usb简介与开发实例

《usb简介与开发实例》由会员分享，可在线阅读，更多相关《usb简介与开发实例（101页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、2018/12/6,1,USB简介及开发实例,邵雷 2006年4月,虚拟仪器课程系列报告,2018/12/6,2,USB概述 USB相关基本概念 USB应用实例 USB系统的开发,报告提纲,2018/12/6,3,一、USB概述,USB的产生 USB的特点 USB的机械特性 USB的发展历史,2018/12/6,4,USB的产生,今天PC上使用的大多数外设仍然是基于接口实现的，这些老式的接口最初是由IBM公司在20世纪80年代早期提出的，设计存在很多缺陷，它们给设计者带来了许多麻烦，也给用户带来诸多不便。目前PC接口的缺陷：,非共享式接口,接口体积庞大,接口规格不统一,接口采用传统的I/O模式

2、,2018/12/6,5,PCI接口,USB接口,以太网接口,串并行接口,通用主板,PS/2接口,2018/12/6,6,体积庞大,2018/12/6,7,接口规格不统一,2018/12/6,8,非共享式接口,标准PC的外围设备接口支持单个设备的连接。由于一个给定的时刻只有一个外围设备可以连接，这样，连接的灵活性就被最小化。由于这个原因，通常是做一个专用的扩展卡插到扩展总线上（例如ISA、EISA或PCI），通过它来为新的外设建立一个连接点，但这样相对来说成本比较昂贵。,2018/12/6,9,采用传统的I/O模式,外设被映射为CPU的I/O地址空间，并且被分配一个指定的IRQ，在某些情况下也

3、可以是一个DMA通道。这些系统资源被分配给指定的外设，这些地址的分配通常是由IBM公司和其他设备制造商指定的。事实上这种地址分配方法已经成为一种标准。这种模式会带来I/O地址冲突、所指定的IRQ已被别的外设占用等问题。,2018/12/6,10,USB应运而生！,快速 双向 同步 廉价 支持热插拔,USB标准图标,2018/12/6,11,一、USB概述,USB的产生 USB的特点 USB的机械特性 USB的发展历史,2018/12/6,12,USB的特点,热插拔； 即插即用Plug & Play； 共享式接口；“菊花瓣”式；126个外设； 接口体积小； 节省系统资源；只需1根IRQ线；,20

4、18/12/6,13,USB的特点,灵活；低速1.5Mb/s，全速12Mb/s，高速480Mb/s； 低成本； 性能可靠；硬件规范抑制噪声，数据错误检测机制 提供电源；+5V100500mA, 3mS挂起 兼容性；USB2.0兼容USB1.1产品,2018/12/6,14,一、USB概述,USB的产生 USB的特点 USB的机械特性 USB的发展历史,2018/12/6,15,USB的机械特性,VBUS,2018/12/6,16,一、USB概述,USB的产生 USB的特点 USB的机械特性 USB的发展历史,2018/12/6,17,USB的发展历史,1994年11月11日，USB0.7版本问

5、世； 1996年1月15日，USB1.0版发布；但Windows95的OSR2.1版本公布后，才首次在PC机上使用，外设少； 1998年6月Windows98和同年9月USB1.1版发布后，流行； 2000年4月27日，USB2.0版发布，USB红遍全球！,2018/12/6,18,早期不受重视的原因,PC机主板的支持不够; 操作系统的支持不够; USB协议太抽象; USB接口芯片昂贵; USB外设与老式接口外设的性能无明显差异;,2018/12/6,19,USB概述 USB相关基本概念 USB应用实例 USB系统的开发,报告提纲,2018/12/6,20,二、USB相关基本概念,对USB的总

6、体认识 USB拓扑体系 设备架构 硬件和软件元素 术语及基本概念,2018/12/6,21,USB Topology,2018/12/6,22,设备构架,主机系统,USB设备,客户软件,USB系统软件（USB 驱动和主控制器驱动程序）,USB主控制器 /集线器,USB总线接口,USB逻辑设备,功能单元,功能层,USB设备层,USB总线接口层,物理通信数据流,逻辑通信数据流,2018/12/6,23,硬件和软件元素,基本硬件： USB主控制器/根集线器 USB设备 通用性软件： USB客户驱动程序 USB驱动程序 USB主控制器驱动程序,2018/12/6,24,二、USB相关基本概念,对USB

7、的总体认识 USB拓扑体系 设备架构 硬件和软件元素 术语及基本概念,2018/12/6,25,PID和令牌,PID：正在传送数据包的类型 令牌包定义了在USB上进行广播事务处理的类型。所有的事务处理都是从一个令牌包开始的。 SOF：每毫秒发生一次，代表一个帧的开始。 SETUP：只针对控制传输，它是数据包中的前8个字节，用来把一个请求从系统发往目标USB设备。,2018/12/6,26,一个USB传输,2018/12/6,27,主机是控制器,USB设备之间是同级 成本考虑 从主机接收数据：OUT令牌 向主机发送数据：IN令牌,2018/12/6,28,USB的传输方向,“主机是总线控制者”

8、OUT:从主机到外设 IN:从外设到主机,2018/12/6,29,端点,控制端点0：USB设备必须有的，双向的，引导枚举。 块端点 中断端点 同步端点,2018/12/6,30,传输类型,一个给定的USB设备可能有很多的端点，每一个端点都有特殊的性质，这些特性规定了如何访问这些端点。USB的规范说明书定义了如下四种传输类型，它们每一个都反映了USB设备的端点可能要求的传输性质。 块传输 中断传输 同步传输 控制传输,2018/12/6,31,块（bluk）传输,块传输主要用于完成主机和设备之间的大批数据传输，由于块传输在硬件级上对传输数据进行错误检测（若发生错误，它支持“重传”功能），因此它

9、能保证数据传输的可靠性，块传输支持两个方面的数据传输（即主机到设备和设备到主机）。,2018/12/6,32,中断传输,中断传输用来完成设备到主机的少量数据传输，它只支持设备到主机方向数据传输（中断传输跟实现的“中断”概念没有任何联系）。,2018/12/6,33,同步传输,同步传输主要用来完成主机和设备之间连接、实时数据的传输（如语音信号），同步传输不对传输数据进行错误检测，它主要保证数据的连续传输。,2018/12/6,34,控制传输,控制传输主要用来完成主机对设备各种控制操作（如获取设备的设备描述符，设置设备的USB地址等，可以通过控制传输来定义自己对设备的控制操作，如设置采样参数、开始

10、或停止采样等）。,2018/12/6,35,枚举,（1）主机向地址0发送Get_Descriptor/Device的请求（设备第一次连接时必须响应地址0） （2）设备通过向主机发送ID数据，告诉主机它是“谁”，以响应该请求 （3）主机向设备发出Set_Address的请求，为设备提供一个唯一的地址，以区别其它连接到总线上的设备。 （4）主机向设备发出多个Get_Descriptor的请求，以获取更多的设备信息。 据此，主机可以了解到该设备的其它信息，例如该设备的端点数目、电源要求、所需总线带宽，及下载何种驱动程序等。,2018/12/6,36,重枚举,当代码下载到控制器后，控制器开始执行设备程

11、序，设备需要再次枚举，第二次枚举称为重枚举（ReNumeration） 重枚举是在电气上模拟一次物理断开和重连接来完成的。,2018/12/6,37,USB概述 USB相关基本概念 USB应用实例 USB系统的开发,报告提纲,2018/12/6,38,三、USB应用实例,2018/12/6,39,2018/12/6,40,1.基于USB总线示波器板卡,基于USB总线； 无需外部电源，即插即测； 体积小，80mmx65mm，手掌大小； 5V(1:1探头)双极性信号输入； 1M/30PF输入阻抗； x0.5、x5程控放大； 单/双通道可选择输入模式； 单通道80MHz/双通道40MHz采样率； 6

12、4K(单通道)/32K(双通道)板载内存； 可程控调节存储容量； 8位垂直电压分辨率； 外触发、程序触发可选触发模式； 8级采样频率程控选择；,示波器特性：,2018/12/6,41,2018/12/6,42,基于LabVIEW平台的虚拟示波器,2018/12/6,43,基于LabScene开发的虚拟示波器,2018/12/6,44,USB示波器板卡应用工程实际,2018/12/6,45,2.基于USB总线LCR测试仪,2018/12/6,46,虚拟LCR测试仪的应用电子测量,虚拟LCR测试仪可以作为专用的参数测试仪使用，精度达到0.1%,2018/12/6,47,3.基于USB总线任意波形发

13、生器,任意波形发生器特性：,产生标准正弦、方波波形 产生任意波形,任意波形：0.01Hz-80KHz 标准波形：0.01Hz-2MHz 垂直分辨率：16位 波形幅度：0-2.5V 输出阻抗：100欧姆,适用于教学实验系统,2018/12/6,48,基于LabVIEW平台的虚拟任意波形发生器,2018/12/6,49,USB概述 USB相关基本概念 USB应用实例 USB系统的开发,报告提纲,2018/12/6,50,四、USB系统的开发,定位开发类型 选择芯片 开发环境 设计调试 USB设备开发总结,2018/12/6,51,井-地ERT测试仪接收机的研究与开发,2018/12/6,52,井-

14、地电位检测,在我国注水开发及已进入高含水期的各大油田，水驱开发油田的饱和度测井是在高含水期开发油田寻找剩余油的一种重要手段。注水效率评价和剩余油分布研究已成为倍受重视的课题，也将发展成为油田稳产挖潜的关键技术。 它是油气开发工业中的一个研究热点，也是一个世界性难题。,研究注水分布和剩余油分布！,2018/12/6,53,井-地电位测量方法原理,在地表向井中套管施加一个大电流，电流大多通过地表无水泥胶结井段和射孔井段流向地层，在地下地层中形成一个非均匀电场，通过测量地表的电位分布可反映地下的电阻率分布。结合地下地层的沉积相分布岩性信息和地层水矿化度等资料，能用电阻率差异定性和半定量地研究地下储层

15、的剩余油气分布和注水的推进前沿。,2018/12/6,54,地电位检测工作方式原理图,电极布置的平面分布如图所示。实际测量时，以内圈点作为公共点，得到各圈与内圈的电位差。,2018/12/6,55,2018/12/6,56,A极,2018/12/6,57,B极,2018/12/6,58,N极,2018/12/6,59,M极,2018/12/6,60,2018/12/6,61,2018/12/6,62,四、USB系统的开发,定位开发类型 选择芯片 开发环境 设计调试 USB设备开发总结,2018/12/6,63,定位开发类型,USB主控制器的开发：增加高速USB端口，控制器最好有PCI总线接口

16、USB集线器的开发：提供额外的USB连接点 USB功能设备的开发：设备使用USB总线和PC进行数据传输,2018/12/6,64,虚拟仪器技术！,基于USB接口的数据采集系统,所有采集系统的控制与数据传输均由测控软件完成。,思想：,方案：,目标：,2018/12/6,65,四、USB系统的开发,定位开发类型 选择芯片 开发环境 设计调试 USB设备开发总结,2018/12/6,66,（1）USB芯片的传输速率： （2）USB芯片的传输类型： （3）USB芯片的硬件资源： （4）USB芯片的功耗： （5）USB芯片的开发工具包 （6）USB芯片的价格 （7）USB芯片的其它因素：封装、货源、生命周期。 （8）自我因素：硬件结构、编程语言,选择芯片,CY7C68013-100,12Mb/s，480Mb/s,全部,增强型8051,936mW,2018/12/6,67,四、USB系统的开发,定位开发类型 选择芯片 开发环境 设计调试 USB设备开发总结,2018/1