制等方面有著各自不同的特征。單片微型計算機簡稱單片機。由于它的結(jié)構(gòu)與指令功能都是按照工業(yè)控制要求設(shè)計的，故又叫單片微控制器。目前，單片機以其高可靠性、高性能價格比，在工業(yè)控制系統(tǒng)、智能化儀器儀表、辦公自動化、日常生活用品等諸多領(lǐng)域得到極為廣泛的應用。早期單片機大多結(jié)構(gòu)體系，指令復雜，指令代碼、周期數(shù)不統(tǒng)一、指令運行很難實現(xiàn)流水線操作，大大阻礙了運行速度的提高。一方面可獲得很高的指令運行速度，另方面，在相同的運行速度下，可大大降低時鐘頻率，有利于獲得良好的電磁兼容效果。使用專用單片機可最大限度地簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，使資源利用效率最高。專用單片機發(fā)展的基礎(chǔ)是半導體集成工藝和微電子設(shè)計技術(shù)。 單片機特點及結(jié)構(gòu) 本系統(tǒng)采用STC89C52單片機，它是一種低電壓、低功耗、高性能微控制器，具有 8K 字節(jié)可編程可擦出只讀存儲器。它與MCS－51指令系統(tǒng)兼容。1 402 393 384 375 366 357 348 339 3210 3111 3012 2913 2814 2715 2616 2517 2418 2319 2220 21VCCEA/VppALE/PROGPSEN RST(RXD) (TXD) (INT0) (INT1) (T0) (T1) (WR) (RD)XTAL1XTAL2GND引腳功能說明如下：① VCC：供電電源。③ P0口（～）：為雙向8位I／O端口。它是地址總線低8位及數(shù)據(jù)總線分時復用口，可以驅(qū)動8個TTL負載。當P0口作為地址/數(shù)據(jù)復用時不用接上拉電阻。⑤ P2口（～）：為8位準雙向I／O口，當作為I／O口使用時，可直接連接外部I／O設(shè)備，可驅(qū)動4個TTL負載。⑥ P3口（～）：為8位準雙向I／O口，可驅(qū)動4個TTL負載，是雙功能復用口，它的另一功能如表所示。RST一旦變成高電平，所有的I/O引腳就復位到“1”。每一個機器周期需12個振蕩器或時鐘周期。 ⑧ XTAL1：作為振蕩器反相放大器的輸入和內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入。此外，從STC89C52內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖也可看出，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)與8051單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本一致，引腳RST、XTALXTAL2的特性和外部連接電路也完全與51系列單片機相應引腳一致。無論使用哪種類型的單片機,總要涉及到單片機復位電路的設(shè)計。許多用戶在設(shè)計完單片機系統(tǒng),并在實驗室調(diào)試成功后,在現(xiàn)場卻出現(xiàn)了“死機”、“程序走飛”等現(xiàn)象,這主要是單片機的復位電路設(shè)計不可靠引起的。51系列單片機的復位信號是從RST引腳輸入到芯片內(nèi)的觸發(fā)器中的。單片機系統(tǒng)的復位方式有：手動按鈕復位和上電復位。只要高電平的復位信號持續(xù)兩個機器周期以上的有效時間，就可以使單片機上電復位。為了保證系統(tǒng)能夠可靠地復位，RST端的高電平信號必須維持足夠長的時間。另外，在復位期間，端口引腳處于隨機狀態(tài)，復位后，系統(tǒng)將端口置為全“l(fā)”態(tài)。② 手動按鈕復位：手動按鈕復位需要人為在復位輸入端RST上加入高電平（如圖所示）。當人為按下按鈕時，則Vcc的+5V電平就會直接加到RST端。由于人的動作再快也會使按鈕保持接通達數(shù)十毫秒，所以，完全能夠滿足復位的要求。PHILIPS公司的PDIUSBD12芯片屬于后者。PDIUSBD12是一款性價比很高的USB器件，它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，它還支持本地的 DMA傳輸。這種靈活性減小了開發(fā)的時間，風險以及費用，通過使用已有的結(jié)構(gòu)和減少固件上的投資，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。同樣地 PDIUSBD12 理想地適用于許多外設(shè)。在枚舉中LED指示根據(jù)通信的狀況間歇閃爍。 該特性為USB 器件,集線器和USB通信狀態(tài)提供了用戶友好的指示。從系統(tǒng)測試中也可以看見該指示LED間歇閃爍，很好的驗證了這一特性。模擬收發(fā)器：集成的收發(fā)器接口可通過終端電阻直接與 USB 電纜相連。 PLL：片內(nèi)集成了6M到48M時鐘乘法PLL，這樣就可使用低成本的6M晶振，EMI也隨之降低。 位時鐘恢復：位時鐘恢復電路使用4X過采樣規(guī)則，從進入的USB數(shù)據(jù)流中恢復時鐘，它能跟蹤 USB 規(guī)定范圍內(nèi)的抖動和頻漂。該模塊的功能包括：同步模式的識別，并行/串行轉(zhuǎn)換，位填充/解除填充，CRC校驗/產(chǎn)生，PID校驗/產(chǎn)生，地址識別和握手評估/產(chǎn)生。 片內(nèi)，默認狀態(tài)下不與 VCC 相連。這就允許系統(tǒng)微控制器在決定與 USB 建立連接之前完成初始化時序。 PDIUSBD12在連接可以建立之前會檢測USB VBUS是否可用。具體參閱管腳描述一節(jié)。 是Philips半導體一項尚未獲批準的專利技術(shù)。在枚舉中LED指示根據(jù)通信的狀況間歇閃爍。 該特性為USB 器件,集線器和USB通信狀態(tài)提供了用戶友好的指示。該特性降低了現(xiàn)場支持和熱線的成本。這就允許微控制器以自己的速率對USB信息包進行讀寫。對一個微控制器而言，PDIUSBD12看起來就象一個帶8位數(shù)據(jù)總線和一個地址位，占用2個位置的存儲器件。支持單周期和突發(fā)模式的DMA傳輸。下面對其引腳和命令字作具體說明。將其固定為低電平用于單地址/數(shù)據(jù)總線配置11CS_NI片選（低有效）12SUSPENDI,OD4器件處于掛起狀態(tài)13CLKOUTO2可編程時鐘輸出14INT_NOD4中斷（低有效）15RD_NI讀選通（低有效）16WR_NI寫選通（低有效）17DMREQO4DMA請求18DMACK_NIDMA應答（低有效）19EOT_NIDMA傳輸結(jié)束（低有效）。片內(nèi)上電復位電路，該管腳可固定接VCC21GL_NOD8GoodLinkLED指示器（低有效）22XTAL1I晶振連接端1（6MHz）23XTAL2O晶振連接端2（6MHz）。28A0I地址位。該位在多路地址/數(shù)據(jù)總線配置時應接高電平 隨著科技的發(fā)展，芯片集成度越來越高，封裝也變得越來越小，PDIUSBD12芯片不是采用標準DIP直插的引腳，因而需要有一個SOP轉(zhuǎn)DIP的轉(zhuǎn)接板，這樣方便采用電路板設(shè)計硬件電路，同時也方便程序下載完成后系統(tǒng)的調(diào)試。PDIUSBD12與一般需要提供時鐘信號的芯片不同，該芯片需要標準的6MHz的時鐘信號，因而采用晶振的時候需要特別注意，不能隨意選擇，這一點與51系列單片機能有選擇的采用晶振的情況不同。在程序中，Main函數(shù)作為程序設(shè)備Reset時的程序入口，調(diào)用了一些初始化設(shè)備的函數(shù)，比如各種寄存器如中斷寄存器，定時器，計數(shù)器等，初始化D12芯片并完成連接等工作，然后程序進入循環(huán)等待階段，等待著中斷的發(fā)生。USB接口芯片與單片機之間的引線要盡量短，本設(shè)計采用并行傳輸，數(shù)據(jù)傳輸占用了8個IO口，個引腳連線要盡量平行，避免交叉，以免信號線相互干擾，造成數(shù)據(jù)傳輸不爭取或者USB總線不能正常復位。對該芯片的各個管腳和具體功能建立了一定認識的基礎(chǔ)上，就能順利完成各部分硬件電路的設(shè)計和軟件功能調(diào)試。 支持DMA（直接存儲器訪問）操作，可以和對其它端點的正常 I/O 操作交叉進行。在跨過緩沖區(qū)邊界時不需要本地CPU的干預。 USB接口芯片命令系對一個具體的USB接口芯片，需要根據(jù)其相關(guān)寄存器或者命令字來驅(qū)動。隨著單片機開發(fā)技術(shù)的不斷發(fā)展，從普遍使用匯編語言到逐漸使用高級語言開發(fā)，單片機的開發(fā)軟件也在不斷發(fā)展，Keil軟件是目前最流行開發(fā)MCS51系列單片機的軟件。Keil軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全Windows界面。在開發(fā)大型軟件時更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。C語言是一個通用的編程語言,它提供高效的代碼,結(jié)構(gòu)化的編程和豐富的操作符。它一般來說限制較少，可以為各種軟件任務(wù)提供方便和有效的編程。與匯編相比，C 語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學易用。以下為各部分軟件設(shè)計的詳細介紹。