USB接口技術及電路設計分析

　　在DMA 讀操作時，DMREQ 僅當緩沖區完全表示主機成功的發送了一個信息包到PDIUSBD12 時才有效。由于具有雙緩沖配置主機可以在第一個緩沖區被讀出時對第二個緩沖區進行填充。這種并行的處理有效的增加了數據吞吐量。當主機沒有完全填滿緩沖區的情況下(單向ISO 配置時小于64 或128 字節)。DMREQ 會在緩沖區的最后一個字節時無效，而不管當前的DMA突發計數。在更新了DMA突發計數的下一個包發送時，DMREQ 再次被激活。

　　DMA的寫操作與之相似，當緩沖區未裝滿時，DMREQ 一直有效。當緩沖區填滿時，在下一個IN 標志將信息包送入主機。當傳輸完成之后DMREQ 變為無效。同樣的，雙緩沖配置在這也改善了數據的吞吐量。在非同步傳輸中(批量模式和中斷)，在數據被發送到主機之前，緩沖區需要通過DMA寫操作完全裝滿。唯一的例外是，在DMA傳輸結束時，EOT_N 接收的信號將會停止DMA寫操作并且在下一個IN 標志置位時將緩沖區的內容傳送到主機。

　　在同步模式中，本地CPU 和DMA 控制器必須保證它們在一個USB 幀(1ms )中能夠吞吐的最大信息包的規模。DMACK_N 的激活將自動選擇主端點(端點2 )而不管當前選擇的端點。PDIUSBD12的DMA操作可通過普通的I/O 對其它端點的存取實現交叉存取。DMA操作可通過以下方式終止：復位DMA使能寄存器位或EOT_N 加上DMACK_N 以及RD_N/WR_N的激活。

　　PDIUSBD12 支持單地址模式中的DMA傳輸，也可以在DMA 控制器的雙地址模式中工作。在單地址模式中，DMA 通過DREQ ，DMACK_N，EOT_N，WR_N 和RD_N 控制線實現傳輸。在雙地址模式中，DMREQ,DMACK_N和EOT_N未用，取而代之的是CS_N,WR_N和RD_N控制信號。需要遵循 PDIUSBD12的I/O 模式傳輸協議。在讀周期中對DMAC 信號源進行訪問，在寫周期對目標進行訪問。傳輸需要兩個單獨的總線周期來儲存暫存在DMAC 中的數據。

　　4.2.3 DMA方式數據傳輸電路

　　上面詳細介紹了PDIUSBD12芯片的原理和工作方式，下面將介紹接口電路板工作在DMA方式的原理。該傳輸方式的原理框圖參看圖4-3。

　　當外設接口1接入要求DMA傳輸的設備，51單片機向D12發出DMA傳送的指令，并通過控制口線使157數據選擇電路里74164傳送過來的并行數據直接與D12的并行接口相連，不在進入51單片機，在完成了對D12 DMA傳送初始化以后，MCU不再控制傳送，而由計數器滿8向D12發送一個讀信號，使D12 讀取164內存儲的8個字節的數據，如此反復，整個傳輸過程由硬件完成，不受MCU 的速率限制，從而實現了DMA傳輸。

　　此工作方式適用于視頻數字信號的傳輸，下面是連接CCD攝像頭的電路示意圖：

　　CCD_IN為經過A/D轉化或二值化處理的視頻數字信號，CCD_CLK1為脈沖同步信號，CCD_CLK2為行同步信號，CCD_CLK3為場同步信號。計數器對CCD_CLK1進行計數，滿8個脈沖向D12的讀端發一個低電平，通知D12對164里面的數據進行讀取。

　　4.2.4 數據選擇電路

　　數據選擇電路是由兩片74H157搭建而成，數據選擇DATA_SEL端連到了51的控制口線上，由51控制D12的并行數據I/O口是和51的P0口相連還是和74HC93串并轉換輸出的并行數據線相連，從而到達了數據選擇的作用。

　　4.2.5 串并轉換及計數器電路

　　電路中74HC164起了串并轉換的作用，在DMA工作方式下，通過接入數據同步脈沖，把外設接口1送入的串行數據轉化成并行數據，供D12直接讀取。

　　計數器74HC93負責對CCD_CLK1進行計數，滿8個脈沖向D12的讀端發一個低電平，通知D12對164里面的數據進行讀取。

　　4.2.6 復位掛起電路

　　復位掛起電路

　　掛起和復位電路被設計在一起，允許器件進入掛起模式還可以達到在USB 規格Rev.1.1 中所陳述的掛起限制電流。

　　執行此功能以后將強迫MCU 進入掉電模式，MCU 振蕩器停止工作。只有硬件復位才能喚醒MCU工作。從這個電路中，復位信號是連接到復位電路的，當上位PC 機從掛起狀態恢復時，將導致D12 觸發掛起信號，并通過上面的電路而產生復位信號。

　　4.2.7 外設接口2

　　采用標準的IDE接口連線方式的外設接口2電路

　　外設接口2采用了標準的IDE接口連線方式，可直接與計算機硬盤、光驅、光盤刻錄機等相連，用于傳輸海量數據，使用方便。

　　由于采取了51接口擴展的方式，通過對接口的轉換，也可以與其他更多的外設相連，用途比較廣泛。

　　4.2.8 其他器件

　　l 按下按鈕SW1 ：復位或恢復系統

　　l LED D1 ： USB 接口連接成功指示器：當此LED 點亮時表示USB 主機和USB 器件已經裝配和枚舉。如果它正在閃爍表示數據已經發送或接收。

　　l JP2： 外設接口1，用于與CCD相連，為4接口的接插件

　　l CON1： USB CON 用于與USB電纜相聯。

結束語

　　USB為計算機外設輸入輸出提供了新的接口標準。它使設備具有熱插拔，即插即用，自動配置的能力，并標準化設備連接。USB的級聯星型拓撲結構大大擴充了外設數量，使增加，使用外設更加便捷，快速。而新提出的USB2.0標準更是將數據傳輸速率提高到了一個新的高度，這是具有美好的應用前景。