USB接口技術(shù)研究設計論文
[摘要] USB很好地解決了計算機插槽限制沖突，實(shí)現低成本、高可靠性、多點(diǎn)的數據采集。USB接口如今已經(jīng)成為計算機外設必不可少的設備。本文詳細介紹了USB接口設備及其工作原理，并對其在生產(chǎn)實(shí)踐中的具體應用方法進(jìn)行了研究。
[關(guān)鍵詞] USB;接口;應用與設計
從U盤(pán)、鼠標、讀卡器、外接光驅等常用USB設備，到采用USB接口的電吹風(fēng)、咖啡爐、剃須刀、圣誕樹(shù)等千奇百怪的電腦附件，通過(guò)一臺電腦的USB周邊設備使人們享受到了更多的方便和樂(lè )趣。USB之所以能夠如此普及并受到大眾歡迎，在于它方便的熱插拔，帶寬大，速度快，可連接設備多，簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò )互聯(lián)功能等諸多優(yōu)點(diǎn)。
一、USB接口技術(shù)傳輸類(lèi)型及優(yōu)點(diǎn)
USB是通用串行總線(xiàn)(Universal Serial Bus)的簡(jiǎn)稱(chēng)。在計算機使用中，常常利用PC或工控機對各種數據進(jìn)行數據采集。這其中有很多地方需要對各種數據進(jìn)行采集，如液位、溫度、壓力、頻率等。常用的采集方式是通過(guò)數據采集板卡，如A/D卡以及422、485總線(xiàn)板卡等。采用板卡不僅安裝麻煩、易受機箱內環(huán)境的干擾，而且由于受計算機插槽數量和地址、中斷資源的限制，不可能掛接很多設備。而USB接口技術(shù)的出現，很好地解決了以上這些沖突，很容易就能實(shí)現低成本、高可靠性、多點(diǎn)的數據采集。USB系統主要由主控制器(Host Controller)、USB Hub 和USB外設(Peripherals Node)組成系統拓撲結構。
1.USB的傳輸類(lèi)型。USB總線(xiàn)包括4種傳輸類(lèi)型(傳輸管道)：(1)控制傳輸類(lèi)型：用于傳輸控制信息。(2)塊數據傳輸類(lèi)型：用于傳輸相對比較大的和突發(fā)性強的數據，一般用于打印機、掃描儀等。(3)中斷數據傳輸類(lèi)型：通常用于傳輸設備反饋回計算機的字符和坐標信息，如鼠標，鍵盤(pán)、游戲桿等。(4)同步數據傳輸類(lèi)型：占用預先分配的帶寬，實(shí)時(shí)傳輸，例如海量?jì)Υ骖?lèi)、打印機類(lèi)和HID(人機接口)類(lèi)等。
2.USB的主要優(yōu)點(diǎn)。速度快;USB 2.0將設備之間的數據傳輸速度增加到了480Mbps，比USB 1.1標準快40倍左右，速度的.提高對于用戶(hù)的最大好處就是用戶(hù)可以使用到更高效的外部設備，而且具有多種速度的周邊設備都可以被連接到USB 2.0的線(xiàn)路上，而且無(wú)需擔心數據傳輸時(shí)發(fā)生瓶頸效應。設備安裝和配置容易;安裝USB設備不必再打開(kāi)機箱，加減已安裝過(guò)的設備完全不用關(guān)閉計算機。所有USB設備支持熱拔插，系統對其進(jìn)行自動(dòng)配置，徹底拋棄了過(guò)去的跳線(xiàn)和撥碼開(kāi)關(guān)設置。易于擴展;通過(guò)使用Hub擴展可撥接多達127個(gè)外設。標準USB電纜長(cháng)度為3m(5m低速)。通過(guò)Hub或中繼器可以使外設距離達到30m。能夠采用總線(xiàn)供電;USB總線(xiàn)提供最大達5V電壓、500mA電流。使用靈活。USB共有4種傳輸模式：控制傳輸(control)、同步傳輸(Synchronization)、中斷傳輸(interrupt)、批量傳輸(bulk)，以適應不同設備的需要。
二、USB的應用與設計
USB的應用主要是數據采集工作，隨著(zhù)USB應用的日益廣泛，Intel、SGS-Tomson、Cypress、Philips等芯片廠(chǎng)商都推出了具備USB通信接口的單片機。這些單片機處理能力強，有的本身就具備多路A/D，構成系統的電路簡(jiǎn)單，調試方便，電磁兼容性好，因此采用具備USB接口的單片機是構成USB數據采集系統較好的方案。USB接口開(kāi)發(fā)中有相當大的工作量是關(guān)于USB軟件的開(kāi)發(fā)，USB軟件包括三方面的工作：固件(firmware)設計，驅動(dòng)程序設計和主機端應用程序的設計。
1、固件設計。固件是運行在USB芯片上的程序，可采用匯編語(yǔ)言或C語(yǔ)言設計，其主要功能是控制USB芯片接收并處理USB驅動(dòng)程序的請求、控制USB芯片接收應用程序的控制指令、通過(guò)USB芯片存放數據并實(shí)時(shí)上傳至PC等。
2、驅動(dòng)程序設計。在Windows平臺下，USB驅動(dòng)程序由3部分組成：USB設備驅動(dòng)程序，USB總線(xiàn)驅動(dòng)程序和USB主控制器驅動(dòng)程序，他們必須遵循win32驅動(dòng)程序模型(WDM)。其中，windows操作系統已經(jīng)提供了處于驅動(dòng)程序棧底的USB總線(xiàn)驅動(dòng)程序和USB主控制器驅動(dòng)程序。而USB設備驅動(dòng)程序由設備開(kāi)發(fā)者編寫(xiě)，通過(guò)向USB總線(xiàn)驅動(dòng)程序發(fā)送包含URB(USB Request Block)的IRP(I/0 Request Packet)，來(lái)實(shí)現USB外設之間的信息交換。當主機應用程序要對USB設備進(jìn)行I/0操作時(shí)，調用Windows API函數對win32子系統進(jìn)行win32調用，由I/O管理器將此請求構造成一個(gè)合適的IRP，并把它傳遞給USB設備驅動(dòng)程序。USB設備驅動(dòng)程序接受到這個(gè)IRP后，根據IRP中的包含的具體操作代碼，構造響應的URB并把他放到一個(gè)新IRP中，然后把此IRP傳遞到USB總線(xiàn)驅動(dòng)程序，USB總線(xiàn)驅動(dòng)程序根據IRP中所包含的URB執行響應的操作，并把操作結果通過(guò)IRP返還給USB設備驅動(dòng)程序。USB設備驅動(dòng)程序接受到此IRP后，將操作結果通過(guò)IRP返還I/O管理器。最后，I/O管理器將此IRP中的操作結果返還給應用程序，至此應用程序對USB設備的一次I/O操作完成。
3、應用程序設計。應用程序工作于用戶(hù)模式，用戶(hù)模式可以訪(fǎng)問(wèn)文件，處理數據，人機交互，不過(guò)必須借助設備驅動(dòng)程序來(lái)訪(fǎng)問(wèn)硬件。在VC環(huán)境下開(kāi)發(fā)的主機端的應用程序，容易實(shí)現了設備的打開(kāi)、關(guān)閉、固件下載、端口配置和文件傳輸等功能。
USB接口技術(shù)的應用正處于高速發(fā)展階段。在USB數據采集、USB工業(yè)控制等領(lǐng)域已經(jīng)得到成功的應用。隨著(zhù)時(shí)代的進(jìn)步和技術(shù)的發(fā)展，USB必將在更廣闊的領(lǐng)域得到更深層次的應用。
【USB接口技術(shù)研究設計論文】相關(guān)文章：
音頻接口設計論文11-17
網(wǎng)站設計的實(shí)現技術(shù)研究論文10-24
暖通設計綠色節能技術(shù)研究論文10-25
基于FPGA的VME自定義總線(xiàn)接口設計論文11-17
基于FPGA 的VME自定義總線(xiàn)接口設計論文11-16
網(wǎng)站建設下平面設計技術(shù)研究論文11-07
藍牙技術(shù)研究論文10-23