USB3.0接口电路实现方案

USB3.0接口电路实现方案

引 言

1、USB概述

USB的主要优点：

l 速度快。USB支持三种设备传输速率：1.5 Mb/s(低速设备)、12 Mb/s(中速设备)和480 Mb/s(高速设备)。

l 独立供电。USB接口提供了内置电源。

l 连接灵活。一个USB口理论上可以连接127个USB设备。连接的方式也十分灵活，既可以使用 串行连接，也可以使用集线器Hub，把多个设备连接在一起，再同PC机的USB口相接。

l 成本低。为了把外设连接到PC上，USB提供了一种低成本的解决方案。

2、USB结构与工作原理

一个USB系统可以从三个方面加以描述

(1)USB互联。

(2)USB设备。

(3)USB主机。

USB互联是指一个USB设备与USB主机相联并和其通信的方式,它包括：

(1)总线拓扑结构：USB主机和USB设备的连接模型。

(2)层间关系：USB在系统中的每一层都要完成一定的任务。

(3)数据流模型：USB系统中信源和信息之间的数据传送方式。

(4)任务规划：USB提供可以共享的互联机制。通过规划对互连机制的访问，可以支

持同步数据传输。

下面简要讨论USB硬件结构和数据流传输。

2.1 USB硬件结构

一个USB系统包含三类硬件设备: USB主机(USB HOST)、 USB设备(USB DEVICE)、USB集线器(USB HUB)。参见图2-1。

(1)USB HOST

在一个USB系统中，当且仅当有一个USB HOST时，USB HOST有以下功能:

◇ 管理USB系统;

◇ 每毫秒产生一帧数据;

◇ 发送配置请求对USB设备进行配置操作;

◇ 对总线上的错误进行管理和恢复。

(2)USB DEVICE

在一个USB系统中，USB DEVICE和USB HUB总数不能超过127个。USB DEVICE接收USB总线上的所有数据包，通过数据包的地址域来判断是不是发给自己的数据包：若地址不符，则简单地丢弃该数据包;若地址相符，则通过响应USB HOST的数据包与USB HOST进行数据传输。

(3)USB HUB

2.2 USB的数据流传输

USB支持四种基本的数据传输模式：控制传输，等时传输，中断传输及数据块传输。每种传输模式应用到具有相同名字的终端，则具有不同的性质。

控制传输类型：支持外设与主机之间的控制，状态，配置等信息的传输，为外设与主机之间提供一个控制通道。每种外设都支持控制传输类型，这样主机与外设之间就可以传送配置和命令/状态信息。

中断传输类型：支持像游戏手柄，鼠标和键盘等输入设备，这些设备与主机间数据传输量小，无周期性，但对响应时间敏感，要求马上响应。

数据块传输类型：支持打印机，扫描仪，数码相机等外设，这些外设与主机间传输的数据量大，USB在满足带宽的情况下才进行该类型的数据传输。

USB采用分块带宽分配方案，若外设超过当前带宽分配或潜在的要求,则不能进入该设备。同步和中断传输类型的终端保留带宽，并保证数据按一定的速率传送。集中和控制终端按可用的最佳带宽来传输传输数据。

3、USB外设控制器的两种实现方式

纯粹的USB接口芯片的优点是系统组成灵活，可根据不同的系统需求，搭配不同的MCU，具有较高的性能价格比。但因为USB控制器是通过串行口或并行口与MCU连接，在传输速度方面和开发难度方面不如集成了MCU的控制芯片。

本文主要介绍PHILIPS公司的PDIUSBD12器件。该芯片是一款性价比很高的USB器件，它通常用作微控制器系统中实现与微控制器进行通信的高速通用并行接口，设计者可根据需要选择合适的微控制器，灵活性较大，适用于开发低成本且高效的USB外围设备。

由于DMA传送方式仅仅在需要占用总线传送数据时才暂停CPU的操作，CPU的工作效率极高，传输数据可由硬件自身控制，大大提高了传送速率，十分适合于高速数据的采集。

下面就介绍一下我们利用51单片机结合PHILIPS公司的PDIUSBD12带并行总线的USB接口器件设计带DMA工作模式的可供视频信号传输的多功能USB接口电路。

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