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目 录 1. 引言 1 2. USB总线协议分析 2 2.1 USB体系结构 2 2.2 USB数据通信 2 2.3 USB主机 3 3. USB主机的硬件设计 3 3.1 USB主机系统的设计方案 3 3.2 USB主控制芯片CH375 5 3.3 核心微处理器STC89C58 6 3.4 串口通信模块设计 6 3.5 硬件抗干扰措施 7 4. USB主机软件设计及系统测试 8 4.1 主程序流程 8 4.2 CH375初始化 9 4.3 主控制器驱动程序设计 10 4.4 USB鼠标枚举 11 4.5 USB主机读USB鼠标及系统测试 14 5. 结论 15 参考文献 17 1. 引言 无论是在日常生活，还是在工作中，都随处可见“USB”的踪影，USB（Universal Serial BUS, 通用串行总线I/O接口技术的发展进入一个崭新的时代，推动着计算机外设接口技术的快速发展。1994年Intel、Compaq、Digital、IBM、Microsoft、NEC、 Northern TelecomUSB技术论坛，接着提出USB1.1规范[1],至今，USB进入实用阶段大约经历了十年，在这过程中，USB在不断自我完善，并走向成熟。 目前，无论是厂商还是用户，都对USB总线接口已经完全认可。对于USB的硬件和软件支持也越来越完备，现在开发一个USB外设产品，所需要投入的成本和时间大大降低了，但是，随着USB应用领域的逐渐扩大，人们对于USB的期望也越来越高，希望USB能应用在各种计算机领域中，尤其是USB能应用没有PC机参与的环境中。 对于非PC应用领域，正是USB应用的空白点。USB的拓扑结构中居于核心地位的是Host (也称为主机)，任何一次USB的数据传输都必须由Host来发起和控制，所有的USB外设都只能和Host建立连接，任何两个外设之间或是两个Host之间无法直接通信的[2]。而目前，绝大多数扮演Host角色的是PC机。因此，我们目前所买到和使用的USB设备，基本上都是USB的外设(Device)，比如USB的鼠标、USB接口打印机等等，所有这些设备都主要还是在PC机上使用，没有了PC，这些设备基本上“失灵”了。 串行通信是CPU与外界交换信息的一种基本方式。单片机系统应用于数据采集或工业控制时，往往作为前端机安装在工业现场，远离主机，现场数据采用串行通信方式发往主机并进行处理，以降低通信成本，提高通信可靠性[3, 4]。 在上述背景下，本论文理论与实践相结合，研究的主要内容是采用8位单片机STC89C58与南京沁恒电子有限公司的CH375接口芯片构建嵌入式USB主机，在没有PC机参与的情况下，能够使用USB设备。 2. USB总线协议分析 2.1 USB体系结构 USB是一种查询总线，由主控制器启动所有的数据传输。USB上所连接的外设都通过主机调度，基于令牌的协议来共享USB带宽。最简单的USB系统模型组成是以USB主机为核心，以外围的USB设备为特定功能的设备模块[5]。即提供的是主机和设备中间的一种数据通信服务。 USB主机包括PC机和嵌入式系统两种类型，每一次数据通信都必须由USB主机发起的（远程唤醒模式除外），主机管理着每个USB设备。即使新兴的USB On-The-Go设备 ，其核心部分仍然是嵌入式USB主机的功能。 2.2 USB数据通信 USB协议中最为复杂的是底层数据通信结构的内容，其中包括了最基本的数据传输单元、数据传输类型、数据传输机制及数据交换流程等。 包是USB最基本的数据单元，每个包，基本包含一个完整的USB信息。按照其在整个USB数据传输中的作用不同，包分为三类:令牌包、数据包和握手包。他们之间的区别是由更小的单元——域来划分的。域又分为七类:同步序列域、包标识域、地址域、端点域、帧号域、数据域和校验域。 数据和控制信号在主机和USB总线设备之间的交换存在单向和双向通道。USB总线上的数据传输是在主机和一个USB设备端点之间进行的，端点是数据收发的实体， 管道是描述主机和USB设备端点间的数据传输的概念。 USB的传输，是USB面向用户的最高级的数据结构。USB定义了4种数据传输类型，即控制传输、中断传输、批量传输和同步传输，用以完成各种类型的数据传输[6,7]。 2.3 USB主机 传统意义的USB开发，仅仅是对USB设备的开发，USB核心驱动程序和USB主控制器驱动程序都是由操作系统提供。而为了实现USB主机功能，必须设计这两部分驱动程序。USB主机协议描述了USB核心驱动程序和USB主控制器驱动程序的设计规范。USB主机分为三个层次:总线接口层、系统层、用户层。 USB主机的主要功能[8]： （1）检测USB设备是否连接。 （2）管理主