基于EZ－USB的電腦眼接口設計

USB作為一種新的擴展接口,主要致力于計算機-電話(huà)一體化和應用類(lèi)消費產(chǎn)品。它的數據傳輸速率比串/并口都要高。USB總線(xiàn)具有時(shí)分復用的特點(diǎn),多個(gè)不同速度的USB外設可以通過(guò)集線(xiàn)器同時(shí)連接到同一臺計算機的同一個(gè)USB中上,在USB總線(xiàn)帶寬允許的情況下,多個(gè)外設可以同時(shí)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(shí)時(shí)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(jìn)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(shí)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(xiàn)（Universal Serial Bus）適用于USB的外圍設備連接到主機,通過(guò)PCI總線(xiàn)和PC內部的系統總線(xiàn)連接,實(shí)現數據的傳送。同時(shí)USB又是一種通信協(xié)議,支持主系統和其外圍設備之間的數據傳送。在USB的網(wǎng)絡(luò )協(xié)議中,每個(gè)USB的系統只能有一個(gè)主機。

　　1.1 USB的基本特征

　　USB是一種層狀的星形拓撲,其根部是主機控制器,USB器件直接與根部接口連接實(shí)現其功能。若多個(gè)器件同時(shí)行使其功能,就要通過(guò)集線(xiàn)器來(lái)擴展,但擴展層不能超過(guò)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(guò)四根電纜線(xiàn)連接,兩根用于電源線(xiàn),兩根用于差動(dòng)數據線(xiàn)（D+和D-）。主機是USB通信的中心,它控制和分時(shí)連接器件。主機是唯一可利用系統資源的。主機控制器經(jīng)根集線(xiàn)器初始化交易,主機控制器每毫秒開(kāi)始一幀（USB2.0中每1/8毫秒開(kāi)始一幀稱(chēng)微幀）,在這一幀或1/8幀中,外設與主機進(jìn)行數據通信。主機對多個(gè)外設進(jìn)行交易,并對外設請求的帶寬進(jìn)行分時(shí)。

　　USB有四種傳輸方式用不同類(lèi)型垢數據?？刂苽鬏?主要用于設置、命令和狀態(tài)信息;中斷傳輸,與一般的中斷概念不同,主要用于鍵盤(pán)、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(shí)時(shí)傳輸。

　　同步傳輸方式下,數據傳輸保持固定的帶寬和延時(shí),保證了數據傳輸速率的穩定性。

　　USB有諸多優(yōu)點(diǎn),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(lái)講,USB的控制芯片有兩種類(lèi)型,一種是MCU（微控制器）集成在芯片里面的產(chǎn)品;另一種是單獨的一個(gè)芯片實(shí)現USB的Engine功能。

　　考慮到USB傳輸速率較高,如果利用只實(shí)現Engine功能的芯片,外加一個(gè)普通微控制器（如8051）,其處理速度就會(huì )很慢而達不到USB傳輸要求。USB外設作為消費類(lèi)產(chǎn)品的目的之一在于降低產(chǎn)品成本,如果采用高速微處理器（如DSP）,滿(mǎn)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-USB 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(gè)8位多功能端口,8位數據端口、16位地址端口、兩個(gè)USB數據端口和其它輸入輸出端口。