簡易USB接口卡的設(shè)計和實現(xiàn)

　　目前比較常用的方法是在PC機或工控機內(nèi)安裝ISA或PCI數(shù)據(jù)采集卡（如A/D卡及422,485卡）.但這些數(shù)據(jù)采集卡存在安裝麻煩,受計算機插槽數(shù)量、地址、中斷資源的限制，可擴展性差等缺點特別是在一些電磁干擾較強的工業(yè)現(xiàn)場。隨著USB總線的發(fā)展和應用以及USB接口芯片出現(xiàn)，現(xiàn)在USB接口卡應該是一個即實用又方便的選擇了。這項設(shè)計實現(xiàn)的是一個動態(tài)采集和存儲系統(tǒng)的計算機通信接口卡，基本上可分為CY7C68013 USB接口芯片、CPLD芯片擴展控制部分、軟件的實現(xiàn)部分。

　　一、 整體結(jié)構(gòu)圖

　　USB設(shè)備包含一些向主機軟件提供一系列USB 設(shè)備的特征和能力的信息的設(shè)備描述符,用來配置設(shè)備和定位USB 設(shè)備驅(qū)動程序。這些信息確保了主機以正確的方式訪問設(shè)備。通常,一個設(shè)備有一個或多個配置( Conf iguration) 來控制其行為。配置是接口( InteRFace) 的集合,接口指出軟件應該如何訪問硬件。接口又是端點( endpoint) 的集合,每一個與USB交換數(shù)據(jù)的硬件就為端點,它是作為通信管道的一個終點. 圖1-1就是整個動態(tài)采集和存儲系統(tǒng)中的USB接口連接部分的基本框。在計算機上的應用程序通過調(diào)用USB驅(qū)動從接口中讀取數(shù)據(jù)，讀到輸入緩沖區(qū)中。計算機通過接口采數(shù)存數(shù)并發(fā)出控制信號然后由驅(qū)動程序通過接口將其轉(zhuǎn)換為電壓信號，而接口卡則是將其有限的控制信號進行擴展而且轉(zhuǎn)換為USB設(shè)備可以正常接收的電壓信號，使被控制部分執(zhí)行相應的操作由于CY7C68013 USB接口芯片廠商提供了基本的固件程序所以用戶只需編相應的應用程序和簡單的驅(qū)動程序就可以實現(xiàn)一般用戶要實現(xiàn)的基本功能，如果有特殊的需要只需稍加修改。所以CY7C68013 USB接口芯片是一款使用起來快速方便又簡單的USB接口芯片。

　　二、芯片

　　EZ2USB FX2是一款集成USB2. 0的微處理器,它集成了USB 2. 0收發(fā)器、SIE (串行接口引擎) 、增強的8051微控制器和可編程的外圍接口(GP IF) 。FX2這種獨創(chuàng)性結(jié)構(gòu)可使數(shù)據(jù)傳輸率達到56Mbp s,即USB 2. 0允許的最大帶寬。在FX2中,智能SIE可以硬件處理許多USB 1. 1和USB 2. 0協(xié)議,從而減少了開發(fā)時間和確保了USB 的兼容性。GP IF ( General Pro2grammable Interface)和主/從端點F IFO ( 8 位或16 位數(shù)據(jù)總線)為ATA,UTOP IA, EPP, PCMCIA,DSP等提供了簡單和無縫連接接口。EZ2USB FX2 CY7C68013內(nèi)部的微處理器是一個增強的8051內(nèi)核,內(nèi)部的RAM可用于存儲程序和數(shù)據(jù),使EZ2USB具有軟配置特性。USB主機(如PC機)通過USB總線將8051程序代碼和設(shè)備描述符裝載到RAM中后, EZ2USB使用已下載的固件程序中定義的外設(shè)特性進行重枚舉。內(nèi)置的8051 處理器,相對標準的8051處理器有以下改進:

　　(1)獨立的地址總線和數(shù)據(jù)總線,總線周期為四個時鐘;

　　(2)雙數(shù)據(jù)指針和自動指針可用于存儲器之間的快速數(shù)據(jù)傳輸,提高數(shù)據(jù)傳輸效率;

　　(3)通用可編程接口(GP IF) ,可以直接連接到并口( 8位和16位) ,可編程波形描述符和配置寄存器;支持多個Ready輸入和Control輸出;

　　(4)矢量USB中斷,獨立的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)供Setup 包和Data包控制傳輸;

　　(5)四個F IFO,可與ASIC和DSP等無縫連接;

　　(6)擴展的中斷系統(tǒng)支持13 個中斷源,并支持F IFO 和GP IF自動矢量中斷;

　　(7)一個I2C接口;兩個UART接口, 40個可配置I/O端口;www.51kaifa.com

　　(8)三個16 位內(nèi)置定時/計數(shù)器、512 字節(jié)內(nèi)部寄存器RAM;

　　(9)外部時鐘可達48MHz;

　　(10)芯片內(nèi)部集成有8KB、外部RAM, 8051 內(nèi)核使用MOVX指令訪問此RAM區(qū)。

　　三、基本電路圖的設(shè)計結(jié)構(gòu)

　　圖3-1基本的原理圖結(jié)構(gòu)
       

　　其中的主要芯片是CY7C68013，起基本的USB接口通信功能，EPM7128SQ是一款CPLD主要用來通過編程擴展控制引腳的，剩下的芯片都是起電壓轉(zhuǎn)換給CY7C68013和CPLD芯片供電用的或一些起穩(wěn)壓和調(diào)理作用的。一般USB接口的通信可以通過驅(qū)動程序?qū)⑵湓O(shè)為高速或低速形式，只要在接口卡上給出一個電壓判斷信號進行確認是高速還是低速的就可以在驅(qū)動里加以判斷自動進行速度的調(diào)整。

　　四、程序

　　程序的大體結(jié)構(gòu)如圖4－1所示：

　　固件程序是芯片廠家提供的在此就不做詳細介紹了。