视频信号采集与图象传输技术的研究----基于USB的图像传输接口设计

3.3下端设备USB接口电路设计

USB下端硬件系统的实现有两大类方法。第一类方法是采用带有微处理器的USB芯片，比如CYPRESS的CY7C64XXX系列。由于处理器和USB收发器集成在一起，它具有电路实现简单，性能优良的优点。但缺点也很明显，即这种方案不够灵活，比如说它的I/O腿数目可能不适合具体应用等等。而且，采用此类芯片意味着要同时购买昂贵的开发系统。在初步开发阶段以及国内供货渠道不很畅通的情况下，这种方案对于学校实验室来说不太适合。第二类方法是采用微处理器+USB收发芯片（USB Transceiver）的办法。它的电路比前一种方案稍复杂，但灵活性更大。而且由于我们可以根据实验室条件和开发者的经验自己选择微处理器，开发成本得到降低，进度也加快不少。所以我们采用了第二种方案，用ATMEL公司的具有8K FLASH存储容量的AT89C52和Philips公司的PDIUSBD12芯片构成系统。

AT89C52使用方便，价格便宜，此芯片大家都非常了解，在这就不多说了。

Philips的PDIUSBD12芯片由于与微控制器的接口灵活，且在中国供货渠道比较畅通，目前在国内使用比较多。所以我们的方案采用了PDIUSBD12. PDIUSBD12是一款性价比很高的USB器件，完全符合USB1.1版的规范，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。它还支持本地的DMA传输。PDIUSBD12所具有的低挂起功耗连同LazyClock输出可以满足使用ACPI、OnNOW和USB电源管理的要求。低的操作功耗可以应用于使用总线供电的外设。

此外它还集成了许多特性包括SoftConnet TM、GoodLink TM可编程时钟输出低频晶振和终止寄存器集合。所有这些特性都为系统显著节约了成本，同时使USB的功能在外设上的应用变得容易。PDIUSBD12的功能框图如图4-7所示。D12的时序分别如图4-8和图4-9所示。

图4-10是USB通信系统的电路原理图。由三部分构成：微处理器，D12接口芯片和数据采集电路。微处理器是核心，由它控制数据的采集，处理和传输。

实际开发板中使用的是89C52，主要考虑到开发工具和开发费用。但是由于89C52的时钟频率（12M）低于D12的工作频率（48M），因此整个系统的效率不高。

理想情况可以采用更高的工作频率的芯片。在该例中ALE接低电平，表示一个独立的地址和数据总线配置。D12的A0脚与89C52的任意一个I/O口相连。该端口控制D12的命令和数据状态。89C52的多位地址和数据总线可直接与D12的数据总线相连，89C52的频率输入可由D12的CLKOUT提供。

3. 4设备端驱动程序设计

在应用程序可以与一个设备通信之前，主机需要知道设备支持哪些传输类型和终端。主机也必须分配一个地址给设备。主机通过一个被称为列举的信息交换来完成这些工作。

集线器的一个任务就是检测设备的连接与断开。每个集线器都有一个中断IN流程用来向主机报告这些事件。在系统启动的时候，主机查询它的根集线器来了解有哪些设备已经连接上了。在启动后，主机持续周期性地查询以了解是否有设备连接或断开。

一旦发现一个新设备，主机发送一系列的请求给这个设备的集线器，使得这个集线器在主机和这个设备之间建立一个通信通道。然后主机试图列举这个设备。列举是使得主机的设备驱动程序能与这个设备通信的最基本的信息交换。

这个过程由如下动作组成：分配一个地址给设备，从设备读取描述数据，分配和载入一个设备驱动程序以及从在接受到的数据中出现的选项中选择一个配置。然后设备就被配置好了，并且准备好使用它的配置中支持的任何终端来传输数据。

主机列举是通过给终端0发送包含标准USB请求的控制传输。所有的USB设备必须支持控制传输、标准USB请求和终端0.对一个成功的列举来说，设备必须对每一个请求响应，返回请求的信息以及采取其他请求的动作。

从用户的角度看，列举应该是不可见和自动的，除了在一些情况下如申明发现一个新设备和是否成功配置这个新设备的窗口。有时在第一次使用时，用户需要提供一个有INF文件和设备驱动程序的磁盘。

当列举结束时，Windows把新的设备加入到控制面板的设备管理器中。当一个用户断开一个外设的连接时，Windows自动地从这个显示中移掉这个设备。

在一个一般的外设中，外设的程序代码包含了主机请求的信息，并且程序代码必须能识别和响应这些信息的请求。在主机方面，Windows将查找一个被称为INF文件的特殊文件文本，这个文件会告诉Windows哪个驱动适合这个设备。

3.4.1 USB设备列举规范

在列举过程中，一个设备将经历六个可能的设备状态中的四个：上电、默认、地址和配置（其他状态时连接和挂起）。