摘要：以自行開發(fā)的基于USB接口的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)為例，介紹了USB接口的硬件和軟件開發(fā)過程。

    關(guān)鍵詞：USB 數(shù)據(jù)采集 PDIUSBD12

    １ ＵＳＢ協(xié)議和芯片選擇

    理解好ＵＳＢ協(xié)議是ＵＳＢ系統(tǒng)開發(fā)的第一步。ＵＳＢ協(xié)議版本包括１.０、１.1和２.０，ＵＳＢ ＯＴＧ是對２.０版本協(xié)議的補(bǔ)充。雖然ＵＳＢ協(xié)議內(nèi)容繁多且復(fù)雜，然而，對ＵＳＢ開發(fā)影響較大的卻只是少數(shù)部分，以下對協(xié)議版本１.１[１]中這些部分進(jìn)行介紹。

    １.１ ＵＳＢ協(xié)議

    一般，每個ＵＳＢ設(shè)備由一個或多個配置（Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ）控制其行為。使用多配置原因是對操作系統(tǒng)的支持；一個配置由接口（Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）組成；接口則是由管道（Ｐｉｐｅ）組成；管道與ＵＳＢ設(shè)備的端點(diǎn)（Ｅｎｄｐｏｉｎｔ）對應(yīng)，一個端點(diǎn)可以配置為輸入輸出兩個管道。在固件編程中，ＵＳＢ設(shè)備、配置、接口和管道都用描述符報(bào)告其屬性。

    圖１為ＵＳＢ多層次通信模型。端點(diǎn)０默認(rèn)配置為控制管道，用來完成所規(guī)定的設(shè)備請求(ＵＳＢ協(xié)議第九章)。其它端點(diǎn)可配置為數(shù)據(jù)管道。對開發(fā)而言，主要的大數(shù)據(jù)傳輸都是通過數(shù)據(jù)管道完成的[２]。
                  

    ＵＳＢ傳輸類型包括批量傳輸、等時(shí)傳輸、中斷傳輸和控制傳輸，每種傳輸類型的傳輸速度、可靠性以及應(yīng)用范圍都不同[３]�？刂苽鬏斂煽啃允亲罡叩�，但速度最慢；等時(shí)傳輸速度快，滿足實(shí)時(shí)性，但可靠性低。在具體應(yīng)用中，端點(diǎn)傳輸類型可根據(jù)傳輸速度和可靠性選擇。

    在ＵＳＢ通信協(xié)議中，主機(jī)取得絕對主動權(quán)利，設(shè)備只能是“聽命令行事”，通過一定的命令格式（設(shè)備請求）完成通信。ＵＳＢ設(shè)備請求包括標(biāo)準(zhǔn)請求、廠商請求和設(shè)備類請求。設(shè)備的枚舉是標(biāo)準(zhǔn)請求命令完成的；廠商請求是用戶定義的請求；設(shè)備類請求是特定的ＵＳＢ設(shè)備類發(fā)出的請求，例如海量儲存類、打印機(jī)類和ＨＩＤ（人機(jī)接口）類。固件編程中設(shè)備請求必須遵循一定的格式，包括請求類型、設(shè)備請求、值、索引和長度。

    １．２ ＵＳＢ接口芯片選擇

    ＵＳＢ接口芯片的類型有：

   （１）按傳輸速度的高低：低速（１．５Ｍｂｐｓ）和全速(１２Ｍｂｐｓ)可選ＵＳＢ１．１接口芯片，例如Ｐｈｉｌｉｐｓ公司的ＰＤＩＵＳＢＤ１２和Ｃｙｐｒｅｓｓ公司的ＥＺ－ＵＳＢ２１００系列；高速（４８０Ｍｂｐｓ）可選ＵＳＢ２．０接口芯片，例如Ｐｈｉｌｉｐｓ公司的ＩＳＰ１５８１和Ｃｙｐｒｅｓｓ公司的ＣＹ７Ｃ６８０１３。

   （２）是否帶ＭＣＵ（微控制器）：一般Ｐｈｉｌｉｐｓ公司的都不帶ＭＣＵ，Ｃｙｐｒｅｓｓ公司大多都帶，例如ＡＮ２１３１。

   （３）是否帶主控器功能：不需要主機(jī)參與，主從設(shè)備間可進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，芯片有Ｐｈｉｌｉｐｓ公司的ＩＳＰ１３０１和Ｃｙｐｒｅｓｓ公司的ＳＬ８１１ＨＳ等。
還有專門用途ＵＳＢ芯片，例如閃存專用芯片ＩＣ１１１４。工程中用戶可根據(jù)自己的需求選擇一款性價(jià)比高的芯片。另外可用開發(fā)資源也是要考慮的重要方面，例如開發(fā)板和芯片廠商提供的網(wǎng)上資源，可大大降低開發(fā)的難度。

    ２ 基于ＵＳＢ接口的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

    ２.１ 系統(tǒng)簡介

    該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)１６路溫度數(shù)據(jù)自動采集，系統(tǒng)的組成框圖如圖２所示。主要包括８個組成部分：中央處理器選用ＡＴ８９Ｃ５２芯片，完成各部分控制功能和ＵＳＢ傳輸協(xié)議；實(shí)時(shí)時(shí)鐘記錄當(dāng)前測量溫度的時(shí)間；溫度傳感器和接口電路主要完成溫度采集，并讀入ＭＣＵ處理；復(fù)位電路完成對ＭＣＵ的上電復(fù)位和電源電壓監(jiān)視；看門狗電路用來監(jiān)視ＭＣＵ是否工作；存儲電路主要存儲采集到的溫度數(shù)據(jù)以及采集的實(shí)時(shí)時(shí)間；電源電路主要為各部分提供要求的電源；外設(shè)與主機(jī)間的通信電路采用ＵＳＢ接口。
                
  
     ２.２ 接口芯片選擇

    接口電路采用Ｐｈｉｌｉｐｓ公司的ＰＤＩＵＳＢＤ１２[４]（以下簡稱為Ｄ１２）芯片。主要因?yàn)椋模保残酒畔�、開發(fā)資源豐富，具有較高的性價(jià)比。