引 言

　　usb的英文全稱為universal serial bus,中文含義是通用串行總線，它是一種快速的，雙向的，同步傳輸?shù)牧畠r(jià)的并可以進(jìn)行熱拔插的串行接口。usb接口使用方便，它可以連接多個(gè)不同的設(shè)備，而過(guò)去的串口和并口只能接一個(gè)設(shè)備。速度快是usb技術(shù)的突出特點(diǎn)之一。全速usb接口的最高傳輸率可達(dá)12mb/s,比串口快了整整100倍，而執(zhí)行usb2.0標(biāo)準(zhǔn)的高速usb接口速率更是達(dá)到了480mb/s.這使得高分辨率、真彩色的大容量圖象的實(shí)時(shí)傳送成為可能。usb接口支持多個(gè)不同設(shè)備的串列連接，一個(gè)usb接口理論上可以連接127個(gè)usb設(shè)備。連接方式也十分靈活，既可以使用串行連接，也可以使用集線器（hub）把多個(gè)設(shè)備連接在一起，再同pc機(jī)的usb接口相接。普通的使用串口、并口的設(shè)備都需要單獨(dú)的供電系統(tǒng)，而usb設(shè)備則不需要。正是由于usb的這些特點(diǎn)，使其獲得了廣泛的應(yīng)用。到目前為止，usb已經(jīng)在pc機(jī)的多種外設(shè)上得到應(yīng)用，包括掃描儀，數(shù)碼相機(jī)，數(shù)碼攝像機(jī)、音頻系統(tǒng)、顯示器、輸入設(shè)備等。對(duì)于廣大的工程設(shè)計(jì)人員來(lái)說(shuō)，usb是設(shè)計(jì)外設(shè)接口時(shí)理想的總線。

　　對(duì)于usb接口芯片，通常分為普通和dma（直接存儲(chǔ)器存取）兩種工作模式。相對(duì)于普通模式，dma數(shù)據(jù)傳輸模式傳輸速率更快，更適合于視頻數(shù)字信號(hào)等高速、實(shí)時(shí)信號(hào)的傳送。但遺憾的是，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上提供的各種usb接口電路板大部分僅工作在普通模式，缺少對(duì)dma工作模式的支持，不能直接用于象ccd數(shù)字?jǐn)z像機(jī)usb接口這樣的需要工作在dma模式下的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)。為了解決這個(gè)問(wèn)題，我們對(duì)usb的原理進(jìn)行了研究，嘗試著利用51單片機(jī)結(jié)合philips公司的pdiusbd12帶并行總線的usb接口器件設(shè)計(jì)帶dma工作模式的可供視頻信號(hào)傳輸?shù)亩喙δ躸sb接口電路，現(xiàn)已設(shè)計(jì)出了完整的硬件電路。

　　1、usb概述

　　由于多媒體技術(shù)的發(fā)展對(duì)外設(shè)與主機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸率有了更高的需求，因此，usb總線技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。usb（universal serial bus)翻譯為中文就是通用串行總線，是由conpaq、dec、ibm、inter、microsoft、nec和northen telecom等公司為簡(jiǎn)化pc與外設(shè)之間的互連而共同研究開(kāi)發(fā)的一種免費(fèi)的標(biāo)準(zhǔn)化連接器，它支持各種pc與外設(shè)之間的連接，還可實(shí)現(xiàn)數(shù)字多媒體集成。現(xiàn)在生產(chǎn)的pc幾乎都配備了usb接口，microsoft 的windows98、nt以及macos、linux、freebsd等流行操作系統(tǒng)都增加了對(duì) usb的支持。

　　usb的主要優(yōu)點(diǎn)：

　　使用方便。連接外設(shè)不必再打開(kāi)機(jī)箱；允許外設(shè)熱插拔，而不必關(guān)閉主機(jī)電源。

　　速度快。usb支持三種設(shè)備傳輸速率：1.5 mb/s（低速設(shè)備）、12 mb/s（中速設(shè)備）和480 mb/s（高速設(shè)備）。

　　獨(dú)立供電。usb接口提供了內(nèi)置電源。

　　連接靈活。一個(gè)usb口理論上可以連接127個(gè)usb設(shè)備。連接的方式也十分靈活，既可以使用 串行連接，也可以使用集線器hub，把多個(gè)設(shè)備連接在一起，再同pc機(jī)的usb口相接。

　　成本低。為了把外設(shè)連接到pc上，usb提供了一種低成本的解決方案。

　　現(xiàn)在滿足usb要求的外設(shè)有：調(diào)制解調(diào)器，鍵盤(pán)，鼠標(biāo)，光驅(qū)，游戲手柄，軟驅(qū)，掃描儀，音箱等。usb總線標(biāo)準(zhǔn)由1.1版升級(jí)到2.0版后，傳輸率由12mbps增加到了480mbps，更換介質(zhì)后連接距離由原來(lái)的5米增加到近百米�；谶@點(diǎn)，usb也可以做生產(chǎn)isdn以及基于視頻的產(chǎn)品。usb 總線結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，信號(hào)定義僅由2條電源線，2條信號(hào)線組成。

　　2、usb結(jié)構(gòu)與工作原理

　　一個(gè)usb系統(tǒng)可以從三個(gè)方面加以描述

　　(1)usb互聯(lián)。

　　(2)usb設(shè)備。

　　(3)usb主機(jī)。

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　　usb互聯(lián)是指一個(gè)usb設(shè)備與usb主機(jī)相聯(lián)并和其通信的方式,它包括：

　　(1)總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：usb主機(jī)和usb設(shè)備的連接模型。

　　(2)層間關(guān)系：usb在系統(tǒng)中的每一層都要完成一定的任務(wù)。

　　(3)數(shù)據(jù)流模型：usb系統(tǒng)中信源和信息之間的數(shù)據(jù)傳送方式。

　　(4)任務(wù)規(guī)劃：usb提供可以共享的互聯(lián)機(jī)制。通過(guò)規(guī)劃對(duì)互連機(jī)制的訪問(wèn)，可以支持同步數(shù)據(jù)傳輸。

　　下面簡(jiǎn)要討論usb硬件結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)流傳輸。

　　2.1 usb硬件結(jié)構(gòu)

　　一個(gè)usb系統(tǒng)包含三類硬件設(shè)備: usb主機(jī)(usb host)、 usb設(shè)備(usb device)、usb集線器(usb hub)。

　　（1）usb host

　　在一個(gè)usb系統(tǒng)中，當(dāng)且僅當(dāng)有一個(gè)usb host時(shí)，usb host有以下功能:

　　◇ 管理usb系統(tǒng)；

　　◇ 每毫秒產(chǎn)生一幀數(shù)據(jù)；

　　◇ 發(fā)送配置請(qǐng)求對(duì)usb設(shè)備進(jìn)行配置操作；

　　◇ 對(duì)總線上的錯(cuò)誤進(jìn)行管理和恢復(fù)。

　�。�2）usb device

　　在一個(gè)usb系統(tǒng)中，usb device和usb hub總數(shù)不能超過(guò)127個(gè)。usb device接收usb總線上的所有數(shù)據(jù)包，通過(guò)數(shù)據(jù)包的地址域來(lái)判斷是不是發(fā)給自己的數(shù)據(jù)包：若地址不符，則簡(jiǎn)單地丟棄該數(shù)據(jù)包；若地址相符，則通過(guò)響應(yīng)usb host的數(shù)據(jù)包與usb host進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。