引 言

　　usb的英文全稱為universal serial bus,中文含義是通用串行總線，它是一種快速的，雙向的，同步傳輸的廉價的并可以進行熱拔插的串行接口。usb接口使用方便，它可以連接多個不同的設備，而過去的串口和并口只能接一個設備。速度快是usb技術的突出特點之一。全速usb接口的最高傳輸率可達12mb/s,比串口快了整整100倍，而執行usb2.0標準的高速usb接口速率更是達到了480mb/s.這使得高分辨率、真彩色的大容量圖象的實時傳送成為可能。usb接口支持多個不同設備的串列連接，一個usb接口理論上可以連接127個usb設備。連接方式也十分靈活，既可以使用串行連接，也可以使用集線器（hub）把多個設備連接在一起，再同pc機的usb接口相接。普通的使用串口、并口的設備都需要單獨的供電系統，而usb設備則不需要。正是由于usb的這些特點，使其獲得了廣泛的應用。到目前為止，usb已經在pc機的多種外設上得到應用，包括掃描儀，數碼相機，數碼攝像機、音頻系統、顯示器、輸入設備等。對于廣大的工程設計人員來說，usb是設計外設接口時理想的總線。

　　對于usb接口芯片，通常分為普通和dma（直接存儲器存取）兩種工作模式。相對于普通模式，dma數據傳輸模式傳輸速率更快，更適合于視頻數字信號等高速、實時信號的傳送。但遺憾的是，國內市場上提供的各種usb接口電路板大部分僅工作在普通模式，缺少對dma工作模式的支持，不能直接用于象ccd數字攝像機usb接口這樣的需要工作在dma模式下的設計開發。為了解決這個問題，我們對usb的原理進行了研究，嘗試著利用51單片機結合philips公司的pdiusbd12帶并行總線的usb接口器件設計帶dma工作模式的可供視頻信號傳輸的多功能usb接口電路，現已設計出了完整的硬件電路。

　　1、usb概述

　　由于多媒體技術的發展對外設與主機之間的數據傳輸率有了更高的需求，因此，usb總線技術應運而生。usb（universal serial bus)翻譯為中文就是通用串行總線，是由conpaq、dec、ibm、inter、microsoft、nec和northen telecom等公司為簡化pc與外設之間的互連而共同研究開發的一種免費的標準化連接器，它支持各種pc與外設之間的連接，還可實現數字多媒體集成。現在生產的pc幾乎都配備了usb接口，microsoft 的windows98、nt以及macos、linux、freebsd等流行操作系統都增加了對 usb的支持。

　　usb的主要優點：

　　使用方便。連接外設不必再打開機箱；允許外設熱插拔，而不必關閉主機電源。

　　速度快。usb支持三種設備傳輸速率：1.5 mb/s（低速設備）、12 mb/s（中速設備）和480 mb/s（高速設備）。

　　獨立供電。usb接口提供了內置電源。

　　連接靈活。一個usb口理論上可以連接127個usb設備。連接的方式也十分靈活，既可以使用 串行連接，也可以使用集線器hub，把多個設備連接在一起，再同pc機的usb口相接。

　　成本低。為了把外設連接到pc上，usb提供了一種低成本的解決方案。

　　現在滿足usb要求的外設有：調制解調器，鍵盤，鼠標，光驅，游戲手柄，軟驅，掃描儀，音箱等。usb總線標準由1.1版升級到2.0版后，傳輸率由12mbps增加到了480mbps，更換介質后連接距離由原來的5米增加到近百米。基于這點，usb也可以做生產isdn以及基于視頻的產品。usb 總線結構簡單，信號定義僅由2條電源線，2條信號線組成。

　　2、usb結構與工作原理

　　一個usb系統可以從三個方面加以描述

　　(1)usb互聯。

　　(2)usb設備。

　　(3)usb主機。

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　　usb互聯是指一個usb設備與usb主機相聯并和其通信的方式,它包括：

　　(1)總線拓撲結構：usb主機和usb設備的連接模型。

　　(2)層間關系：usb在系統中的每一層都要完成一定的任務。

　　(3)數據流模型：usb系統中信源和信息之間的數據傳送方式。

　　(4)任務規劃：usb提供可以共享的互聯機制。通過規劃對互連機制的訪問，可以支持同步數據傳輸。

　　下面簡要討論usb硬件結構和數據流傳輸。

　　2.1 usb硬件結構

　　一個usb系統包含三類硬件設備: usb主機(usb host)、 usb設備(usb device)、usb集線器(usb hub)。

　　（1）usb host

　　在一個usb系統中，當且僅當有一個usb host時，usb host有以下功能:

　　◇ 管理usb系統；

　　◇ 每毫秒產生一幀數據；

　　◇ 發送配置請求對usb設備進行配置操作；

　　◇ 對總線上的錯誤進行管理和恢復。

　　（2）usb device

　　在一個usb系統中，usb device和usb hub總數不能超過127個。usb device接收usb總線上的所有數據包，通過數據包的地址域來判斷是不是發給自己的數據包：若地址不符，則簡單地丟棄該數據包；若地址相符，則通過響應usb host的數據包與usb host進行數據傳輸。