基于USB總線的設計與開發

電子機電論文編號:JD179       字數:19958,頁數:42

目  錄
第1章  緒 論 1
1.1  選題現狀以及發展趨勢 1
1.2  系統實現功能 1
1.3  論文內容及組織結構 2
第2章  USB技術 3
2.1  USB總線概述 3
2.1.1  USB總線簡介 3
2.2.2  USB總線的優點 3
2.2  USB協議簡介 4
2.2.1  USB物理體系結構 4
2.2.2  USB設備邏輯結構 5
2.2.3  USB傳輸類型 6
2.2.4  USB低層通信協議 6
2.3  USB接口技術 8
第3章  系統硬件電路設計 9
3.1  設備電路系統概述 9
3.2  51單片機最小系統 9
3.3  PDIUSBD12外圍電路及其與單片機的連接設計 10
3.3.1  PDIUSBD12介紹 10
3.3.2  USB外圍電路及其與單片機連接 14
3.4  擴展功能電路的設計 15
3.4.1  PS/2串行接口的擴展設計 15
3.4.2  Flash存儲器的擴展設計 16
3.4.3  LPT并行接口的擴展設計 17
第4章  系統軟件設計 19
4.1  固件程序的設計與實現 19
4.1.1  描述符 19
4.1.2  固件程序的結構 20
4.2  驅動程序的設計與實現 24
4.2.1  驅動程序概述 24
4.2.2  WDM設備驅動程序結構 24
4.2.3  驅動程序開發的工具軟件 25
4.2.4  用Win Driver開發驅動程序 25
4.3  系統應用程序開發 26
4.3.1  應用程序的實現的功能 26
4.3.2  利用Win Driver實現應用程序 27
第5章  系統調試 28
5.1  系統硬件測試 28
5.2  系統軟件調試及系統測試 28
結束語 30
參考文獻 31
附 錄 32

摘  要

本文介紹了一種比較簡單方便設計USB設備的方法，設計采用51單片機和USB接口芯片組成的單片機最小系統來實現一個完整的USB設備。
USB設備都可以歸結為控制器和USB電氣接口這兩個基本部分的組合。在設計中，采用的控制器是51單片機AT89C51，USB電氣接口則是PHILIPS公司的USB接口芯片PDIUSBD12。單片機控制器作為下位機，通過USB電氣接口芯片和USB總線與PC機交換數據，并實現USB設備的邏輯功能。
本文結合USB1.1接口技術，從硬件和軟件兩個方面，從電路設計、固件程序設計、驅動程序和應用程序設計，由低層到高層逐步詳細講解USB設備的開發過程。本文的重點在于闡述系統硬件設計和系統固件的實現方法。論文首先簡要介紹了USB接口的現狀和發展趨勢，系統要實現的功能，以及各章節的安排；然后簡要介紹了USB體系，讓讀者對USB協議有一定的了解；接著詳細介紹了系統的硬件設計方案，包括由C51和PIDUSBD12芯片組成的USB基本功能模塊，系統擴展功能模塊的設計和實現方法；緊接著介紹了系統軟件的具體實現，包括固件程序，系統驅動程序和應用程序的設計實現。這一部分重點闡述了系統固件的實現，以及如何運用軟件工具Win Driver開發系統驅動和應用程序；論文最后一部分講述了系統的調試過程，包括硬件測試和在Win Driver環境下的系統調試，以及在調試過程遇到的問題和解決方法。
系統開發的最終硬件成果是一個帶有USB接口的設備，通過USB電纜與PC機相連接，能夠實現主機對設備的列舉，以及和PC機交換數據，并實現其擴展功能。

關鍵詞：USB、單片機系統、PDIUSBD12、固件、Win Driver 

ABSTRACT
This paper introduced a simple and convenient method to design a USB apparatus, that is to say, to realize an intact USB apparatus with a minimum system of single-chip computer that made of 51 single-chip computer and USB interface. In later chapters, we can see, all the USB apparatus can come down to two basic association of part: a controller and a USB electric interface. In this system, I adopted 51 one-chip computer AT89C51 as its controller, the chip PDIUSBD12 of PHILIPS Company as its electric interface. The one-chip computer as the next machine, exchanges the data with the PC, through the USB bus and USB electric interface chip, and it realizes the logic function of USB apparatus.
The paper, combing the USB1.1 interface technology, from the hardware to the software, from the circuit design and the design of firmware program, to the design of driver and employ program, from the low. to the senior level, explain progressively the development course of USB apparatus in detail. It emphasize in introducing the design of hardware and firmware. The paper is described in four parts. First part studied the development trend of USB interface, the function to realize, and the arrangement of every chapters in brief. Second part brief introduced USB system, lets us have a preliminary knowledge of USB protocol. The third part introduced the design of the hardware of the system, including the minimum system of single-chip computer that made of 51 single-chip computer and USB interface, and the expand module of the system. The fourth part recommended the software of the system, including design of firmware program, driver and employ program. This chapter will emphasize in describing the design of firmware.
The final hardware achievement is a piece of equipment with USB interface, it can exchange data with PC, and realize its expand function, through connecting with PC.

Keywords：  USB  single-chip computer system  Firmware  Win Driver