基于USB接口的数据采集系统设计

　　1 USB协议和芯片选择

　　理解好USB协议是USB系统开发的第一步。USB协议版本包括1.0、1.1和2.0，USB OTG是对2.0版本协议的补充。虽然USB协议内容繁多且复杂，然而，对USB开发影响较大的却只是少数部分，以下对协议版本1.1[1]中这些部分进行介绍。

　　1.1 USB协议

　　一般，每个USB设备由一个或多个配置(Configuration)控制其行为。使用多配置原因是对操作系统的支持;一个配置由接口(Interface)组成;接口则是由管道(Pipe)组成;管道与USB设备的端点(Endpoint)对应，一个端点可以配置为输入输出两个管道。在固件编程中，USB设备、配置、接口和管道都用描述符报告其属性。

　　图1为USB多层次通信模型。端点0默认配置为控制管道，用来完成所规定的设备请求(USB协议第九章)。其它端点可配置为数据管道。对开发而言，主要的大数据传输都是通过数据管道完成的。

　　USB传输类型包括批量传输、等时传输、中断传输和控制传输，每种传输类型的传输速度、可靠性以及应用范围都不同[3]。控制传输可靠性是最高的，但速度最慢;等时传输速度快，满足实时性，但可靠性低。在具体应用中，端点传输类型可根据传输速度和可靠性选择。

　　在USB通信协议中，主机取得绝对主动权利，设备只能是“听命令行事”，通过一定的命令格式(设备请求)完成通信。USB设备请求包括标准请求、厂商请求和设备类请求。设备的枚举是标准请求命令完成的;厂商请求是用户定义的请求;设备类请求是特定的USB设备类发出的请求，例如海量储存类、打印机类和HID(人机接口)类。固件编程中设备请求必须遵循一定的格式，包括请求类型、设备请求、值、索引和长度。

　　1.2 USB接口芯片选择

　　USB接口芯片的类型有：

　　(1)按传输速度的高低：低速(1.5Mbps)和全速(12Mbps)可选USB1.1接口芯片，例如Philips公司的PDIUSBD12和Cypress公司的EZ-USB2100系列;高速(480Mbps)可选USB2.0接口芯片，例如Philips公司的ISP1581和Cypress公司的CY7C68013。

　　(2)是否带MCU(微控制器)：一般Philips公司的都不带MCU，Cypress公司大多都带，例如AN2131。

　　(3)是否带主控器功能：不需要主机参与，主从设备间可进行数据传输，芯片有Philips公司的ISP1301和Cypress公司的SL811HS等。

　　还有专门用途USB芯片，例如闪存专用芯片IC1114。工程中用户可根据自己的需求选择一款性价比高的芯片。另外可用开发资源也是要考虑的重要方面，例如开发板和芯片厂商提供的网上资源，可大大降低开发的难度。

　　2 基于USB接口的数据采集系统的设计

　　2.1 系统简介