第1章 绪 论
1.1 选题现状以及发展趋势
随着微机技术水平的日益提高，传统的计算机接口已经不能满足当前计算机高速发展的需求，计算机业界迫切需要新的通用型、高速总线接口。通用外设接口标准USB应运而生。USB,全称为通用串行总线（Universal Serial Bus），它是Compaq、IBM等PC大厂商联合开发的一种新型的、基于令牌的、高速的串行总线标准。用USB接口来取代PC机现有的各种外围接口，使外围设备的连接具有单一化、即插即用、热插拔等特点。USB作为一种新型的高性能外围接口，大大简化了PC机与外围设备的连接过程。随着微机技术的发展，USB作为一种通用的接口标准必将得到广泛的应用。
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。
1.2 系统实现功能
系统是一个人机接口设备（HID），主要完成的是USB设备的基本功能，即主机对设备的列举和中断方式的数据传输。这两点是USB设备所必须拥有的功能，可以称作USB设备的基本功能。设备主体由AT89C51和PDIUSBD12以及维持它们正常工作所必需的外围元件组成，设备主体接上主机之后，能够单独完成设备的识别和配置，并可以实现数据通信功能。
为了丰富设备的功能，对系统还做了一定的扩充，还扩展了8位拨码开关输入和8位发光二极管LED输出，另外还实现以下设备功能：
（1）简单的演示设备
用于演示HID设备配置过程和中断传输方式下基本数据交换过程。
（2）PS/2接口扩展
电路扩展PS/2接口，可实现将PS/2键盘和PS/2鼠标转换为USB设备使用。
（3）Flash存储器扩展
利用SamsungK9F2808芯片（16MB的Flash存储器芯片，数据字宽8位）扩展为移动存储器设备。
（4）LPT并行接口扩展
保留了LPT并行接口，可用于并口打印机信号到USB打印机信号的转换或者其它类型的数据传输扩展。
以上几种扩展不可能同时实现，设备可在上电后由一个2位的拨码开关选择自己配置哪种设备。设备的系统结构框图如图1-1所示。
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第1章 绪 论
第3章 系统硬件电路设计
第4章 系统软件设计
第5章 系统调试

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本文介绍了一种比较简单方便设计USB设备的方法，设计采用51单片机和USB接口芯片组成的单片机最小系统来实现一个完整的USB设备。
USB设备都可以归结为控制器和USB电气接口这两个基本部分的组合。在设计中，采用的控制器是51单片机AT89C51，USB电气接口则是PHILIPS公司的USB接口芯片PDIUSBD12。单片机控制器作为下位机，通过USB电气接口芯片和USB总线与PC机交换数据，并实现USB设备的逻辑功能。
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。