毕业设计（论文）-基于单片机MSP430F449的USB接口数据传输系统设计_精品.doc

1 绪 论 1.1 USB概述 1.1.1 USB的起源和发展历史 USB是英文Universal Serial Bus的缩写，中文含义是通用串行总线。它是一种应用在PC领域的新型接口技术上面提到的外设接口没有统一的标准，USB就将这些接口统一起来，使用一个4针插头作为标准插头。通过这个插头，采用菊花链形式可以把所有的外设连接起来，并且不会损失带宽。0.9是由7家主要电脑、电子科技厂商，包括了 Compaq、Digital、IBM、Intel、微软、NEC以及北方电讯（加拿大）在1995年11月研发出来的。1998年后，随着微软在Windows 98中内置了对USB接口的支持模块，加上USB设备的日渐增多，USB接口才逐步走进了实用阶段。这几年，随着大量支持USB的个人电脑的普及，USB成为PC的标准接口已是大势所趋。在主机(host)端，最新推出的PC机几乎100%支持USB；而在外设(device)端，使用USB接口的设备也与日俱增，例如数码相机、扫描仪、游戏杆、磁带和软驱、图像设备、打印机、键盘、鼠标等等。USB的规范能针对不同的性能价格比要求提供不同的选择，以满足不同的系统和部件及相应不同的功能，其主要优点可归结为以下几点： A速度快。 B设备安装和配置容易。 C易于扩展。 D能够采用总线供电。 E使用灵活。 F价廉物美。 1.1.3 目前USB的应用 由于USB设备的诸多优点，自97年，微软推出WIN95\97后，USB进入实战阶段，但由于这个版本对USB的支持属于外挂式模块，因此直到Windows98推出后，USB接口的支持模块才真正日趋成熟。随着计算机技术的迅速发展，对外部总线速度的要求越来越高。在许多便携式电脑上，已经找不到RS-232接口。迄今为止，常用的USB总线标准有1998年发布的USB1.1版本和2000年发布的USB2.0版本。其中1.1版本支持两种传输速率：1.5Mbps和12Mbps，主要应用在低速传输要求的场合；而2.0版本面向高数据率传输的场合，支持480Mbps的传输速度，并向下完全兼容USB1.1协议。 1.2 USB在嵌入式系统上的应用前景 USB在嵌入式系统中的应用发展迅速。现在，计算机外围设备的市场上使用USB接口的数码相机，扫描仪，硬盘，鼠标等家庭设备比较常见，但是使用USB接口的智能仪器还没有见到。由于USB的诸多优点，在传输距离不是问题的前提下，我们可以设计出许多具有市场前途的智能仪器。 1.3 USB系统组成 一个USB系统主要被定义为三个部分：USB的互连，USB的设备，USB的主机。 1.3.1 USB的互连 USB的互连是指USB设备与主机之间进行连接和通信的操作，主要包括以下几方面： ·总线的拓扑结构：USB设备与主机之间的各种连接方式； ·内部层次关系：根据性能叠置，USB的任务被分配到系统的每一个层次； ·数据流模式：描述了数据在系统中通过USB从产生方到使用方的流动方式； ·USB的调度：USB提供了一个共享的连接。对可以使用的连接进行了调度以支持同步数据传输，并且避免的优先级判别的开销。 总线拓朴结构包括四个重要的组成部分。 1 主机和设备：USB系统的基础组成部分。 2 物理拓朴结构：描述USB系统中的各组成部分是如何连接起来的。 3 逻辑拓朴结构：描述USB系统中各种组成部分的地位和作用，以及描述从主机和设备的角度观察到的USB系统。 4 客户软件层与应用层的关系：描述从客户软件层看到的应用层的情况，以及从应用层看到的客户软件层的情况。 1.3.2 USB的主机 图1.1展示了USB通信模型之间基本的信息流与互连关系。 由图可见，主机与设备都被划分成不同的层次。主机上垂直的箭头是实际的信息流。设备上对应的接口是基于不同实现的。在主机与设备之间的所有通信最终都是通过USB的电缆进行，然而，在上层的水平层之间存在逻辑的主机—设备信息流。主机上的客户软件和设备功能部件之间的通信是基于实际的应用需求及设备所能提供的能力。 客户软件与功能部件之间的透明通信的要求，决定主机和设备下层部件的功能以及它们的界面(interface)。 1.3.3 USB设备架构 USB设备可被划分三层： ◆ 底层是传送和接收数据包的总线接口； ◆ 中间层处理总线接口与不同端点之间的数据路由，端节点是数据的终结提供处或使用处，它可被看作数据源或数据接收端(Sink)； ◆ 最上层的功能由串行总线设备提供，比如鼠标，或ISDN接口。 2 基于MSP430单片机的USB接口数据传输系统硬件设计 本设计的硬件系统实现了信号的采集、转换，并将所得的数字信号进行传输，并通过大量中断来实现系统的低功耗。 本设计的硬件系统是以超低功耗16位单片机MSP430F44