文档介绍：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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第二章 USB 总线协议
USB Universal Serial Bus 总线协议是以Intel为主 paq Microsoft
IBM DEC Northern 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 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
-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
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
Host Host (Root Tier)
RootHub
Tier 1
Hub 1
Tier 2
Node
Hub 2 Node
Tier 3
Node Node
Hub 3 Hub 4
Tier 4
Node
Node Node
USB总线拓扑
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USB的物理层
USB的物理接口包括电气特性和机械特性