摘要：以自行开发的基于usb接口的数据采集系统为例，介绍了usb接口的硬件和软件开发过程。

关键词：usb 数据采集 pdiusbd12

１ ｕｓｂ协议和芯片选择

理解好ｕｓｂ协议是ｕｓｂ系统开发的第一步。ｕｓｂ协议版本包括１.０、１.1和２.０，ｕｓｂ ｏｔｇ是对２.０版本协议的补充。虽然ｕｓｂ协议内容繁多且复杂，然而，对ｕｓｂ开发影响较大的却只是少数部分，以下对协议版本１.１[１]中这些部分进行介绍。

１.１ ｕｓｂ协议

一般，每个ｕｓｂ设备由一个或多个配置（ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ）控制其行为。使用多配置原因是对操作系统的支持；一个配置由接口（ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）组成；接口则是由管道（ｐｉｐｅ）组成；管道与ｕｓｂ设备的端点（ｅｎｄｐｏｉｎｔ）对应，一个端点可以配置为输入输出两个管道。在固件编程中，ｕｓｂ设备、配置、接口和管道都用描述符报告其属性。

图１为ｕｓｂ多层次通信模型。端点０默认配置为控制管道，用来完成所规定的设备请求(ｕｓｂ协议第九章)。其它端点可配置为数据管道。对开发而言，主要的大数据传输都是通过数据管道完成的[２]。

ｕｓｂ传输类型包括批量传输、等时传输、中断传输和控制传输，每种传输类型的传输速度、可靠性以及应用范围都不同[３]。控制传输可靠性是最高的，但速度最慢；等时传输速度快，满足实时性，但可靠性低。在具体应用中，端点传输类型可根据传输速度和可靠性选择。

在ｕｓｂ通信协议中，主机取得绝对主动权利，设备只能是“听命令行事”，通过一定的命令格式（设备请求）完成通信。ｕｓｂ设备请求包括标准请求、厂商请求和设备类请求。设备的枚举是标准请求命令完成的；厂商请求是用户定义的请求；设备类请求是特定的ｕｓｂ设备类发出的请求，例如海量储存类、打印机类和ｈｉｄ（人机接口）类。固件编程中设备请求必须遵循一定的格式，包括请求类型、设备请求、值、索引和长度。

１．２ ｕｓｂ接口芯片选择

ｕｓｂ接口芯片的类型有：

（１）按传输速度的高低：低速（１．５ｍｂｐｓ）和全速(１２ｍｂｐｓ)可选ｕｓｂ１．１接口芯片，例如ｐｈｉｌｉｐｓ公司的ｐｄｉｕｓｂｄ１２和ｃｙｐｒｅｓｓ公司的ｅｚ－ｕｓｂ２１００系列；高速（４８０ｍｂｐｓ）可选ｕｓｂ２．０接口芯片，例如ｐｈｉｌｉｐｓ公司的ｉｓｐ１５８１和ｃｙｐｒｅｓｓ公司的ｃｙ７ｃ６８０１３。

（２）是否带ｍｃｕ（微控制器）：一般ｐｈｉｌｉｐｓ公司的都不带ｍｃｕ，ｃｙｐｒｅｓｓ公司大多都带，例如ａｎ２１３１。

（３）是否带主控器功能：不需要主机参与，主从设备间可进行数据传输，芯片有ｐｈｉｌｉｐｓ公司的ｉｓｐ１３０１和ｃｙｐｒｅｓｓ公司的ｓｌ８１１ｈｓ等。

还有专门用途ｕｓｂ芯片，例如闪存专用芯片ｉｃ１１１４。工程中用户可根据自己的需求选择一款性价比高的芯片。另外可用开发资源也是要考虑的重要方面，例如开发板和芯片厂商提供的网上资源，可大大降低开发的难度。

２ 基于ｕｓｂ接口的数据采集系统的设计

２.１ 系统简介

该系统能够实现１６路温度数据自动采集，系统的组成框图如图２所示。主要包括８个组成部分：中央处理器选用ａｔ８９ｃ５２芯片，完成各部分控制功能和ｕｓｂ传输协议；实时时钟记录当前测量温度的时间；温度传感器和接口电路主要完成温度采集，并读入ｍｃｕ处理；复位电路完成对ｍｃｕ的上电复位和电源电压监视；看门狗电路用来监视ｍｃｕ是否工作；存储电路主要存储采集到的温度数据以及采集的实时时间；电源电路主要为各部分提供要求的电源；外设与主机间的通信电路采用ｕｓｂ接口。

２.２ 接口芯片选择

接口电路采用ｐｈｉｌｉｐｓ公司的ｐｄｉｕｓｂｄ１２[４]（以下简称为ｄ１２）芯片。主要因为ｄ１２芯片信息、开发资源丰富，具有较高的性价比。