引 言

    usb是pc體系中一套全新的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，通用可編程接口gpib(general programmable interface bus)，是cy-press公司在其ez-usb fx以及fx2系列單片機(jī)里設(shè)計(jì)的一個(gè)可由用戶編程的接口，具有快速、靈活等特點(diǎn)；可使用多種協(xié)議完成與外圍器件的無縫連接，如eide／atapi、ieee1284、utopia等。對(duì)其可以根據(jù)需要進(jìn)行編程，且運(yùn)行中不需要cpu的干預(yù)，僅通過一些cpu標(biāo)志和中斷與增強(qiáng)型8051內(nèi)核通信。作為自動(dòng)化測(cè)試儀器的互聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)歷史悠久，使用廣泛，組建費(fèi)用低廉且操作方便，特別是連接臺(tái)式機(jī)的時(shí)候尤其顯得靈活高效。在很多對(duì)測(cè)試速度要求不高以及對(duì)測(cè)試儀器體積不作要求的情況下，gpib總線也有相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢(shì)。因此，將usb所具有的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)引入到以gpib為標(biāo)準(zhǔn)的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)基于usb總線的gpib控制器，對(duì)提高便攜式和無外接插槽的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)整體性能有很大促進(jìn)作用。

    1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

    硬件電路的設(shè)計(jì)分為硬件和固件兩部分。硬件要實(shí)現(xiàn)pc機(jī)與usb芯片的通信以及usb與gpib接口邏輯之間的通信；同樣，固件也要滿足usb接口和gpib邏輯協(xié)議。設(shè)計(jì)思路就是usb接口與pc機(jī)實(shí)現(xiàn)通信，并且提供給gpib的信號(hào)線，最終建立兩者之間的通信，硬件總體框圖如圖1所示。

    usb主芯片選取了cypress公司cy7c68013控制芯片，芯片結(jié)構(gòu)如圖2所示。cy7c68013集成了以下特性：usb2.0收發(fā)器、sie(串行接口引擎)和增強(qiáng)型8051微處理器；8051程序從內(nèi)部ram開始運(yùn)行；4個(gè)可編程bulk／interrupt／isoch-ronous端點(diǎn)；8位 16位外部數(shù)據(jù)接口；通用可編程接口(gpif)；3.3v電源系統(tǒng)；矢量usb中斷；獨(dú)立的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)供setup和data包控制傳輸；集成i2c控制器，頻率可達(dá)100或400 khz；4個(gè)fifo，可與asic和dsp等無縫連接；專門的fif0和gpif自動(dòng)矢量中斷。

    美國ni公司推出的tms9914控制芯片是一款高性能cmos的gpib接口專用芯片，滿足ieee488協(xié)議的要求；工作在tms9914模式下，能夠?qū)pib母線上的信號(hào)按照gpib協(xié)議進(jìn)行解碼和譯碼轉(zhuǎn)換為用戶可用的格式，同時(shí)將用戶發(fā)過來控制gpib的信號(hào)進(jìn)行處理，按照協(xié)議要求發(fā)送到gpib母線上；內(nèi)部有16個(gè)寄存器，分成兩組，一組是只寫寄存器，有8個(gè)；另一組是只讀寄存器，有8個(gè)。tms9914內(nèi)部各個(gè)寄存器的狀態(tài)決定或標(biāo)志著芯片及gpib的工作狀態(tài)。在gpib接口設(shè)計(jì)中，只有通過編程對(duì)寄存器進(jìn)行正確編排，才能實(shí)現(xiàn)對(duì)gpib的各種操作。

    2 硬件設(shè)計(jì)

    2. 1供電方式

    設(shè)計(jì)中采用了usb總線供電方式。usb接口從pc機(jī)能獲取的電壓為5v，而usb控制芯片cy7c68013的工作電壓為3.3v，gpib控制芯片tms9914的工作電壓為5v，所以本設(shè)計(jì)中選用了maxim公司的max882進(jìn)行電壓變換。從pc經(jīng)usb電纜到b端口來的5v電源，

    經(jīng)去耦合和濾波電路后直接提供給系統(tǒng)中要求在5v正常工作的芯片，如tms9914、75ls160、75lsl62等；而經(jīng)max882分壓后得到3.3v則提供給usb控制芯片cy7c68013以及l(fā)vc245。這樣就可保證整個(gè)控制器正常工作。電路中的sn7524，是專門為usb接口電路設(shè)計(jì)的，抑制usb數(shù)據(jù)線的瞬時(shí)電氣噪聲，如圖3所示。

    2.2 外接eeprom電路

    系統(tǒng)上電后，usb內(nèi)核首先檢查i2c總線上是否有eeprom。如果有，并且其第一位數(shù)據(jù)是0xc2，則ezusb fx2將eeprom中的內(nèi)容全部拷貝到內(nèi)部ram中，然后重列舉，并開始執(zhí)行ram中的固件程序。由于cy68013芯片已經(jīng)將i2c總線集成，設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化為對(duì)i2c總線上掛接的eeprom的設(shè)計(jì)；由于采用的是24lc64的eeprom，整個(gè)串行i2c總線電路實(shí)現(xiàn)的原理如圖4所示。

    3 固件程序設(shè)計(jì)

    本設(shè)計(jì)針對(duì)的主芯片cy7c68013是以軟件為框架的ic。cy7c68013芯片的固件開發(fā)所使用的集成開發(fā)環(huán)境為keil μvision2，編程語言為德國keil公司的c51。把編輯、編譯、匯編、連接、調(diào)試等各階段都集成在一個(gè)程序內(nèi)，先用編輯器編寫程序，接著調(diào)用編譯器進(jìn)行編譯、連接后直接運(yùn)行，因此可以縮短開發(fā)周期。

    固件程序負(fù)責(zé)處理pc機(jī)發(fā)來的各種請(qǐng)求，主要負(fù)責(zé)設(shè)備與外圍電路進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。完成一個(gè)完整的事務(wù)傳輸，除了開發(fā)環(huán)境keil包括的文件，還需要fw.c(固件架構(gòu)原是程序代碼)、dscr．a(chǎn)51(usb描述符表)、ezusb．lib(ezusb函數(shù)庫對(duì)象程序代碼)、periph．c(用戶函數(shù)，也就是設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)gpib功能要編寫的函數(shù))以及相關(guān)的中斷跳轉(zhuǎn)函