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【W(wǎng)ord版本下載可任意編輯】接口芯片PDIUSBDl2的性能特點(diǎn)及實(shí)現(xiàn)USB接口的設(shè)計(jì)1、PDIUSBDl2芯片的性能與特點(diǎn)
Philps公司生產(chǎn)的型號(hào)為PDIUSBDl2的接口芯片是一個(gè)具有集成的SIE,F(xiàn)IFO存儲(chǔ)器、發(fā)送器和電壓調(diào)整器的高性能USB接口芯片,同時(shí)還支持DMA邏輯傳輸形式。他通常應(yīng)用于基于微控制器的系統(tǒng)中,并且可以通過高速的并行接口和系統(tǒng)中的微處理器開展通信,其中并行接口速率可以到達(dá)2MB/s,是一個(gè)具有8位數(shù)據(jù)總線和一個(gè)地址的存儲(chǔ)與數(shù)據(jù)交換設(shè)備。
PDIUSBDl2芯片的功能方框圖如圖1所示。他采用28PIN腳模式,有S028和TSSOP28封裝,SIE用來實(shí)現(xiàn)USB協(xié)議層的完整功能。具體功能如下:同步方式識(shí)別、并/串轉(zhuǎn)換、比特填充/解填充、CRC校驗(yàn)/生成、PID確認(rèn)/生成、地址識(shí)別和握手信號(hào)的鑒定/生成、批處理數(shù)據(jù)傳輸可達(dá)1MB/s,3±0.3V雙極性輸入范圍,可承受4.5~5.5V工作電壓、工業(yè)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)工作環(huán)境溫度范圍為一40~+85℃。也就是說,利用該芯片可以完成微控制器所送出的信號(hào)到符號(hào)USB規(guī)范的信號(hào)的轉(zhuǎn)換。
2、USB工作電路
USB相對(duì)于其他傳統(tǒng)接口而言,其快速數(shù)據(jù)傳輸能力和安裝簡(jiǎn)單的和諧平衡在掃描儀上表達(dá)得尤為突出。傳統(tǒng)的SCSI接口的掃描儀安裝極為麻煩,并且對(duì)計(jì)算機(jī)的要求非??燎螅仨殠в蠸CSI接口,并行接口傳輸數(shù)據(jù)又顯得實(shí)在太慢。USB接口可以從速度和安裝的簡(jiǎn)易性兩方面滿足用戶的要求。現(xiàn)在的主流掃描儀生產(chǎn)廠家都在生產(chǎn)USB接口掃描儀,如HP,ACER和TARGA等公司都在紛紛推出,這種款式的機(jī)器具有以下的優(yōu)點(diǎn):
(1)USB接口可以有效地提升數(shù)據(jù)的傳輸速度。
(2)無外置電源設(shè)計(jì),采用CIS技術(shù),耗電量只有2W,便攜可靠。
(3)采用了超薄超輕的設(shè)計(jì),外觀悅目。
2.1硬件電路的設(shè)計(jì)
利用PDIUSBDl2集成電路來實(shí)現(xiàn)USB接口,可以允許設(shè)計(jì)者從市場(chǎng)上的多種微控制器中選擇一種合適的產(chǎn)品來使用。這種靈活性可以通過使用現(xiàn)有的體系構(gòu)造來降低開發(fā)費(fèi)用,同時(shí)還可以縮短開發(fā)周期。
圖2所示是采用了1個(gè)80C51的微控制器與PDIUSBDl2集成電路相互連接的簡(jiǎn)圖。由于80C51是應(yīng)用比較廣泛的一種單片機(jī)微控制器,,軟件開發(fā)工作者在其根底上開發(fā)大量的軟件開發(fā)平臺(tái),大多數(shù)電子工程師對(duì)其的原因都比較熟悉。因此,用戶可以利用比較熟悉的微處理器(80C51)開展程序的設(shè)計(jì),即用80C51來實(shí)現(xiàn)其所需的功能,具體將數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換為符合USB規(guī)則的信號(hào),則完全由PDIUSBDl2來完成。這樣以來,既可以利用80C51中豐富的軟件資源,又可以利用USB總線技術(shù)的即插即用、熱插拔等特性,可以使開發(fā)設(shè)備的成本降低、縮短開發(fā)產(chǎn)品的時(shí)間周期。
圖3所示是利用PDIUSBDl2和1塊80C51微處理器構(gòu)成的硬件系統(tǒng)框圖,他是將一個(gè)符合SCSI標(biāo)準(zhǔn)的掃描儀轉(zhuǎn)換變成一個(gè)USB總線規(guī)范的設(shè)備,該方案對(duì)現(xiàn)有硬件開展改動(dòng)的情況下到達(dá)了USB接口技術(shù)的實(shí)現(xiàn)。
2.2數(shù)據(jù)信號(hào)驅(qū)動(dòng)
USB使用一個(gè)差模驅(qū)動(dòng)器來實(shí)現(xiàn)向USB電纜傳輸U(kuò)SB數(shù)據(jù)信號(hào)。在低輸出狀態(tài),驅(qū)動(dòng)器穩(wěn)態(tài)輸出的變化幅度必須是VOL<0.3V,此時(shí)應(yīng)有1.5kΩ負(fù)載加到3.6V電源上;在高輸出狀態(tài),驅(qū)動(dòng)器穩(wěn)態(tài)輸出的變化幅度必須使Vho>2.8V,此時(shí)在地上有15kΩ負(fù)載,差模高輸出狀態(tài)和低輸出狀態(tài)之間輸出的變化幅度必須很好地開展平衡,從而將信號(hào)偏差減至。另外,還需要驅(qū)動(dòng)器上的擺動(dòng)速率控制功能把輻射噪音和串話減至。驅(qū)動(dòng)器輸出必須支持三態(tài)操作,以此來開展雙向半雙工通信。同時(shí)還需高阻抗來將那些正在開展熱插入操作或已經(jīng)連接了但電源卻沒有接通的下行設(shè)備同端口隔離開來。相對(duì)于沒有損壞的局部參考地而言,驅(qū)動(dòng)器必須能承受信號(hào)管腳上的一o.5~3.8V電壓。
2.3數(shù)據(jù)信號(hào)接收
承受USB數(shù)據(jù)信號(hào)時(shí)也必須利用1個(gè)差模輸入承受器。當(dāng)2個(gè)差模數(shù)據(jù)輸入以地電位作為參考,并且處于0.8-2.5V這樣的范圍之間時(shí),承受器具有的靈敏度至少200mV,這稱為共模輸入電壓范圍。當(dāng)差模信號(hào)線不在共模范圍之內(nèi)時(shí),也要求能開展正確的數(shù)據(jù)承受。如果在沒有損壞并以本地地電位作電位參考的條件下,接收器所能接收的穩(wěn)態(tài)電平輸入電壓應(yīng)該位于一o.5-3.8V之間。另外對(duì)于不同的接收器而言,每一條信號(hào)線都必須有1個(gè)單端接收器,這樣接收器必須具有1個(gè)位于0。8~2.0V之間(TTL輸入)這樣的開關(guān)閥值電壓。
3、USB接口工作電路主要參數(shù)
3.1數(shù)據(jù)編碼/解碼
在傳輸信號(hào)時(shí),USB應(yīng)用了NRZI編碼方式。在NRZI編碼中,“1”由不出現(xiàn)電平變化來表示,而“0”由電平發(fā)生變化來表示。圖4給出一個(gè)數(shù)據(jù)流和等同的NRZI碼流,其中高電平代表數(shù)據(jù)線上的J狀態(tài),而圖示代表了NRZI編碼過程。一串“0”會(huì)使得NRZI數(shù)據(jù)每比特周期都會(huì)出現(xiàn)跳變,而一串連“1”則使得數(shù)據(jù)中長(zhǎng)時(shí)間不會(huì)出現(xiàn)變化。
3.2比特填充
為了保證信號(hào)有足夠的變化,在USB上發(fā)送一個(gè)分組數(shù)據(jù)時(shí),傳輸設(shè)備要開展比特填充。如圖5所示,對(duì)于USB上開展NRZI編碼之前,在數(shù)據(jù)流內(nèi)每6個(gè)連“1”之后都應(yīng)該插入1個(gè)“0”,從而在NRZI數(shù)據(jù)流中強(qiáng)制參加1個(gè)變化。這樣在邏輯上至少每7個(gè)比特周期,接收器就會(huì)接收到1個(gè)數(shù)據(jù)變化,以保證數(shù)據(jù)和時(shí)鐘相互鎖定。接收器必須對(duì)NRZI數(shù)據(jù)開展解碼,識(shí)別填充比特并丟失他們。比特填充sync(同步)模式開始開展,并貫穿于整個(gè)傳輸過程中。用于終止該sync方式的數(shù)據(jù)“1”,將作為一個(gè)序列中的第1個(gè)數(shù)據(jù)而加以計(jì)數(shù)。比特填充總是被強(qiáng)制執(zhí)行,不會(huì)有什么例外。如果比特填充原則需要的話,即使該比特是分組結(jié)束(EOP)信號(hào)之前的一個(gè)比特,也會(huì)在面插入-個(gè)“0”比特。
3.3數(shù)據(jù)信號(hào)速率
全速數(shù)據(jù)速率的標(biāo)稱值是12Mb/s。對(duì)于全功能設(shè)備的數(shù)據(jù)速率容差為±0.25%。為了符合幀時(shí)間間隔的需要,主控制器的必須保證其優(yōu)于±0.05%。對(duì)于低速率名譽(yù)上為1.5Mb/s,所允許的頻率容差為±1.5%。這一誤差包括以下原因所產(chǎn)生的不準(zhǔn)確性:初的頻率的正確度、晶體容性負(fù)載、提高給振蕩器的電壓、溫度和老化。低速率的的抖動(dòng)應(yīng)該小于10ns,這一容差允許在低速率設(shè)備中實(shí)用價(jià)格較低振蕩器。
4、結(jié)論
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