基于单片机的USB接口设计

摘  要
USB接口是一种应用在计算机领域的新型接口，它具有传输速度快、安装方便、易于扩展和成本低廉等优点。USB接口为计算机和外设之间的数据传输提供了便捷的解决方案，目前已被广泛的应用。文中主要论述了USB接口的相关协议的主要内容及其软硬件的设计过程。通过SPCE061A开发板和USB芯片PDIUSBD12的结合完成USB接口的设计，从而实现USB接口的数据传输功能。

关键词：USB,接口,协议,固件设计, interface,protocol, firmware design
ABSTRACT
USB interface is a computer application in the field of new interfaces, it has a transmission speed, ease of installation, low cost and easy to extend the advantages. USB interface for computers and peripherals to provide data transmission between a convenient solution, has now been widely used. In the main text of the USB interface on the main contents of the relevant agreement and its hardware and software design process. SPCE061 A through the USB chipset development board and the combination of PDIUSBD12 complete USB interface design that enables USB interface transfer data.

Key words: USB; interface; protocol; firmware design

USB接口的数据传输
USB采用不归零翻转编码方式(简称NRZI)进行信息传输，对于不同步的脉冲信号也能产生同步的数据存取，能有效地解决USB缆线信号延迟产生的误差。
USB既可以支持非实时的数据类型，如打印、文本或图像传输；也可以支持实时的数据类型，如语音和视频信息。针对设备对系统资源需求的不同，USB规范定义了四种传输类型，反映了USB设备端点可能要求的传输性质。下面就具体的介绍这四种传输类型，并分析其在生活中的应用场合。
1. 控制传输
a) 通常用于配置/命令/状态等情形；
b) 其中的设置操作(setup)和状态操作(status)的数据包具有USB定义的结构，因此控制传输只能通过消息管道进行；
c) 支持双向传输；
d) 对于全速设备，允许数据包最大容量为8、16、32或64字节，对于高速设备，数据包容量是64字节，对于低速设备只有8字节一种选择；
e) 端点不能指定总线访问的频率和占用总线的时间，USB系统软件会做出限制；
f) 具有数据传输保证，在必要时可以重试。
2. 批量传输
a) 用于大量的、对时间没有要求的数据传输，应用于绘图仪、打印机和移动存储器中；
b) 数据没有USB定义的结构(数据流管道)；
c) 单向传输，如果一个外设需要双向传输，则必须使用另一个端点；
d) 只能用于高速设备，允许数据包最大容量为8、16、32或64字节；
e) 没有带宽的保证，只要有总线空闲，就允许传输数据(优先级小于控制传输)；
f) 具有数据传输保证，在必要时可以重试，以保证数据的准确性。
3. 中断传输
a) 用于非周期的、自然发生的、数据量很小的信息的传输，如键盘鼠标等；
b) 数据没有USB定义的结构(数据流管道)；
c) 只有输入这一种传输方式(即外设到主机)；(毕业设计)
d) 对于高速设备，允许数据包最大容量为小于或等于64字节，对于低速设备只能小于或等于8字节；
e) 具有最大服务周期保证，即在规定时间内保证有一次数据传输；
f) 与同步方式一起，全速时占用总线的时间不得超过一帧的90%，高速模式下不超过一帧的80%；
g) 具有数据传输保证，在必要时可以重试。
4. 同步传输
a) 同步传输特别适合数据采集和音频、视频传输的应用场合，如USB摄像头等；
b) 是一种周期的、连续的传输方式，通常用于与时间有密切关系的信息的传输；
c) 数据没有USB定义的结构(数据流管道)；
d) 单向传输，如果一个外设需要双向传输，则必须使用另一个端点；
e) 用于全速设备时，数据包的最大容量可以从0到1023个字节，用于高速设备时，数据包的最大容量可以达到1024个字节，不能用于低速设备；
f) 具有带宽保证，并且保持数据传输的速率恒定(每个同步管道每帧传输一个数据包)；
g) 没有数据重发机制，要求具有一定的容错性；
h) 与中断方式一起，全速时占用总线的时间不得超过一帧的90%，高速模式下不超过一帧的80%。











目  录   15000字
摘  要 I
ABSTRACT I
引言 1
1 概述 2
1.1 USB接口技术的提出 2
1.2 USB接口技术的特点 2
1.3 USB接口技术的应用领域 3
2 USB接口相关协议 4
2.1 USB总线的拓扑结构 4
2.1.1 总线的物理拓扑结构 4
2.1.2 总线的逻辑拓扑结构 5
2.2 USB通信流 5
2.3 USB事务处理 7
2.4 USB接口的数据传输 7
3 设备端USB 接口控制芯片及硬件电路构成 9
3.1 USB接口控制芯片 9
3.1.1 USB接口控制芯片选择 9
3.1.2 PDIUSBD12芯片介绍 10
3.1.3 PDIUSBD12芯片的功能 11
3.1.4 PDIUSBD12芯片的特点 12
3.2 设备端微处理器 13
3.2.1设备端微处理器的选择 13
3.2.2 SPCE061A的结构 13
3.2.3 SPCE061A的特点 14
3.3 USB接口硬件连接 15
4 USB接口程序设计 15
4.1 USB接口固件设计 15
4.1.1 固件的基本结构 15
4.1.2 固件的工作原理 16
4.1.3 固件的总体设计 17
4.1.4 固件的中断程序设计 17
4.1.5 固件的主程序设计 19
4.2 主机USB接口驱动设计 19
结论 21
致  谢 22
参考文献 23