前言

　　现代以计算机为核心的总线技术发展迅速，各种基于ｕｓｂ、ｐｃｉ以及ｉｓａ等总线的系统已非常普遍，但对于用户的特殊要求却不能很好的满足，往往需要单独设计。单独设计开发无论从成本还是从时间上都是很大的浪费。以ｐｄｉｕｓｂｄ１２（以下简单ｄ１２）和单片机构成的ｕｓｂ总线接口卡，可以根据用户不同的需要，在不必掌握复杂的ｕｓｂ协议的情况下，使自己设备很容易的应用ｕｓｂ跟计算机交换数据，而且能很方便的改造旧系统，充分享用ｕｓｂ带来的诸多方便，如对一般系统不用外接电源。此接口卡具有通用性好、速度快、成本低廉等特点。

　　１组成结构

　　本套系统的核心就是ｕｓｂ接口芯片ｄ１２，它可以与微处理器实现无缝接口，微处理器采用的是ｗｉｎｂｏｎｄ的高性能单片机７７ｅ５８，控制中枢是ｃｐｌｄ（ｅｐｍ７０６４ｓ），实现ｕｓｂ数据传输的ｄｍａ功能，系统还预置了用户ｒａｍ区，便于用户根据特殊需要灵活的编程控制。

　　接口卡留给用户使用的接口包括以下几种：ａ、ｆｉｆｏ入口方向的九位数据线；ｂ、７７ｅ５８的串行口；ｃ、用７７ｅ５８的ｐ１口模拟的ｉ２ｃ总线；ｄ、用户控制指令数据接口；ｅ、对用户板操作的八位ｉ／ｏ口。

　　图１　　ｕｓｂ接口卡系统框图

　　注：双箭头代表数据线，单箭头代表控制线

　　２工作原理

　　１）用户接口部分

　　ａ、２３２接口就是使用单片机的ｔｘｄ和ｒｘｄ两根线构成，在用户使用此接口之前，可以通过计算机上的软件来设置接口的工作方式及相应的波特率。

　　ｂ、ｉ２ｃ总线是由两根线组成：ｓｃｌ和ｓｄａ，其中ｓｃｌ是作为数据传输的时钟线，ｓｄａ是作为传输数据的串行线，在本例中，是通过７７ｅ５８的两个ｐ１口来模拟ｉ２ｃ总线时序的，用ｐ１．０和ｐ１．１两根线分别模拟ｓｄａ和ｓｃｌ。此卡只能作为ｉ２ｃ总线的主机端来使用。

　　ｃ、九位并行数据线接口。在本例中，把ｆｉｆｏ的一端的数据线开放，留给用户，可以通过此数据线把数据传到ｆｉｆｏ，实现用户板与ｕｓｂ接口卡的通讯，此种接口适用于要求速度比较快的场合。其中，最高位还可作为用户通讯的校验位来使用，提高通讯的质量。

　　ｄ、控制指令数据接口，即把单片机的数据线对用户开放，可以直接读到控制数据，一般用于传输从ｐｃ机下达的指令，便于控制用户板的工作，如ａｄ采集的场合等。

　　ｅ、对用户板上的ｉ／ｏ口，是从ｃｐｌｄ中接出的，可以根据用户要求，从ｐｃ机上传达ｉｏ控制，通过单片机把各ｉｏ状态直接反映到ｃｐｌｄ的ｉ／ｏ口上。

　　以上接口所涉及到的并行总线均使用７４ｌｓ２４５实现总线隔离，在使用之前，需要用户从计算机上发送选择指令，确定使用哪种通讯方式，再由单片机来控制各个总线的开关，使得整个系统能够顺畅工作，避免引起总线的竞争。

　　２）ｕｓｂ传输部分

　　在ｕｓｂ传输部分采用接口芯片ｄ１２，是一款性价比很高的ｕｓｂ器件，它通常用作微处理器系统中，实现与微处理器进行通信的高速通用并行接口。符合通用串行总线ｕｓｂ１．１版规范，片内集成了ｓｉｅ、３２０字节多结构ｆｉｆｏ存储器收发器，可与任何外部微处理器实现并行接口，数据吞吐量可达２ｍｂ／ｓ，拥有完全自治的直接内存存取ｄｍａ操作，主端点的双缓冲配置增加了数据吞吐量，能轻松实现实时数据传输。在批量模式和同步模式下均可实现１ｍｂ／ｓ的数据传输速率，具有良好ｅｍｉ特性，还可为用户提供５００ｍａ的总线供电能力。

　　３）、ｃｐｌｄ的控制部分

　　ｃｐｌｄ程序是采用ｖｈｄｌ语言编写的，主要是配合用户要求，完成数据从ｆｉｆｏ传输到ｄ１２的ｄｍａ功能，能够实现用户的快速性要求。另外，就是产生对ｆｉｆｏ的读写信号以及产生接口卡对用户板的一些地址片选信号和８ｂｉｔ的ｉ／ｏ控制信号。

　　ｄ１２可以通过中断与单片机进行指令通讯，通过ｃｐｌｄ实现ｄｍａ方式的数据传输，把数据从ｆｉｆｏ传输ｄ１２中。只要把用户的数据传输到ｄ１２的ｆｉｆｏ里面，应用程序就可以通过驱动程序把数据读到计算机的缓存，其具体的传输过程是不需要用户参与的。

　　３程序设计

　　在本例中，软件包括以下几个部分：单片机中固件（ｆｉｒｍｗａｒｅ）程序、计算机上的驱动程序和用户态的ｄｌｌ以及调用ｄｌｌ的范例程序。

　　１）固件程序设计

　　固件程序是被固化到单片机中，能够配置ｄ１２与计算机实现ｕｓｂ通信的程序。固件程序完成的主要工作可以简化为：当ｄ１２从ｕｓｂ总线上检测到主机启动的某一请求时，便通过中断方式将此请求传递给单片机，固件程序进行解析执行相应的操作，以完成与主机的对话。另外还执行用户通过计算机对接口卡的工作方式进行设置的操作。

　　２）设备驱