基于USB总线的设计与开发开题报告

河南机电高等专科学校毕业设计(论文)开题报告学生姓名： 陈宗湘 学 号： 0444205 专 业： 通信工程 设计(论文) 题目：基于 USB 总线的设计与开发 指导教师： 董蕴华 2007 年 3 月 20 日开题报告填写要求1开题报告（含“文献综述” ）作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效；2开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见；3 “文献综述”应按论文的格式成文，并直接书写（或打印）在本开题报告第一栏目内，本科学生写文献综述的参考文献应不少于 15 篇（专科生不少于 10 篇，不包括辞典、手册） ；4有关年月日等日期的填写，应当按照国标 GB/T 740894数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“2002 年 4 月 26 日”或“2002-04-26”。 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告1结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，撰写1500 字左右（本科生 2000 字左右）的文献综述(包括目前该课题在国内外的研究状况、发展趋势以及对本人研究课题的启发)：随着信息技术的飞速发展，各种数据的实时采集和处理在现代工业控制中已成为必不可少的部分。这要求我们设计的接口简单灵活且具有较高的数据传输率。现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络。如何将其与 PC 机安全可靠低成本的互连,是一个亟待解决的问题。传统的外设与主机的通信接口难以满足上述要求。这些接口一般采用 PCI 总线或 RS-232 串行总线。PCI总线虽然有很高的传输率（可达 132Mbps），但是它们的扩充槽相当有限，且设计复杂。RS-232 串行总线连接方便，可是它的带宽非常有限，传输速度慢。USB 技术正是顺应这一要求提出的一种快速的，双向的，同步传输的,廉价的并可以进行热插拔的通用串行总线。它还提供了内置电源,可向低压设备提供 5 伏的电源。正是由于 USB 的这些特点，使其获得了广泛的应用。CAN 总线是现场总线的一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络,具有卓越的特性和极高的可靠性，特别适合工业过程监控设备的互连，被公认为几种最有前途的现场设备总线之一。整个系统设计目的就是设计一个适配器,可以将 CAN 总线数据通过 USB 接口迅速转送到 PC 机进行处理分析,也可以通过它向 CAN 节点传送数据或命令,以实现计算机与现场设备的通讯。本论文介绍一种设计 USB 设备比较简单方便的方法，也就是设计一个用 51 单片机和 USB 接口芯片组成的单片机最小系统，通过对单片机编程来实现与 PC 机之间的通讯。在现代工业生产和科学技术研究的各行业中，通常需要对各种数据进行采集。目前通用的通过数据采集板卡采集的方法存在着以下缺点：安装麻烦，易受机箱内环境的干扰而导致采集数据的失真?熏易受计算机插槽数量和地址、中断资源的限制，可扩展性差。USB 总线的优点，随着各种类型的 USB 外设(如 USB 闪存盘,USB 视频头,USB鼠标等)的陆续出现,USB 通信的优点越来越广泛的被人们所熟知,将外设连接到计算机时,USB 接口成为优先的选择,不管是使用外设的用户或是开发 USB 软硬件的设计者,USB都有让双方满意的特性.根据 USB 总线规范的定义,USB 总线主要具有以下优点:(1)方便最终用户的使用电缆和连接器具有唯一的型号.对最终用户隐藏了电气细节,例如总线终结.设备自动识别,自动安装驱动程序和配置.支持动态接入和动态配置.(2)工作负荷和应用范围广支持传输速率从几 Kb/s 至几 Mb/s 的设备.同一组总线上可以同时支持同步和异步传输类型.支持对多个设备的同时操作(多连接).支持多达 127 个物理外设.支持在主机和设备间多个数据和消息流的传输.具有较小的协议开销,总线利用率较高.(3)同步带宽可以为外设提供确定的带宽和很小的时延.同步负荷可以使用总线上全部带宽.(4)灵活性可以有很多不同大小的分组,并允许在一定范围内选择设备的缓冲区.通过支持不同的分组缓冲区和时延要求,支持不同数据传输速率的设备.提供了用于控制缓冲区的流控功能.(5)稳定性协议中包含错误检测机制.支持动态接入和插出(热插拔).(6)与 PC 工业协同作用符合 PC 即插即用体系结构.对现存操作系统接口产生极大影响.(7)成本低廉组件与电缆价格便宜.低速模式(l.5Mb/s)更加经济.利用了商用技术.(8)易于升级而通用串行总线（ ）的出现，很好地解决了上述问题，很容易实现便捷、低成本、易扩展、高可靠性的数据采集，代表了现代数据采集系统的发展趋势 目前网络仿真软件比较常用的是 OPNET Modeler 和 NS2，随着科技的进步必将产生功能越来越强，仿真效果越来越好的软件，这就要求我们在学习现有工具的基础上努力开拓创新，为通信事业做出自己的贡献。本课题的研究思路（包括要研究或解决的问题和拟采用的研究方法、手段（途径）及进度安排等）：一、本课题的研究思路本文结合 USB1.1 接口技术，从硬件和软件两个方面，从电路设计、固件程序设计、驱动程序和应用程序设计，由低层到高层逐步详细讲解 USB 设备的开发过程。本文的重点在于阐述系统硬件设计和系统固件的实现方法。论文首先简要介绍了 USB 接口的现状和发展趋势，系统要实现的功能，以及各章节的安排；然后简要介绍了 USB 体系，让读者对 USB 协议有一定的了解；接着详细介绍了系统的硬件设计方案，包括由 C51和 PIDUSBD12 芯片组成的 USB 基本功能模块，系统扩展功能模块的设计和实现方法；紧接着介绍了系统软件的具体实现，包括固件程序，系统驱动程序和应用程序的设计实现。这一部分重点阐述了系统固件的实现，以及如何运用软件工具 Win Driver 开发系统驱动和应用程序；论文最后一部分讲述了系统的调试过程，包括硬件测试和在Win Driver 环境下的系统调试，以及在调试过程遇到的问题和解决方法。系统开发的最终硬件成果是一个带有 USB 接口的设备，通过 USB 电缆与 PC 机相连接，能够实现主机对设备的列举，以及和 PC 机交换数据，并实现其扩展功能。二、进度安排3 月 8 日3 月 26 日：分析题目，查阅资料，学习与毕业设计相关的知识，作好前期准备工作。3 月 30 日4 月 10 日：划分软件功能模块，进行方案论证，编制软件。4 月 11 日4 月 22