USB作為一種新的擴展接口,主要致力于計算機-電話一體化和應用類消費產品。它的數據傳輸速率比串/并口都要高。USB總線具有時分復用的特點,多個不同速度的USB外設可以通過集線器同時連接到同一臺計算機的同一個USB中上,在USB總線帶寬允許的情況下,多個外設可以同時工作而不相互影響。USB傳輸速率適用于中、低速外設。高速模式下,USB支持實時的視頻、音頻和壓縮的視頻數據傳輸。本文對于CMOS視頻傳感器為核心的數字圖像設備（電腦眼）與USB接口進行了研究,并利用Anchor公司的EZ-USB 2131Q芯片設計了一種基于外接RAM的單片方案,實現了電腦眼的USB接口。
1 USB概述與EZ-USB 2131Q芯片介紹
通用串行總線（Universal Serial Bus）適用于USB的外圍設備連接到主機,通過PCI總線和PC內部的系統總線連接,實現數據的傳送。同時USB又是一種通信協議,支持主系統和其外圍設備之間的數據傳送。在USB的網絡協議中,每個USB的系統只能有一個主機。
1.1 USB的基本特征
USB是一種層狀的星形拓撲,其根部是主機控塑封電感制器,USB器件直接與根部接口連接實現其功能。若多個器件同時行使其功能,就要通過集線器來擴展,但擴展層不能超過5層。USB器件支持熱插拔,而且可以即插即用。USB一般支持兩種傳輸速度,即低速1.5Mbit/s和高速12Mbit/s,在USB2.0版本中其速度提高到480Mbit/s。
USB通過四根電纜線連接,兩根用于電源線,兩根用于差動數據線（D+和D-）。主機是USB通信的中心,它控制和工字電感器分時連接器件。主機是唯一可利用系統資源的。主機控制器經根集線器初始化交易,主機控制器每毫秒開始一幀（USB2.0中每1/8毫秒開始一幀稱微幀）,在這一幀或1/8幀中,外設與主機進行數據通信。主機對多個外設進行交易,并對外設請求的帶寬進行分時。
USB有四種傳輸方式用不同類型垢數據。控制傳輸,主要用于設置、命令塑封電感器和狀態信息;中斷傳輸,與一般的中斷概念不同,主要用于鍵盤、鼠標等少量數據的傳輸;批量傳輸,主要用于打印機、掃描儀等大量數據傳輸;同步傳輸,用于視頻、聲音等實時傳輸。
同步傳輸方式下,數據傳輸保持固定的帶寬和延時,保證了數據傳輸速率的穩定性。
USB有諸多優點,適合于與視頻電腦眼的接口。本文應用一種內置微控制器的USB芯片,設計了一種同步傳輸方式的單片方案。
一般來講,USB的控制芯片有兩種類型,一種是MCU（微控制器）集成在芯片里面的產品;另一種是單獨的一個芯片實現USB的Engine功能。
考慮到USB傳輸速率較高,如果利用只實現Engine功能的芯片,外加一個普通微控制器（如8051）,其處理速度就會很慢而達不到USB傳輸要求。USB外設作為消費類產品的目的之一在于降低產品成本,如果采用高速電感器原理圖微處理器（如DSP）,滿足了USB傳輸速率,但成本較高。在各方面比較下,選擇了內置有微控制器的芯片EZ-USB 2131Q。
1.2 EZ-U大功率電感貼片電感器SB 2131Q芯片介紹
EZ-USB 2131Q內部框圖如圖1所示。它是Anchor公司的一種內嵌有微控制器的80腳的USB芯片,包含有3個8位多功能端口,8位數據端口、16位地址端口、兩個USB數據端口和其它輸入輸出端口。
其采用了一種基于內部RAM的解決方案,允許客戶隨時不斷地設置和升級,不受端口數據、緩沖大小、傳輸速度及傳輸方式的限制。
片內嵌有一個增強型的8051微控制器,4個時鐘的周期使它比標準8051的速度快3倍。
EZ-USB 2131Q有兩種同步傳輸方式：即普通讀寫方式和快速讀寫方式。在普通讀寫方式下,芯片從外部讀取或向外部寫入數據的速率不會超過1000字節/ms,而且數據傳輸指令只能一一列出,共要寫出1000行相同的指令。中間不能用循環來傳輸數據,而且也沒有時間來加入其它指令。這種方式對于要求同步傳輸、每幀傳輸1023字節的設備是不可取的。在快速讀寫方式下,芯片可以在0.5ms內從外部讀取或向外部寫入1023字節的數據,并且還留有足夠的時間可以加入其它指令。
2 電腦眼與EZ-USB 2131Q的接口方案
2.1 電腦眼的USB單片方案
本文中電腦眼的傳輸速度為9幀/s,發送一場圖像數據約111ms;而USB采集一場圖像數據約108ms,電腦眼發送圖像數據和USB接收圖像數據的時間基本相當。
根據EZ-USB 2131Q和電腦眼的總線其傳輸速率,可以利用外接存儲器來實現各功能塊的接口,電腦眼與EZ-SUB接口框圖如圖2所示。電腦眼通過8位數據線傳輸數據,如果保持電腦眼數據的連續傳輸,就用場同步和象素同步作為控制信號。EZ-USB2131Q具有8位輸入輸出數據線,多功能口可用來接收和發送控制信號,其地址線在快速傳輸模式下不可用。 大功率電感廠家 |大電流電感工廠
