USB接口技術分析及電路設計

　　PDIUSBD12 可編程為單周期DMA或突發(fā)模式DMA。在單周期DMA 中，DMREQ在每單個應答后直到被DMACK_N 重新激活之前保持無效。在突發(fā)模式DMA 中，DMREQ 在器件中突發(fā)編程時一直保持有效。該過程持續(xù)到PDIUSBD12 通過EOT_N 接收到一個DMA 終止信息。這時產生一個中斷指示本地CPU ，DMA操作已經完成。

　　在DMA 讀操作時，DMREQ 僅當緩沖區(qū)完全表示主機成功的發(fā)送了一個信息包到PDIUSBD12 時才有效。由于具有雙緩沖配置主機可以在第一個緩沖區(qū)被讀出時對第二個緩沖區(qū)進行填充。這種并行的處理有效的增加了數據吞吐量。當主機沒有完全填滿緩沖區(qū)的情況下(單向ISO 配置時小于64 或128 字節(jié))。DMREQ 會在緩沖區(qū)的最后一個字節(jié)時無效，而不管當前的DMA突發(fā)計數。在更新了DMA突發(fā)計數的下一個包發(fā)送時，DMREQ 再次被激活。

　　DMA的寫操作與之相似，當緩沖區(qū)未裝滿時，DMREQ 一直有效。當緩沖區(qū)填滿時，在下一個IN 標志將信息包送入主機。當傳輸完成之后DMREQ 變?yōu)闊o效。同樣的，雙緩沖配置在這也改善了數據的吞吐量。在非同步傳輸中(批量模式和中斷)，在數據被發(fā)送到主機之前，緩沖區(qū)需要通過DMA寫操作完全裝滿。唯一的例外是，在DMA傳輸結束時，EOT_N 接收的信號將會停止DMA寫操作并且在下一個IN 標志置位時將緩沖區(qū)的內容傳送到主機。

　　在同步模式中，本地CPU 和DMA 控制器必須保證它們在一個USB 幀(1ms )中能夠吞吐的最大信息包的規(guī)模。DMACK_N 的激活將自動選擇主端點(端點2 )而不管當前選擇的端點。PDIUSBD12的DMA操作可通過普通的I/O 對其它端點的存取實現(xiàn)交叉存取。DMA操作可通過以下方式終止：復位DMA使能寄存器位或EOT_N 加上DMACK_N 以及RD_N/WR_N的激活。

　　PDIUSBD12 支持單地址模式中的DMA傳輸，也可以在DMA 控制器的雙地址模式中工作。在單地址模式中，DMA 通過DREQ ，DMACK_N，EOT_N，WR_N 和RD_N 控制線實現(xiàn)傳輸。在雙地址模式中，DMREQ,DMACK_N和EOT_N未用，取而代之的是CS_N,WR_N和RD_N控制信號。需要遵循 PDIUSBD12的I/O 模式傳輸協(xié)議。在讀周期中對DMAC 信號源進行訪問，在寫周期對目標進行訪問。傳輸需要兩個單獨的總線周期來儲存暫存在DMAC 中的數據。

　　4.2.3 DMA方式數據傳輸電路

　　上面詳細介紹了PDIUSBD12芯片的原理和工作方式，下面將介紹接口電路板工作在DMA方式的原理。該傳輸方式的原理框圖參看圖4-3。

　　當外設接口1接入要求DMA傳輸的設備，51單片機向D12發(fā)出DMA傳送的指令，并通過控制口線使157數據選擇電路里74164傳送過來的并行數據直接與D12的并行接口相連，不在進入51單片機，在完成了對D12 DMA傳送初始化以后，MCU不再控制傳送，而由計數器滿8向D12發(fā)送一個讀信號，使D12 讀取164內存儲的8個字節(jié)的數據，如此反復，整個傳輸過程由硬件完成，不受MCU 的速率限制，從而實現(xiàn)了DMA傳輸。

　　此工作方式適用于視頻數字信號的傳輸，下面是連接CCD攝像頭的電路示意圖：

　　CCD_IN為經過A/D轉化或二值化處理的視頻數字信號，CCD_CLK1為脈沖同步信號，CCD_CLK2為行同步信號，CCD_CLK3為場同步信號。計數器對CCD_CLK1進行計數，滿8個脈沖向D12的讀端發(fā)一個低電平，通知D12對164里面的數據進行讀取。

　　4.2.4 數據選擇電路

　　數據選擇電路是由兩片74H157搭建而成，數據選擇DATA_SEL端連到了51的控制口線上，由51控制D12的并行數據I/O口是和51的P0口相連還是和74HC93串并轉換輸出的并行數據線相連，從而到達了數據選擇的作用。

　　4.2.5 串并轉換及計數器電路

　　電路中74HC164起了串并轉換的作用，在DMA工作方式下，通過接入數據同步脈沖，把外設接口1送入的串行數據轉化成并行數據，供D12直接讀取。

　　計數器74HC93負責對CCD_CLK1進行計數，滿8個脈沖向D12的讀端發(fā)一個低電平，通知D12對164里面的數據進行讀取。

　　4.2.6 復位掛起電路

　　復位掛起電路

　　掛起和復位電路被設計在一起，允許器件進入掛起模式還可以達到在USB 規(guī)格Rev.1.1 中所陳述的掛起限制電流。

　　執(zhí)行此功能以后將強迫MCU 進入掉電模式，MCU 振蕩器停止工作。只有硬件復位才能喚醒MCU工作。從這個電路中，復位信號是連接到復位電路的，當上位PC 機從掛起狀態(tài)恢復時，將導致D12 觸發(fā)掛起信號，并通過上面的電路而產生復位信號。

　　4.2.7 外設接口2

　　采用標準的IDE接口連線方式的外設接口2電路

　　外設接口2采用了標準的IDE接口連線方式，可直接與計算機硬盤、光驅、光盤刻錄機等相連，用于傳輸海量數據，使用方便。

　　由于采取了51接口擴展的方式，通過對接口的轉換，也可以與其他更多的外設相連，用途比較廣泛。

　　4.2.8 其他器件

　　l 按下按鈕SW1 ：復位或恢復系統(tǒng)

　　l LED D1 ： USB 接口連接成功指示器：當此LED 點亮時表示USB 主機和USB 器件已經裝配和枚舉。如果它正在閃爍表示數據已經發(fā)送或接收。

　　l JP2： 外設接口1，用于與CCD相連，為4接口的接插件

　　l CON1： USB CON 用于與USB電纜相聯(lián)。

結束語

　　USB為計算機外設輸入輸出提供了新的接口標準。它使設備具有熱插拔，即插即用，自動配置的能力，并標準化設備連接。USB的級聯(lián)星型拓撲結構大大擴充了外設數量，使增加，使用外設更加便捷，快速。而新提出的USB2.0標準更是將數據傳輸速率提高到了一個新的高度，這是具有美好的應用前景。