清华大学毕业设计论文 第一章 前 言
当今的计算机外部设备 都在追求高速度和高通用性 为了满足用户的需求 以 Intel 为首的七家公司于 1994 年推出了 USB Universal Serial Bus 通用串行总 线 总线协议 专用于低 中速的计算机外设 目前 USB 端口已成为了微机主 板的标准端口 而在不久的将来 所有的微机外设 包括键盘 鼠标 显示器 打印机 数字相机 扫描仪和游戏柄等等 都将通过 USB 与主机相连 这种连接 较以往普通并口和串口的连接而言 主要的优点是速度高 功耗低 支持即插即 用 Plug & Play 和使用维护方便 作为一个硬件厂商或是开发者 最关心的便是如何去开发 USB 外设 一般的 USB 设备都使用一片微控制器作为其核心部件 通过微控制器强大的控制和运算 功能 开发者可以很容易地实现 USB 设备的智能化 MOTOROLA 公司是目前世界上最大的微控制器供应商 其 8 位微控制器的全 球市场份额达到了 30%左右 MOTOROLA 公司将其 8 位微控制器归类为用户定 制的集成电路 CSIC 为客户提供了 MPU RAM EPROM SPI SCI 定时器 和 USB 等多种模块 用量大的客户可以根据自己的需要选择不同的模块来构筑自 己的微控制器 MOTOROLA 公司从 1996 年开始 陆续推出了一系列含有 USB 模 块的 8 位微控制器 用于支持 USB 总线协议的设备 如最早的用于显示器的 68HC05BD9A 用 于 鼠 标 的 68HC05JB2 以 及 用 于 键 盘 的 68HC08KL8 和 68HC08KH12 等等 通过微控制器内含的 USB 模块 用户可以很方便地实现 USB 总线上的数据通讯 68HC05JB4 最初是用于开发 USB 游戏柄的 后来也常被用于 其他一些 USB 外设的开发 国外在近两年已出现了不少的 USB 外设 但目前在国内市场上我们仅发现了 台湾生产的摄像头等少数几类高速 USB 外设 低速 USB 设备还是一个空白 同时 国外开发的 USB 设备多集中在鼠标 键盘等少数几类设备上 诸如 USB 手写板等 设备就是在国外也很少见 国内近年来计算机非键盘输入技术发展很快 在汉字 英文和数字的手写识别方面已有相当基础 本项目之目的 就是吸收 USB 总线和 MOTOROLA 微控制器的先进技术 与中科院自动化所汉王公司的手写识别技术相 结合 在汉王笔的基础上 设计生产出自己的新一代 USB 手写输入系统 此 USB 手写系统 采用汉王公司的传感器获得笔画信息 传给 68HC05JB4 经过整理后通过 USB 总线发送到 PC 再由自行编写的驱动程序接收 最终转给汉 王公司的文字识别软件识别
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清华大学毕业设计论文 第二章 USB 总线协议
USB Universal Serial Bus 总线协议是以Intel为主 并有Compaq Microsoft IBM DEC Northern Telecom以及日本NEC等共七家公司共同制定的串行接口标 准 1994年11月制定了第一个草案 1996年2月公布了USB规范版本1.0 USB可把 多达127个外设同时联到你的系统上 所有的外设通过协议来共享USB的带宽 其 12Mbps的带宽对于键盘 鼠标等低中速外设是完全足够的 注 在1999年2月发 布的USB规范版本2.0草案中 已建议将12Mbps的带宽提升到120-240Mbps USB 允许外设在主机和其它外设工作时进行连接 配置 使用及移除 即所谓的即插 即用 Plug & Play 同时USB总线的应用可以清除PC上过多的I/O端口 而以一个 串行通道取代 使PC与外设之间的连接更容易 以下简单介绍USB总线的结构 原理 以使读者对USB有大致的了解 如果需 要了解其协议细节 请查阅USB总线规范 这可以从www.usb.org下载
2.1 总线拓扑结构
USB总线的物理连接是一种分层的菊花链结构 集线器(hub)是每个星形结构 的中心 PC机就是主机和根Hub 用户可以将外设或附加的Hub与之相连 这些附 加的Hub可以连接另外的外设以及下层Hub USB支持最多5个Hub层以及127个外 设 图2.1描述了USB的物理拓扑结构 从中可以看出每一段的连接都是点对点的
Host
RootHub
Host (Root Tier) Tier 1
Hub 1
Tier 2
Node Hub 2 Node
Tier 3
Hub 3 Hub 4 Node Node

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