基于USB总线的设计与开发

论文编号:JD179       字数:19958,页数:42

摘  要

本文介绍了一种比较简单方便设计USB设备的方法，设计采用51单片机和USB接口芯片组成的单片机最小系统来实现一个完整的USB设备。
USB设备都可以归结为控制器和USB电气接口这两个基本部分的组合。在设计中，采用的控制器是51单片机AT89C51，USB电气接口则是PHILIPS公司的USB接口芯片PDIUSBD12。单片机控制器作为下位机，通过USB电气接口芯片和USB总线与PC机交换数据，并实现USB设备的逻辑功能。
本文结合USB1.1接口技术，从硬件和软件两个方面，从电路设计、固件程序设计、驱动程序和应用程序设计，由低层到高层逐步详细讲解USB设备的开发过程。本文的重点在于阐述系统硬件设计和系统固件的实现方法。论文首先简要介绍了USB接口的现状和发展趋势，系统要实现的功能，以及各章节的安排；然后简要介绍了USB体系，让读者对USB协议有一定的了解；接着详细介绍了系统的硬件设计方案，包括由C51和PIDUSBD12芯片组成的USB基本功能模块，系统扩展功能模块的设计和实现方法；紧接着介绍了系统软件的具体实现，包括固件程序，系统驱动程序和应用程序的设计实现。这一部分重点阐述了系统固件的实现，以及如何运用软件工具Win Driver开发系统驱动和应用程序；论文最后一部分讲述了系统的调试过程，包括硬件测试和在Win Driver环境下的系统调试，以及在调试过程遇到的问题和解决方法。
系统开发的最终硬件成果是一个带有USB接口的设备，通过USB电缆与PC机相连接，能够实现主机对设备的列举，以及和PC机交换数据，并实现其扩展功能。

关键词：USB、单片机系统、PDIUSBD12、固件、Win Driver 

ABSTRACT
This paper introduced a simple and convenient method to design a USB apparatus, that is to say, to realize an intact USB apparatus with a minimum system of single-chip computer that made of 51 single-chip computer and USB interface. In later chapters, we can see, all the USB apparatus can come down to two basic association of part: a controller and a USB electric interface. In this system, I adopted 51 one-chip computer AT89C51 as its controller, the chip PDIUSBD12 of PHILIPS Company as its electric interface. The one-chip computer as the next machine, exchanges the data with the PC, through the USB bus and USB electric interface chip, and it realizes the logic function of USB apparatus.
The paper, combing the USB1.1 interface technology, from the hardware to the software, from the circuit design and the design of firmware program, to the design of driver and employ program, from the low. to the senior level, explain progressively the development course of USB apparatus in detail. It emphasize in introducing the design of hardware and firmware. The paper is described in four parts. First part studied the development trend of USB interface, the function to realize, and the arrangement of every chapters in brief. Second part brief introduced USB system, lets us have a preliminary knowledge of USB protocol. The third part introduced the design of the hardware of the system, including the minimum system of single-chip computer that made of 51 single-chip computer and USB interface, and the expand module of the system. The fourth part recommended the software of the system, including design of firmware program, driver and employ program. This chapter will emphasize in describing the design of firmware.
The final hardware achievement is a piece of equipment with USB interface, it can exchange data with PC, and realize its expand function, through connecting with PC.

Keywords：  USB  single-chip computer system  Firmware  Win Driver

目  录
第1章  绪 论 1
1.1  选题现状以及发展趋势 1
1.2  系统实现功能 1
1.3  论文内容及组织结构 2
第2章  USB技术 3
2.1  USB总线概述 3
2.1.1  USB总线简介 3
2.2.2  USB总线的优点 3
2.2  USB协议简介 4
2.2.1  USB物理体系结构 4
2.2.2  USB设备逻辑结构 5
2.2.3  USB传输类型 6
2.2.4  USB低层通信协议 6
2.3  USB接口技术 8
第3章  系统硬件电路设计 9
3.1  设备电路系统概述 9
3.2  51单片机最小系统 9
3.3  PDIUSBD12外围电路及其与单片机的连接设计 10
3.3.1  PDIUSBD12介绍 10
3.3.2  USB外围电路及其与单片机连接 14
3.4  扩展功能电路的设计 15
3.4.1  PS/2串行接口的扩展设计 15
3.4.2  Flash存储器的扩展设计 16
3.4.3  LPT并行接口的扩展设计 17
第4章  系统软件设计 19
4.1  固件程序的设计与实现 19
4.1.1  描述符 19
4.1.2  固件程序的结构 20
4.2  驱动程序的设计与实现 24
4.2.1  驱动程序概述 24
4.2.2  WDM设备驱动程序结构 24
4.2.3  驱动程序开发的工具软件 25
4.2.4  用Win Driver开发驱动程序 25
4.3  系统应用程序开发 26
4.3.1  应用程序的实现的功能 26
4.3.2  利用Win Driver实现应用程序 27
第5章  系统调试 28
5.1  系统硬件测试 28
5.2  系统软件调试及系统测试 28
结束语 30
参考文献 31
附 录 32

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