摘要：USB通用串行總線是計(jì)算機(jī)外設(shè)接口的發(fā)展趨勢，將逐漸取代PC機(jī)上的RS232協(xié)議串口，因此很多傳統(tǒng)的RS232接口設(shè)備都將面臨一個向USB接口轉(zhuǎn)換的問題。本文以IC卡門禁考勤系統(tǒng)為例，提出一種方案，使傳統(tǒng)的RS232接口轉(zhuǎn)化為USB接口后直接通過USB總線接入PC，同時使IC卡門禁考勤設(shè)備增加了USB總線具有的熱插拔、自動配置和智能電源管理等功能；著重剖析USB通信內(nèi)核，探討系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)方案。

關(guān)鍵詞：USB終端人機(jī)接口設(shè)備（HID）列舉

引言

USB作為一種新的PC機(jī)互連協(xié)議，使外設(shè)到計(jì)算機(jī)的連接更加高效、便利。這種接口適合于多種設(shè)備，不僅具有快速、即插即用、支持熱插拔的特點(diǎn)，還能同時連接多達(dá)127個設(shè)備，解決了如資源沖突、中斷請求（IRQs）和直接數(shù)據(jù)通道（DMAs）等問題。因此,越來越多的開發(fā)者欲在自己的產(chǎn)品中使用這種標(biāo)準(zhǔn)接口。而RS232是單個設(shè)備接入計(jì)算機(jī)時，常采用的一種接入方式，其硬件實(shí)現(xiàn)簡單，因此在傳統(tǒng)的設(shè)備中有很多采用了這種通信方式。一般的IC卡門禁考勤系統(tǒng)也使用RS232接口與PC機(jī)通信。如果將USB技術(shù)應(yīng)用于IC卡門禁考勤系統(tǒng)與PC機(jī)之間的數(shù)據(jù)通信，這樣，不僅能使IC卡門禁考勤設(shè)備具備USB通信的諸多優(yōu)點(diǎn)，而且對PC機(jī)而言還可以節(jié)余1個RS232串口為其它通信所用。

1USB系統(tǒng)概述

USB規(guī)范描述了總線特性、協(xié)議定義、編程接口以及其它設(shè)計(jì)和構(gòu)建系統(tǒng)時所要求的特性。USB是一種主從總線，工作時USB主機(jī)處于主模式，設(shè)備處于從模式。USB系統(tǒng)所需要的唯一的系統(tǒng)資源是，USB系統(tǒng)軟件所使用的內(nèi)存空間、USB主控制器所使用的內(nèi)存地址空間（I/O地址空間）和中斷請求（IRQ）線。USB設(shè)備可以是功能性的，如顯示器、鼠標(biāo)或者集線器之類。它們可以作低速或者高速設(shè)備實(shí)現(xiàn)。低速設(shè)備最大速率限制在1.5Mb/s，每一個設(shè)備有一些專有寄存器，也就是端點(diǎn)（endpoint）。在進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時，可以通過設(shè)備驅(qū)動間接訪問它。每一個端點(diǎn)支持幾種特殊的傳輸類型，并且有一個唯一的地址和傳輸方向。不同的是端點(diǎn)0僅用作控制傳輸，并且其傳輸可以是雙向的。

摘要：提出一種使用USB接口實(shí)現(xiàn)CAN總線網(wǎng)絡(luò)與計(jì)算機(jī)連接的方案。討論了CAN總線與計(jì)算機(jī)之間的硬件接口電路，同時分析了固件編程方法及USB驅(qū)動程序設(shè)計(jì)思路。

關(guān)鍵詞：USBCAN總線固件編程適配器

現(xiàn)場總線作為二十世紀(jì)80年展起來的新興技術(shù)，在工業(yè)現(xiàn)場已有了廣泛的應(yīng)用。在比較有影響力的幾種現(xiàn)場總線中，CAN總線以其突出的優(yōu)點(diǎn)不僅大量應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場，而且在樓宇自動化、智能終端設(shè)備等民用領(lǐng)域也有了長足的發(fā)展。

現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)需要與計(jì)算機(jī)相結(jié)合。以往CAN總線網(wǎng)絡(luò)與計(jì)算機(jī)的連接采用RS232、ISA或PCI接口。但是隨著計(jì)算機(jī)接口技術(shù)的發(fā)展，ISA接口已經(jīng)逐漸被淘汰；RS232接口數(shù)據(jù)傳輸率太低；PCI雖然仍是高速外設(shè)與計(jì)算機(jī)接口的主要渠道，但其主要缺點(diǎn)是占用有限的系統(tǒng)資源、設(shè)計(jì)復(fù)雜、需有高質(zhì)量的驅(qū)動程序保證系統(tǒng)的穩(wěn)定，且無法用于便攜式計(jì)算機(jī)的擴(kuò)展。隨著USB1.1、USB2.0規(guī)范的相繼制定，為外設(shè)與計(jì)算機(jī)的接口提出了新的發(fā)展方向。USB的主要特點(diǎn)有：外設(shè)安裝簡單，可實(shí)現(xiàn)熱插撥；通訊速率高，USB1.1全速傳送速率為12Mbps，與標(biāo)準(zhǔn)串行端口相比，大約快100倍；支持多設(shè)備連接；提供內(nèi)置電源。

本文給出一種在Windows2000下使用USB1.1協(xié)議實(shí)現(xiàn)CAN總線適配器的設(shè)計(jì)方法。整個設(shè)計(jì)主要開發(fā)適配器的固件及計(jì)算機(jī)的驅(qū)動程序、應(yīng)用程序，以達(dá)到用USB接口連接現(xiàn)場CAN總線網(wǎng)絡(luò)的目的。

圖1

摘要：通用串行總線(USB)是一種簡單的計(jì)算機(jī)外圍接口標(biāo)準(zhǔn)。它具有即插即用、擴(kuò)展方便等優(yōu)點(diǎn)，已成為計(jì)算機(jī)必備的一個接口。本文簡要介紹USB總線的功能、拓樸結(jié)構(gòu)及其數(shù)據(jù)傳輸過程，并舉例說明USB接口的實(shí)際應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：通用串行總線USB接口外圍接口標(biāo)準(zhǔn)

一、USB接口背景

在早期的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上常用串口或并口連接外圍設(shè)備。每個接口都需要占用計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)資源(如中斷，I/O地址，DMA通道等)。無論是串口還是并口都是點(diǎn)對點(diǎn)的連接，一個接口僅支持一個設(shè)備。因此每添加一個新的設(shè)備，就需要添加一個ISA/EISA或PCI卡來支持，同時系統(tǒng)需要重新啟動才能驅(qū)動新的設(shè)備。

USB總線是INTEL、DEC、MICROSOFT、IBM等公司聯(lián)合提出的一種新的串行總線標(biāo)準(zhǔn)，主要用于PC機(jī)與外圍設(shè)備的互聯(lián)。USB總線具有低成本、使用簡單、支持即插即用、易于擴(kuò)展等特點(diǎn)，已被廣泛地用在PC機(jī)及嵌入式系統(tǒng)上。

二、USB總線優(yōu)缺點(diǎn)

摘要：USBOn—The-Go(OTG)技術(shù)擴(kuò)展了便攜式設(shè)備之間的連通性，USBOTC允許便攜式設(shè)備作為有限的主機(jī)與現(xiàn)有的USB外設(shè)相連，USBOTG也允許便攜式設(shè)備之間的互連，易于實(shí)現(xiàn)移動領(lǐng)域中點(diǎn)對點(diǎn)的實(shí)時通信。本文對比USB特性，介紹了USBOn-The—Go的主要性能特點(diǎn)，并對其在移動領(lǐng)域中的應(yīng)用作了簡要介紹。

關(guān)鍵詞：USBOTC移動應(yīng)用

USB是連接PC與外圍設(shè)備的首選接口。隨著高速USB集線器、數(shù)碼相機(jī)、掃描儀、視頻會議攝像機(jī)、大容量數(shù)字存儲設(shè)備等具有多媒體技術(shù)的新型設(shè)備的不斷涌現(xiàn)，2000年USB-IF了USB2．0規(guī)范。該規(guī)范可提供480Mbps的高速傳輸速率，高速USB2．0與全速USB1．1(傳輸速率12Mbps)和低速USB1．O(傳輸速率1．5Mbps)完全兼容。無論是USB1．1、USB1．0，還是USB2．0，它們都必須通過PC的USB主控制器，在PC的控制下實(shí)現(xiàn)與USB外圍設(shè)備之間高速、低速的數(shù)據(jù)交換。作為PC的外圍設(shè)備，如果系統(tǒng)沒有PC，各設(shè)備間無法利用USB接口進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。目前MP3播放器、數(shù)碼相機(jī)、PDA、手機(jī)等眾多產(chǎn)品都具備USB接口，但它們也只能作為PC外設(shè)實(shí)現(xiàn)與PC的數(shù)據(jù)傳輸，而不能實(shí)現(xiàn)它們之間點(diǎn)對點(diǎn)的通信。隨著移動終端的普及，不使用PC，直接在移動終端間進(jìn)行連接的需求越來越多，USBOn-The-Go(USBOTG)的擴(kuò)展標(biāo)準(zhǔn)正是為了滿足這一需求而提出的。USB-IF公布的最新版本USBOTG就是建立在USB2．0的基礎(chǔ)上，用便攜式設(shè)備作為有限的主機(jī)與現(xiàn)有的USB外設(shè)相連，以及便攜式設(shè)備之間的互連，實(shí)現(xiàn)它們之間實(shí)時、快速的音頻數(shù)據(jù)和視頻數(shù)據(jù)的傳輸。本文在分析USBOTG性能特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，簡要介紹了USBOTG在移動領(lǐng)域中的應(yīng)用及發(fā)展前景。

1USBOTG的性能特點(diǎn)

1．1USBOTG的硬件特點(diǎn)

USB操作簡單，即插即用，是免費(fèi)公開的標(biāo)準(zhǔn)。而且WindowsOS和許多RTOS都提供USB驅(qū)動程序，當(dāng)今市場上已有許多USB設(shè)備，USB可以說是無處不在。在移動領(lǐng)域，手機(jī)或PDA等便攜式設(shè)備，也需要作為Modem連接到PC上進(jìn)行文件傳輸，目前許多移動終端生產(chǎn)廠家，都已將USB接口加到新產(chǎn)品上，但它們也只能作為PC外設(shè)實(shí)現(xiàn)與PC的數(shù)據(jù)交換。

摘要：通用串行總線(USB)是一種簡單的計(jì)算機(jī)外圍接口標(biāo)準(zhǔn)。它具有即插即用、擴(kuò)展方便等優(yōu)點(diǎn)，已成為計(jì)算機(jī)必備的一個接口。本文簡要介紹USB總線的功能、拓樸結(jié)構(gòu)及其數(shù)據(jù)傳輸過程，并舉例說明USB接口的實(shí)際應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：通用串行總線USB接口外圍接口標(biāo)準(zhǔn)

一、USB接口背景

在早期的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上常用串口或并口連接外圍設(shè)備。每個接口都需要占用計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)資源(如中斷，I/O地址，DMA通道等)。無論是串口還是并口都是點(diǎn)對點(diǎn)的連接，一個接口僅支持一個設(shè)備。因此每添加一個新的設(shè)備，就需要添加一個ISA/EISA或PCI卡來支持，同時系統(tǒng)需要重新啟動才能驅(qū)動新的設(shè)備。

USB總線是INTEL、DEC、MICROSOFT、IBM等公司聯(lián)合提出的一種新的串行總線標(biāo)準(zhǔn)，主要用于PC機(jī)與外圍設(shè)備的互聯(lián)。USB總線具有低成本、使用簡單、支持即插即用、易于擴(kuò)展等特點(diǎn)，已被廣泛地用在PC機(jī)及嵌入式系統(tǒng)上。

二、USB總線優(yōu)缺點(diǎn)

摘要：討論了串行總線（USB）技術(shù)應(yīng)用于便攜式多道γ能譜儀的可行性，并詳細(xì)介紹了系統(tǒng)的硬件、固件、設(shè)備驅(qū)動程序以及應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)方法，最后給出了其性能測試結(jié)果。

關(guān)鍵詞：USBγ能譜數(shù)據(jù)采集WDM

野外地面γ能譜測量技術(shù)主要研究地殼巖石土壤中產(chǎn)生的能量范圍約為30keV～3000keV的γ射線，這里面包含著軸、鉀等天然放射性核元素信息、核工程活動產(chǎn)生的大量人工放射性核元素信息以及γ射線與地殼相互作用產(chǎn)生的相關(guān)信息。而用于獲取和處理γ能譜數(shù)據(jù)的多道γ能譜儀是重要的研究課題，其功能是把從γ射線探測器得到的脈沖信號轉(zhuǎn)換為X-Y軸的能譜形式并顯示出來（X軸代表能量，Y軸代表脈沖計(jì)數(shù)）。

傳統(tǒng)的多道γ能譜儀一般采用NIM（NuclearInstrumentModule）插件的標(biāo)準(zhǔn)模式。但其存在體積龐大、抗干擾能力差等缺點(diǎn)，不適合于野外現(xiàn)場測量。為適應(yīng)多道γ能譜儀智能化、微機(jī)化、便攜化的實(shí)際需要，本設(shè)計(jì)采用筆記本電腦作為γ能譜儀的上位機(jī)。常用接口方式主要有RS-232C串口、紅外線端口、EPP并口、USB、1394、Ethernet等。這幾種接口方式的特點(diǎn)比較如表1所示。

表1接口方式特點(diǎn)比較

方式長度（m）速度（b/s）主要優(yōu)點(diǎn)主要缺點(diǎn)

摘要：已成為PC標(biāo)準(zhǔn)的通用串行總線USB為多點(diǎn)數(shù)據(jù)采集提供了很大的便利，利用USB可以實(shí)現(xiàn)較傳統(tǒng)方式更有效、更經(jīng)濟(jì)、點(diǎn)數(shù)更多的數(shù)據(jù)采集。本文介紹了如何利用USB接口來實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)數(shù)據(jù)采集。

關(guān)鍵詞：USBRS485數(shù)據(jù)采集

在工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)研究的各行業(yè)中，常常利用PC或工控機(jī)對各種數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。這其中有很多地方需要對各種數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，如液位、溫度、壓力、頻率等?，F(xiàn)在常用的采集方式是通過數(shù)據(jù)采集板卡，常用的有A/D卡以及422、485等總線板卡。采用板卡不僅安裝麻煩、易受機(jī)箱內(nèi)環(huán)境的干擾，而且由于受計(jì)算機(jī)插槽數(shù)量和地址、中斷資源的限制，不可能掛接很多設(shè)備。而通用串行總線（UniversalAerialBus，簡稱USB）的出現(xiàn)，很好地解決了以上這些沖突，很容易就能實(shí)現(xiàn)低成本、高可靠性、多點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集。

1USB簡介

USB是一些PC大廠商，如Microsoft、Intel等為了解決日益增加的PC外設(shè)與有限的主板插槽和端口之間的矛盾而制定的一種串行通信的標(biāo)準(zhǔn)，自1995年在Comdex上亮相以來至今已廣泛地為各PC廠家所支持?，F(xiàn)在生產(chǎn)的PC幾乎都配備了USB接口，Microsft的Windows98、NT以及MacOS、Linux、FreeBSD等流行操作系統(tǒng)都增加了對USB的支持。

1.1USB系統(tǒng)的構(gòu)成

摘要：給出一種基于CH371實(shí)用USB接口的硬件設(shè)計(jì)與軟件實(shí)現(xiàn)。該USB接口具有硬件接口簡單、軟件編制容易、勿需了解任何USB協(xié)議或固件程序甚至驅(qū)動程序等特點(diǎn)，是一種非常適用于工程應(yīng)用的USB接口。

關(guān)鍵詞：CH371USB接口AT89C52

通用串行總線USB（UniversalSerialBus）是由Intel、Compaq、Digital、IBM、Microsoft、NEC、NerthernTelecom七家世界著名的計(jì)算機(jī)和通信公司共同推出的新一代總線接口標(biāo)準(zhǔn)。作為一種PC機(jī)與外設(shè)之間的高速通信接口，USB具有連接靈活、可熱插拔、一種接口適合多種設(shè)備、速度高（USB1.1協(xié)議支持12Mb/s,USB2.0協(xié)議支持480Mb/s）、自動配置、無需定位及運(yùn)行安裝程序、可為外設(shè)提供電源、低功耗、低成本、高可靠性等優(yōu)點(diǎn)，因而在數(shù)碼相機(jī)、便攜式儀器、便攜式存儲設(shè)備等產(chǎn)品中廣泛應(yīng)用。

但是，USB接口的開發(fā)一般要求設(shè)計(jì)人員對USB的標(biāo)準(zhǔn)、Firmware(固件)編程及驅(qū)動程序的編寫等有較深入的理解，因此限制了一般的硬件工程師對USB接口產(chǎn)品的開發(fā)使用。我們在便攜式無線抄表系統(tǒng)中使用的USB接口芯片CH371，使用簡單、性能卓越，價格低廉，只要熟悉單片機(jī)編程及簡單的VB或VC應(yīng)用程序編程，一般的硬件工程師在極短的周期內(nèi)就能很容易地開發(fā)出相應(yīng)的USB產(chǎn)品。

1USB總線的通用接口芯片CH371簡介

CH371是一個USB總線的通用接口芯片，如圖1所示。在本地端，CH371具有8位數(shù)據(jù)總線和讀、寫、片選控制線以及中斷輸出，可以方便地掛接到單片機(jī)、DSP等控制器的系統(tǒng)總線上。在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，CH371的配套軟件提供了簡潔易用的操作接口，與本地端的單片機(jī)通信就如讀寫硬盤中的文件。CH371屏蔽了USB通信中的所有協(xié)議，在計(jì)算機(jī)應(yīng)用層與本地端控制器之間提供端對端的連接。使用CH371，不需要了解任何USB協(xié)議或者固件程序，甚至驅(qū)動程序，就可以輕松地將并口、串口的產(chǎn)品升級到USB接口。它具有以下特點(diǎn)：

1現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)介紹

現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究對數(shù)據(jù)采集的要求日益提高。目前比較通用的是在PC或工控機(jī)內(nèi)安裝數(shù)據(jù)采集卡（如A／D卡及422、485卡）。但這些數(shù)據(jù)采集設(shè)備存在以下缺陷：安裝麻煩、價格昂貴、受計(jì)算機(jī)插槽數(shù)量、地址、中斷資源的限制，可擴(kuò)展性差，同時在一些電磁干擾性強(qiáng)的測試現(xiàn)場，可能無法專門對其作電磁屏蔽，從而導(dǎo)致采集的數(shù)據(jù)失真。

傳統(tǒng)的外設(shè)與主機(jī)的通訊接口一般是基于PCI總線、ISA總線或者是RS－232C串行總線。PCI總線雖然具有較高的傳輸速度（132Mbps），并支持“即插即用”功能，但其缺點(diǎn)是插拔麻煩，且擴(kuò)展槽有限（一般為5～6個），ISA總線顯然存在同樣的問題。RS－232C串行總線雖然連結(jié)簡單，但其傳輸速度慢（56kbps），且主機(jī)的串口數(shù)目也有限。

通用串行總線（UniversalSerialBus，簡稱USB）是1995年康柏、微軟、IBM、DEC等公司為了解決傳統(tǒng)總線的不足，而推出的一種新型串行通信標(biāo)準(zhǔn)。該總線接口具有安裝方便、高帶寬、易擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)逐漸成為現(xiàn)代數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌l(fā)展趨勢?；赨SB的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)充分利用USB總線的上述優(yōu)點(diǎn)，有效地解決了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的缺陷。USB的規(guī)范能針對不同的性能價格比要求提供不同的選擇，以滿足不同的系統(tǒng)和部件及相應(yīng)不同的功能，從而給使用帶來極大方便。

2系統(tǒng)介紹

2．1數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能

摘要：LonWorks技術(shù)的核心是神經(jīng)元芯片，介紹了神經(jīng)元芯片的一種I/O應(yīng)用模式——并行口I／O模式，并介紹了基于此I／O模式設(shè)計(jì)開發(fā)的LonWorks協(xié)議與USB標(biāo)準(zhǔn)的互聯(lián)適配器。

關(guān)鍵詞：LonWorks神經(jīng)元芯片并行口I/O模式EZ-USB

LonWorks技術(shù)是美國Echelon公司于上世紀(jì)90年代初推出的一種現(xiàn)場總線技術(shù)。LON（LocalOperatingNetwork）的意思為局部操作網(wǎng)絡(luò)，它是用于開發(fā)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的一個完整的技術(shù)平臺，LonWorks現(xiàn)場總線在網(wǎng)絡(luò)通訊方面具有突出的優(yōu)點(diǎn)，作為現(xiàn)場總線中的佼佼者在國內(nèi)各個領(lǐng)域的測控系統(tǒng)中廣泛流行。

通用串行總線（UniversalSerialBus，即USB）是一種快速、靈活的總線接口。與其它通信接口相比，USB總線接口最大的特點(diǎn)是易于使用，這主要表現(xiàn)在成本低、適用于多種設(shè)備、支持熱插拔等方面，并且所有的配置過程都由系統(tǒng)自動完成，無需用戶干預(yù)。目前，市場上供應(yīng)的USB控制器主要有兩種：帶USB接口的單片機(jī)（MCU）和純粹的USB接口芯片。本文采用Cypress公司推出的帶智能USB接口的EZ－USB單片機(jī)。該單片機(jī)極大地降低了USB外設(shè)的開發(fā)難度，為PC機(jī)外設(shè)的制造商提供了一個性能優(yōu)良、價格較低的設(shè)計(jì)方案。采用USB接口設(shè)計(jì)開發(fā)的LON網(wǎng)互聯(lián)適配器很好地解決了傳統(tǒng)適配器由于RS－232與PC／Laptop互聯(lián)而造成的速度上的瓶頸。

1系統(tǒng)框圖及工作原理

1．1系統(tǒng)框圖