AT89C51单片机嵌入式主机级USB系统硬件设计+电路图(2)

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USB技术支持高速(12MHz)和低速(1.5MHz)两种可自适应转换的传输速率,有同步和异步两种传输方式。数据传输时,总线带宽被分成1ms的帧,所有设备以时间间隔的多任务传输分享它们。主机以令牌的形式控制整个网络的数据传输和设备管理,设备接入系统后会由主机为其分配唯一的标识地址,数据传输过程中,外设通过用该地址匹配令牌中的地址域来判断是否应对主机命令做出响应。USB系统支持控制传输、中断传输、批量传输和等时传输4种传输方式以适应不同的应用需求[2]。

用USB可以连接鼠标、键盘、打印机、扫描仪、摄像头、闪存盘、MP3机、手机、数码相机、移动硬盘、外置光软驱、USB网卡、ADSL Modem、Cable Modem等几乎所有的外部设备，USB接口可用于连接多达127个外设。

USB得到了广泛的认同，但是它并不是完美的，它自身也有很大的限制。比如速速限制，USB虽然满足了大多数用户的基本要求，但是USB的速度仍有明显的局限性，无法与IEEE标准相比。传输距离的限制也是USB的一大问题，USB最多能使用5、6个集线器的拓扑结构，连接距离有限，比不上RS-485等其他接口。还有，USB追求硬件的简单，造成了协议的复杂性，给USB的软件开发带来困难[3]。

1. 2 嵌入式USB系统的产生

移动数据交换也是伴随USB的成熟而新兴的，USB即是数据交换的媒介，又是其核心。也可以说，没有USB的发展，就没有移动数据业务近几年的快速发展。随着USB应用领域的逐渐扩大，对于USB的期望也就越来越高，要让USB应用的计算机的各个领域中，特别在移动数据领域中，希望USB能应用的非PC的领域中，USB能直接与外设能直接与移动设备通信。因为USB的拓扑结构中，主机居于核心地位，任何一个USB的数据传输都必须有主机的参与，由主机来发起与控制，这是USB的一个巨大局限性。因此，USB的嵌入式开发也就提上了议程。正是在这种需求的推动下，USB主机的嵌入式应用变成了USB行业的新亮点[4]。论文网

嵌入式USB系统能够直接应用于数据采集，如传感器数据记录的存储，水电抄表等，通过CAN总线数据采集模块来采集各种数据，以文件形式直接存储在USB移动数据存储设备上。可以预见，嵌入式USB系统的发展将会越来越快，嵌入式USB技术也会被越来越多的领域应用。

本文所述即为嵌入式USB系统开发设计，本文拟用单片机、USB接口芯片等相关硬件设备设计一个主机级嵌入式USB系统，完成USB系统主机接口的硬件设计。USB接口的设计一般有两种方式,一是采用集成了USB接口的单片机,二是采用通用单片机加USB接口芯片的方式。在方式一中,由于单片机本身具有USB接口,所以硬件电路比较简单,软件编程也比较方便,但这种单片机型号之间差别很大,往往需要专用的开发系统。在方式二中,需要有独立的单片机(MCU),电路稍复杂一些,但于采用了通用单片机,所以它的开发系统很普及,现有软硬件资源多,编程下载方便,且便于调试。本文使用的就是第二种方式，以单片机为核心，使用USB接口芯片，设计一个嵌入式主机级USB接口系统的硬件电路，设计的目的是使用嵌入式USB系统完成数据传输。

2 USB基本原理

为了更好的完成USB系统的设计，必须对USB运行的基本原理及其软硬件设施有一个全面深入的了解。嵌入式系统与传统的PC系统有很大差别，嵌入式系统的设计对硬件的理解有很高的要求，在设计的过程中要熟知USB的通信过程，了解USB的通信原理。这部分内容对软件设计人员的要求更大，对于USB的硬件设计部分，也是要有一定了解的。