C8051F320在USB设计中的应用

随着USB技术的快速发展以及USB外设在越来越多场合的广泛应用，支持USB接口技术的芯片也越来越多。对于USB接口的设计，如非扩展之用，选用带有ＭＣＵ的USB控制器当然是设计师们的首选，因为这样不仅可以大大简化硬件电路、减小外设体积，而且还可以提高产品的可靠性。文中介绍的C8051F320就是顺应这种需求而推出的一种新型USB控制器芯片。１ C8051F320的主要特点

C8051F320是Cygnal公司推出的一款具有全速USB功能的混合信号flash微控制器芯片，该器件内部集成有２３０４ Byte RAM和１６ｋ Byte的flash存储器。实际上，C8051F320是一个完整的小型片上系统（ＳｏＣ）。由于利用该芯片进行设计时可以不需要任何外部元件（包括电阻和晶振），因而是小型USB应用的理想选择。与其它同类产品相比，C8051F320主要具有如下一些特点：

●全速的USB ２．０功能控制器；

●内部集成了时钟恢复电路，且不需要外接晶体振荡器；

●可支持８个USB端点；

●带有１ｋ字节的USB缓冲存储器；

●内部集成了USB接口的数据收发器，设计中无需外部上拉电阻；

●具有高速增强型８０５１ＭＣＵ内核，该ＭＣＵ内核采用流水线式指令结构，７０％的指令执行时间为一个或两个系统时钟周期，处理速度可达２５ＭＩＰＳ（时钟频率为２５ＭＨｚ时）。

此外，C8051F320还有许多其它特性，如支持在系统编程（ＩＳＰ），带有可编程的数字Ｉ／Ｏ和数字交叉开关，可提供全速、非侵入式的在系统片内调试电路等。２ C8051F320的引脚功能

C8051F320的引脚排列。主要引脚的功能如下：

Ｄ＋、Ｄ－：USB电缆的USB Ｄ＋和USB Ｄ－连接端；

ＶＤＤ：２．７～３．６Ｖ片上电源输入端或片内电压调节器的３．３Ｖ输出端；

ＲＥＧＩＮ：片内电压调节器的５Ｖ输入端；

ＶＢＵＳ：USB电缆ＶＢＵＳ引线的感应输入端，当该脚出现５Ｖ高电平信号时，表示该设备已经和主机连接好；

ＲＳＴ／Ｃ２ＣＫ：多功能引脚，内部上电复位ＰＯＲ（ＰｏｗｅｒＯｎＲｅｓｅｔ）和ＶＤＤ监视器的漏极开路输出，使该脚保持低电平１５μｓ以上可对系统进行一次复位。此外，该脚还可作为Ｃ２接口的时钟信号输入端；

Ｐ３．０／Ｃ２Ｄ：多功能引脚，可作为Ｉ／Ｏ端口或Ｃ２接口的双向数据信号传输端口。３应用举例

笔者以C8051F320为核心设计了一个USB和ＣＡＮ总线的接口转换模块，运用该接口转换模块可以方便地把具有USB接口的测控设备连接到一个ＣＡＮ总线测控网络中，以对系统的运行状况进行系统和整体的测试和分析。在该接口转换模块的设计中，最主要的工作就是USB 接口部分的设计，包括硬件电路和固件程序的设计。

３．１ USB 接口硬件电路设计

由于C8051F320微控制器具有简单易用的特点，因此，用C8051F320进行USB接口的硬件设计也显得十分简单，主要包括两部分的内容，一是接口转换模块供电方式的选择，二是USB 引脚的连接，图２是其USB接口电路图。

由于整个模块的功率估计在３Ｗ左右，而USB总线的供电量只适合小功率模块的供电，最大也只有５００ｍＡ，因此不能满足整个模块的安全供电，所以模块选择自供电模式，图２所

示的整个模块（包括C8051F320和模块中所有其它部分）的供电电源都来自外部５Ｖ电源。由于C8051F320中的USB收发器内部集成了上拉电阻，因而不需要任何外部器件便可直接与USB接口相连。

３．２ USB固件程序设计

USB固件程序设计是USB接口部分的主要工作，它的主要目的是：当USB设备连接到主机上时，主机可以发现新设备，然后建立连接并完成数据传输任务，也就是能够让Ｗｉｎｄｏｗｓ正常检测和识别USB设备。因此在USB固件程序中，最重要的工作就是USB描述符的定义和USB传输中断的处理。

（１）USB描述符

USB描述符是USB协议定义的一套描述设备功能和属性的固定结构的描述语言。USB２．０中的描述符包括设备描述符、配置描述符、接口描述符、端点描述符等８种标准描述符和其它一些非标准描述符。USB主机通过USB描述符完成设备类型的识别和配置，同时为设备提供相应的客户端驱动程序，运行于USB协议栈上层的客户端驱动程序通过这些信息来正确访问设备并与其通信，从而达到即插即用的目的。其中，配置中用到的两个端点描述符如表１所列。

表 1 端点描述偏移量域大小（字节）端点描述符1端点描述符2数值说明数值说明0bLength10x07描述符字节数0x07描述符字节数1bDescriptorType10x05端点描述符类型0x05端点描述符类型2bEndpointAddress10x81端点地址：端点1 IN0x02端点地址：端点2 OUT3bmAttributes10x02传输类型：批量传输0x02传输类型：批量传输4wMaxPacketSize264最大数据包64字节64最大数据包64字节6bInterval10x05/0x05/

（２）USB中断服务程序的编写

当USB中断到达时，C8051F320首先通过读取USB功能控制器的三个中断寄存器ＣＭＩＮＴ、ＩＮ１ＩＮＴ和ＯＵＴ１ＩＮＴ来判断中断来源（USB复位中断、端点０中断、端点１输入中断、端点２输出中断），然后根据不同的中断来源跳入相应的处理模块以进行不同的中断处理，并在处理完毕后返回。

其中，端点０是每个USB设备都必须支持的默认控制传输端点，主要用于主机对USB设备的配置、状态信息的获取和设备错误的纠正等，它的中断处理模块由控制输出和控制输入两部分组成。每次传输首先由设置事务开始，然后根据设置事务数据包中的USB标准命令请求判断该次传输是控制输入还是控制输出。由于作用和地位的特殊性和重要性，端点０中断处理模块是一个最为复杂的中断处理模块。结合C8051F320端点０控制状态寄存器Ｅ０ＣＳＲ的特点和应用的具体需求，图３给出了该中断处理模块的流程图，主要是对控制传输中设置事务的分析和处理。 USB复位中断的主要作用是将相关USB变量、寄存器和各端点的状态恢复为初始状态（需要注意的是：复位后，端点０为空闲状态，端点１的ＩＮ和端点２的ＯＵＴ为暂停状态）。端点１输入中断和端点２输出中断均为批量传输中断，其主要作用是在收到中断时，在各自预先定义好的缓冲区中写入要传输给主机的数据或取走主机传输过来的数据，实际上，这是C8051F320 读写USB缓冲区的过程。４结束语

随着USB技术的日益成熟，越来越多的测控设备趋向于引入USB总线接口技术或者只提供USB 外接接口，所以设计一种USB接口到测控网络总线的接口转换模块非常必要。文中给出的这种USB和ＣＡＮ总线的接口转换模块就是立足于这类需要而进行的一项前期研究工作，该方案具有较强的实用性。

总线的接口电路设计

PCI-Express总线的接口电路设计王福泽 (天津工业大学) 一、课题背景计算机I/O技术在高性能计算发展中始终是一个关键技术。其技术特性决定了计算机I/O的处理能力，进而决定了计算机的整体性能以及应用环境。从根本上来说，无论现在还是将来，I/O技术都将制约着计算机技术的应用与发展，尤其在高端计算领域。近年来随着高端计算市场的日益活跃，高性能I/O技术之争也愈演愈烈。当计算机运算处理能力与总线数据传输速度的矛盾日益突出时，新的总线技术便应运而生。在过去的十几年间，PCI(Peripheral component Interconnect)总线是成功的，它的平行总线执行机制现在看来依然具有很高的先进性，但其带宽却早已露出疲态。PCI总线分有六种规格(表1所示)，能提供133MBps到2131MBps的数据传输速率，而对于现有高性能产品例如万兆以太网或者光纤通信，传统的PCI的数据传输速率早已入不敷出[4]。表1 PCI总线六种规格总线类型总线形式时钟频率峰值带宽每条总线上板卡插槽数 PCI32位并行 33MHz 133MB/s 4-5 PCI32位并行 66MHz 266MB/s 1-2 PCI-X 32位并行 66MHz 266MB/s 4 PCI-X 32位并行 133MHz 533MB/s 1-2 PCI-X 32位并行 266MHz 1066MB/s 1 PCI-X 32位并行 533MHz 2131MB/s 1 对于64位总线实现，上述所有带宽加倍对于64位总线实现，上述所有带宽加倍仔细分析传统的PCI信号技术，可发现并行式总线已逐渐走近其性能的极限，该种总线已经无法轻易地提升频率或降低电压以提高数据传输率：其时钟和数据的同步传输方式受到信号偏移及PCB 布局的限制。高速串行总线的提出，成功的解决了这些问题，其代表应用就是PCI Express。PCI Express采用的串行方式，并且真正使用“电压差分传输” 即是两条信号线，以相互间的电压差作为逻辑“0”，“1”的表示，以此方式传输可以将传输频率作极高的提升,使信号容易读取，噪声影响降低。由于是差分传输，所以每两条信号线才能单向传送1比特，即一根信号线为正、另一根信号线为负，发送互为反相的信号，每一个“1比特”的两条信号线称为一个差分对。按PCI Express技术规范规定，一个差分对的传输速率为2.5Gbps。实际使用中，

外文翻译---硬件软件的设计和开发过程知识讲解

附录一、英文原文 Hardware/Software Design and Development Process Everett Lumpkin and Michael Gabrick Delphi Corporation, Electronics and Safety Division INTRODUCTION Process and technology advancements in the semiconductor industry have helped to revolutionize automotive and consumer electronics. As Moore’s Law predicted, the increase in complexity and operating frequencies of today’s integrated circuits have enabled the creation of system applications once thought to be impossible. And systems such as camera cell phones, automotive infotainment systems, advanced powertrain controllers and handheld personal computers have been realized as a result. In addition to the increases in process technology, the Electronic Design Automation (EDA) industry has helped to transform the way semiconductor integrated circuits (IC) and subsequent software applications are designed and verified. This transformation has occurred in the form of design abstraction, where the implementation continues to be performed at higher levels through the innovation of design automation tools. An example of this trend is the evolution of software development from the early days of machine-level programming to the C++ and Java software written today. The creation of the assembler allowed the programmer to move a level above machine language, which increased the efficiency of code generation and documentation, but still tied the programmer to the underlying hardware architecture. Likewise, the dawn of C / C++ compilers, debuggers and linkers helped to move the abstraction layer further away from the underlying hardware, making the software completely platform independent, easier to read, easier to debug and more efficient to manage. However, a shift to higher levels of software abstraction has not translated to a reduction in complexity or human resources. On the contrary, as integrated systems have become more feature rich, the complexity of the operating system and corresponding applications have increased rapidly, as have the costs associated with the software implementation and verification activities. Certainly the advancements in embedded software tools such as static code checkers, debuggers and hardware emulators have helped to solve some of the software verification problems, but software verification activities have become more time and resource consuming than the actual software creation. Time-to-market constraints have pushed software verification activities to the system-level, and led to a greater demand for production hardware to be made available earlier in

软硬件测试方案

1.1.1软硬件测试方案 1.1.1.1测试目的和要求 1.1.1.1.1测试目的作为软件开发的重要环节，软件测试越来越受到人们的重视，软件测试是软件工程过程的一个重要阶段，是在软件投入运行前，对软件需求分析、设计和编码各阶段产品的最终检查，是为了保证软件的正确性、完全性和一致性，从而检测软件错误、修正软件错误的过程。随着软件开发规模的增大、复杂程度的增加，以寻找软件中的错误为目的的测试工作就显得更加困难，因此要求测试计划和测试管理更加完备。本次测试安排在项目进行编码过程中和编码完成后进行，测试的内容包括系统界面风格、主要功能、容错能力、模块间的关联等等，依据正规步骤完成单元测试、边缘测试、整体测试。通过测试，及时发现存在于程序中的错误并根据测试结果对程序进行修改，从而确保提交给用户的程序是经过检验并能顺利运行的。 1.1.1.1.2测试的总体要求软件测试可运用多种不同的测试策略来实现，最常用的方式是自底向上分阶段进行，对不同开发阶段的产品采用不同的测试方法进行检测，从测试开始，然后进行功能测试，最终进行系统测试。尽早地和不断地进行软件测试。保证系统风格与界面统一。保证各系统联接正确，数据传送正常。

抽检程序的内部编写情况无误。测试用例应由测试输入数据和对应的预期输出结果两部分组成。程序员应避免负责测试自己编写的程序。测试用例，应当包括合理和不合理的输入条件。应当检查程序是否有不希望的副作用。程序流程和接口内容绝不可忽视。充分注意测试中的群体现象。严格执行测试计划。对每个测试结果严格检查。妥善保存文档。性能测试和功能测试同等重要。 1.1.1.1.3测试人员及组织分工参加测试人员包括技术支持组部分人员、开发小组全体成员、质保组测试成员和用户人员。组织分工如下：单元测试：由实施组成员在编码过程中，各自以及交叉进行单元测试。集成测试：由质保组两名测试成员、实施组两名成员进行集成测试。系统测试：由技术组项目技术负责人、系统设计师、用户人员进行系统测试。

USB原理及接口设计

USB原理及接口设计吴磊 0 引言通用串行总线USB是Intel、Microsoft等大厂商为解决计算机外设种类的日益增加与有限的主板插槽和端口之间的矛盾而提出制定的。是一种用于将适用USB的外围设备连接到主机的外部总线结构,主要用在中速和低速的外设。USB同时又是一种通信协议,主持主机和USB的外围设备之间的数据传输。 1 USB的结构与工作原理 1.1 物理结构在USB2.0中,高速方式下Hub使全速和低速方式的信令环境独立出来。通过使用集线器扩展可外接多达127个外设。USB的电缆的四根线,两根传送的是5V的电源,另外的两根是数据线。功率不大的外围设备可以直接通过USB总线供电,而不必外接电源。USB总线最大可以提供5V500m A 电流,并支持节约能源的挂机和唤醒模式。 1.2 USB设备逻辑结构 USB的设备可以分成多个不同类型,同类型的设备可以拥有一些共同的行为特征和工作协议,这样可以使设备驱动程序的编写变得简单一些。每一个USB设备会有一个或者多个的逻辑连接点在里面每个连接点叫端点。在USB的规范中用4位地址标识端点地址,每个设备最多有16个端点。端点0都被用来传送配置和控制信息。 1.3 USB通信分层模型一台主机到设备的连接需要许多层与实体之间相互作用。USB总线接口层提供了主机和设备之间的物理/信令/包的连接。在系统软件看来, USB设备层执行的是一般的USB操作。功能接口层提供和应用软件层相对应的附加功能,虽然逻辑上USB设备层和功能层各自与主机上相应层通信,但物理上是通过USB总线接口层实现数据传输的。 1.4 四种传输方式 USB提供了四种传输方式,以适应各种设备的需要。这四种传输方式分别是: 控制传输方式,用在主计算机和USB外设中端点0之间,等时传输方式,中断传输方式,用于定时查询设备是否有中断数据传送;大量传输方式。1.5 USB通信协议 USB的物理协议规定了在总线上传输的数据格式,一个全速的数据帧有1500字节,而对于低速的帧有187字节。帧的作用是分配带宽给不同的数据传送方式。一个最小的USB的数据块叫做包,包通常有同步信号,包标识,地址、传送的数据和CRC。包的ID 由八位组成,其中后四位是纠错位。 2 WindowsUSB驱动程序接口 USB的驱动程序和以往的直接跟硬件打交道的Win95的VxD驱动程序不同,属于WDM类型, Win98、Win2000等操作系统均支持该类型的驱动程序。WD M定义了一个基本的核心驱动程序模型,处理所有类型的数据,使驱动程序模型的内核实现更加固定。WDM驱动程序还是一种分层的程序结构,可看做是WindowsNT驱动程序的改进,WD M驱动程序支持即插即用、电源管理和W MI特性。 3 USB接口10M以太网卡的实现 3.1选择器件介绍一种使用廉价USB接口芯片USB N9602加高速的51单片机实现10M以太网卡的方案。设计之前一定要计算好外设所要求的带宽和USB的速度是否匹配。一个USB以太网卡应该包括USB通信接口、8051单片机以及IEE E802.3的MAC层和物理层。USBN9602在全速工作方式下可以达到12Mbit/s,采用USBN9602基本可以满足10M以太网的带宽需求。 3.2开发USB网卡驱动程序开发USB设备驱动程序通常采用Windows DDK来实现,但现在有许多第三方软件厂商提供了各种各样的生成工具,(下转第19页)

以太网EMC接口电路设计与PCB设计说明

以太网EMC接口电路设计及PCB设计我们现今使用的网络接口均为以太网接口，目前大部分处理器都支持以太网口。目前以太网按照速率主要包括10M、10/100M、1000M三种接口，10M应用已经很少，基本为10/100M所代替。目前我司产品的以太网接口类型主要采用双绞线的RJ45接口，且基本应用于工控领域，因工控领域的特殊性，所以我们对以太网的器件选型以及PCB设计相当考究。从硬件的角度看，以太网接口电路主要由MAC（Media Access Controlleroler）控制和物理层接口（Physical Layer，PHY）两大部分构成。大部分处理器内部包含了以太网MAC控制，但并不提供物理层接口，故需外接一片物理芯片以提供以太网的接入通道。面对如此复杂的接口电路，相信各位硬件工程师们都想知道该硬件电路如何在PCB上实现。下图1以太网的典型应用。我们的PCB设计基本是按照这个框图来布局布线，下面我们就以这个框图详解以太网有关的布局布线要点。图1 以太网典型应用 1.图2网口变压器没有集成在网口连接器里的参考电路PCB布局、布线图，下面就以图2介绍以太网电路的布局、布线需注意的要点。图2 变压器没有集成在网口连接器的电路PCB布局、布线参考 a)RJ45和变压器之间的距离尽可能的短，晶振远离接口、PCB边缘和其他的高频设备、走线或磁性元件周围，PHY层芯片和变压器之间的距离尽可能短，但有时为了

顾全整体布局，这一点可能比较难满足，但他们之间的距离最大约10~12cm，器件布局的原则是通常按照信号流向放置，切不可绕来绕去； b)PHY层芯片的电源滤波按照要芯片要求设计，通常每个电源端都需放置一个退耦电容，他们可以为信号提供一个低阻抗通路，减小电源和地平面间的谐振，为了让电容起到去耦和旁路的作用，故要保证退耦和旁路电容由电容、走线、过孔、焊盘组成的环路面积尽量小，保证引线电感尽量小； c)网口变压器PHY层芯片侧中心抽头对地的滤波电容要尽量靠近变压器管脚，保证引线最短，分布电感最小； d)网口变压器接口侧的共模电阻和高压电容靠近中心抽头放置，走线短而粗（≥15mil）； e)变压器的两边需要割地：即RJ45连接座和变压器的次级线圈用单独的隔离地，隔离区域100mil以上，且在这个隔离区域下没有电源和地层存在。这样做分割处理，就是为了达到初、次级的隔离，控制源端的干扰通过参考平面耦合到次级； f)指示灯的电源线和驱动信号线相邻走线，尽量减小环路面积。指示灯和差分线要进行必要的隔离，两者要保证足够的距离，如有空间可用GND隔开； g)用于连接GND和PGND的电阻及电容需放置地分割区域。 2.以太网的信号线是以差分对（Rx±、Tx±）的形式存在，差分线具有很强共模抑制能力，抗干扰能力强，但是如果布线不当，将会带来严重的信号完整性问题。下面我们来一一介绍差分线的处理要点： a)优先绘制Rx±、Tx±差分对，尽量保持差分对平行、等长、短距，避免过孔、交叉。由于管脚分布、过孔、以及走线空间等因素存在使得差分线长易不匹配，时序会发生偏移，还会引入共模干扰，降低信号质量。所以，相应的要对差分对不匹配的情况作出补偿，使其线长匹配，长度差通常控制在5mil以内，补偿原则是哪里出现长度差补偿哪里； b)当速度要求高时需对Rx±、Tx±差分对进行阻抗控制，通常阻抗控制在100Ω±10%； c)差分信号终端电阻（49.9Ω，有的PHY层芯片可能没有）必须靠近PHY层芯片的Rx±、Tx±管脚放置，这样能更好的消除通信电缆中的信号反射，此电阻有些接电源，有些通过电容接地，这是由PHY芯片决定的； d)差分线对上的滤波电容必须对称放置，否则差模可能转成共模，带来共模噪声，且其走线时不能有stub ，这样才能对高频噪声有良好的抑制能力。

SOC的软硬件协同设计方法和技术

SOC的软硬件协同设计方法和技术摘要：随着嵌入式系统与微电子技术的飞速发展，硬件的集成度越来越高，这使得将CPU、存储器和I/O设备集成到一个硅片上成为可能，SOC应运而生，并以其集成度高、可靠性好、产品问世周期短等特点逐步成为当前嵌入式系统设计技术的主流。传统的嵌入式系统设计开发方法无法满足Soc设计的特殊要求，这给系统设计人员带来了巨大的挑战和机遇，因此针对Soc的设计方法学己经成为当前研究的热点课题。论文首先分析了嵌入式系统设计的发展趋势，论述了传统设计开发方法和工具的局限性，针对Soc设计技术的特点探究了Soc软硬件协同设计方法的流程，并讨论了目前软硬件协同设计的现状。关键词: 软硬件协同设计，可重用设计，SOC 背景：计算机从1946年诞生以来，经历了一个快速发展的过程，现在的计算机没有变成科幻片电影中那样贪婪、庞大的怪物，而是变得小巧玲珑、无处不在，它们藏身在任何地方，又消失在所有地方，功能强大，却又无影无踪，这就是嵌入式系统。嵌入式系统是以应用为中心、计算机技术为基础、软件硬件可剪裁、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。嵌入式系统是将先进的计算机技术、微电子技术和现代电子系统技术与各个行业的具体应用相结合的产物，这一点决定了它必然是一个技术密集、高度分散、不断创新的知识集成系统。嵌入式系纫‘泛应用于国民经济和国防建设的各个领域，发展非常迅速，调查数据表明，嵌入式系统的增长为每年18%，大约是整个信息技术产业平均增长的两倍[1]，目前世界上大约有2亿台通用计算机,而嵌入式处理器大约60亿个，嵌入式系统产业是二十一世纪信息产业的重要增长点。随着集成电路制造工艺的飞速发展，嵌入式系统硬件的集成度越来越高，这使得将嵌入式微处理器、存储器、I/O设备等硬件组成部件集成到单个芯片上成为可能，片上系统SoC (System on Chip)应运而生[2]。SOC极大地缩小了系统体积；减少了板级系统SoB(System on Board)中芯片与芯片之间的互连延迟，从而提高了系统的性能; 强调设计重用思想，提高了设计效率，缩短了设计周期，减少了产品的上市时间。因此SOC以其集成度高、体积小、功耗少、可靠性好、产品问世周期短等优点得到了越来越广泛地应用，并且正在逐渐成为当前嵌入式系统设计的主流技术[3]。但Soc设计不同于传统嵌入式系统的开发，如何快速、有效地开发和设计Soc产品是当前嵌入式设计开发方法学的一个十分重要的研究领

数字信号光耦合器应用电路设计

2008年10月第10期电子测试 EL ECTRONIC TEST Oct.2008No.10 数字信号光耦合器应用电路设计田德恒 (莱芜职业技术学院信息工程系　莱芜　271100) 摘　要:较强的输入信号可直接驱动光耦的发光二极管,较弱的则需放大后才能驱动光耦。在光耦光敏三极管的集电极或发射极直接接负载电阻即可满足较小的负载要求;在光耦光敏三极管的发射极加三极管放大驱动,通过两只光电耦合器构成的推挽式电路以及通过增加光敏三极管基极正反馈,既达到较强的负载能力,提高了功率接口的抗干扰能力,克服了光耦的输出功率不足的缺点,又提高光耦的开关速度,克服了由于光耦自身存在的分布电容,对传输速度造成影响。最后给出了光耦合器在数字电路中应用示例。关键词:数字信号;光电耦合器;输入电路;输出电路中图分类号:TP211 文献标识码:B Applied circuit design of optoelect ronic coupler to t he digital signal Tian Deheng (Dept of Information Engineering ,Lai Wu Vocational College ,Laiwu 271100,China ) Abstract :The light 2emitting diode of optocoupler can be directly drived by stro nger inp ut sig 2nals ,t he weaker t he inp ut signal can be enlarged before driving optocoupler.Connecting direct 2ly load resistance wit h t he collector or emitter of p hotot ransistor to meet smaller load require 2ment s ;drover by t he amplifier triode on t he emitter of p hotot ransistor ,p ush 2p ull circuit s con 2sisting of two optocoupler as well as positive feedback added to base of t he p hotot ransistor not o nly achieve st rong load capacity and enhance t he power of t he interface anti 2jamming capabili 2ty ,but also overcome t he shortcomings of t he scant outp ut power ,increase t he switching speed ,overcome effect on t he speed of t he t ransmission due to t he distribution of capacitance.Finally ,t he application example of t he optocoupler in t he digital circuit is given.K eyw ords :digital signal ;optoelect ronic coupler ;inp ut circuit ;outp ut circuit 0　引言光电耦合器是一种把发光元件和光敏元件封装在同一壳体内,中间通过“电2光2电”转换来传输电信号的半导体光电子器件。光耦合器的主要优点是单向传输信号,输入端与输出端完全实现了电气隔离,抗干扰能力强,使用寿命长,传输效率高。它广泛用于电平转换、信号隔离、级间隔离、开关电

从硬件角度解析USB Type

连接器与世界网 https://www.360docs.net/doc/eb4946763.html,/news/201676.html 从硬件角度解析USB Type-C 【大比特导读】USB Type-C终结了长期以来USB插来插去的缺陷，节省了人们大量的时间，换一次方向至少2s吧，按全球10亿人每天插拔一次USB，50% 概率插错，共耗时277000多小时，约为31年，太恐怖了。一个接口搞定了音视频数据三种，体积还算小。 USB Type-C终结了长期以来USB插来插去的缺陷，节省了人们大量的时间，换一次方向至少2s吧，按全球10亿人每天插拔一次USB，50%概率插错，共耗时277000多小时，约为31年，太恐怖了。一个接口搞定了音视频数据三种，体积还算小。可以预见，以后安卓机可以改为USB Type-C接口了，如果只需要USB2.0的话，只需要重做线缆，不用芯片，成本上完全可以忽略不计。至于Thunderbolt，lightning，该怎样还是怎样吧。百花齐放才是五彩的世界。自从Apple发布了新MacBook，就一堆人在说USB Type-C。我来从硬件角度解析下这个USB Type-C，顺便解惑。尺寸小，支持正反插，速度快(10Gb)。这个小是针对以前电脑上的USB接口说的，实际相对android机上的microUSB还大了点：特色 USB Type-C：8.3mmx2.5mm microUSB：7.4mmx2.35mm 而lightning：7.5mmx2.5mm 所以，从尺寸上我看不到USB Type-C在手持设备上的优势。而速度，只能看视频传输是否需要了。引脚定义可以看到，数据传输主要有TX/RX两组差分信号，CC1和CC2是两个关键引脚，作用很多：

常见串口接口电路设计集锦

常见串口接口电路设计集锦六种常用串口接口电路1、并口接口(分立元件) 适用于Windows 95/98/Me 操作系统。这个电路与FMS 随软件提供的电路比多了一个200K 的电阻，这个主要是为了与JR 的摇控器连接，因为JR 的摇控器教练口好象是集电极开路设计的，需要加一只上拉电阻才能正常工作。不过电路还是满简单的，用的元件也很少，很适合无线电水平不太高的朋友们制作，只是不能用于Win2000/XP 上有点让人遗憾。 2、串口接口(分立元件)字串5 适用于Windows 95/98/Me 操作系统，电路也不是很复杂，当然元件比并口电路多了一些，而且串口的外壳比并口小很多，如何把这些元件都放到小小的外壳里免不了要大家好好考虑一下了。当做体积小也是它的最大的优点，而且不用占用电脑并口，因为现在还有一些打印机还是要用并口的。缺点同样是不支持Win2000/XP。 3、串行PIC 接口(使用PIC12C508 单片机)字串9 适用于Windows 95/98/Me/2000/XP 操作系统。电路简单，只是用到MicroChip 公司的PIC12C508 型单片机，免不了要用到编程器向芯片里写程序了，这个东西一般朋友可能没有，不过大多卖单片机的地方都有编程器，你只要拿张软盘把需要用的HEX 文件拷去让老板帮你写就可以了。这个接口最大的优点就是支Win2000/XP 操作系统，还可以用PPJOY 这个软件来用摇控器虚拟游戏控制器玩电脑游戏。 4、25 针串行PIC 接口(使用PIC12C508 单片机) 适用于Windows 95/98/Me/2000/XP 操作系统。电路同9 针的接口基本一样，只不过是接25 针串口的，现在用的不是很多了。

单片机软硬件联合仿真解决方案

单片机软硬件联合仿真解决方案摘要：本文介绍一种嵌入式系统仿真方法，通过一种特殊设计的指令集仿真器ISS将软件调试器软件Keil uVision2和硬件语言仿真器软件Modelsim连接起来，实现了软件和硬件的同步仿真。关键词：BFM，TCL，Verilog，Vhdl，PLI，Modelsim，Keil uVision2，ISS，TFTP，HTTP，虚拟网卡，Sniffer，SMART MEDIA，DMA，MAC，SRAM，CPLD缩略词解释：BFM：总线功能模块。在HDL硬件语言仿真中，BFM完成抽象描述数据和具体的时序信号之间的转换。PLI：Verilog编程语言接口，是C语言模块和Verilog 语言模块之间交换数据的接口定义。TCL：字面意思是工具命令语言，是一种解释执行语言，流行EDA软件一般都集成有TCL。使用TCL用户可以编写控制EDA工具的脚本程序，实现工具操作自动化。ISS：CPU指令集仿真器，可以执行CPU的机器码。TFTP：简单文件传输协议，Windows的tftp.exe既是该协议的客户端实现。SMART MEDIA：一种存储卡，常用于数码相机、MP3。DMA：直接内存访问。用于外部设备之间高速数据转移。MAC：媒体接入控制器。本文中是指网卡芯片。前言传统的嵌入式系统中，设计周期、硬件和软件的开发是分开进行的，并在硬件完成后才将系统集成在一起，很多情况下，硬件完成后才开始进行实时软件和整体调试。软硬件联合仿真是一种在物理原型可用前，能尽早开始调试程序的技术。软硬件联合仿真有可能使软件设计工程师在设计早期着手调试，而采用传统的方法，设计工程师直到硬件设计完成才能进行除错处理。有些软件可在没有硬件支持的情况下完成任务的编码，如不涉及到硬件的算法。与硬件相互作用的编码在获得硬件之前编写，但只有在硬件上运行后，才能真正对编码进行调试。通过采用软硬件联合仿真技术，可在设计早期开始这一设计调试过程。由于软件的开发通常在系统开发的后段完成，在设计周期中较早的开始调试有可能将使这一项目提早完成，该技术会降低首次将硬件和软件连接在一起时出现意外而致使项目延期完成所造成的风险。在取得物理原型前，采用软硬件联合仿真技术对硬件和软件之间的接口进行验证，将使你不会花太多的时间在后期系统调试上。当你确实拿到物理原型开始在上面跑软件的时候，你会发现经过测试的软件部分将会正常工作，这会节省项目后期的大量时间及努力。软硬件联合仿真系统由一个硬件执行环境和一个软件执行环境组成，通常软件环境和硬件环境都有自己的除错和控制界面，软件通过一系列由处理器启动的总线周期与硬件的交互作用。本文以一个Mini Web卡的开发介绍一种软硬件联合仿真系统。[!--empirenews.page--]该方案的核心是采用一个51单片机仿真引擎GoldBull ISS51（以下简称ISS51），ISS51是51单片机开发环境Keil uVision2的一个插件，ISS51具有连接Keil 和硬件仿真环境Modelsim的接口，可以实现软硬件同步仿真。在该系统中，Keil作为软件调试界面，Modelsim作为硬件仿真和调试界面，ISS51负责软件执行、监控软件断点、单步执行、内存和寄存器数据返回给Keil、CPU总线时序产生和捕获、内部功能模块（如定时器，串口）的运行等功能。Mini Web卡介绍Mini Web卡是一个运行在单片机上的Web服务器，提供网口连接，有大容量文件系统，提供TFTP和HTTP服务。尽管软件系统比较复杂，但优化编译后，执行代码还不足25K，为后续升级留下了足够空间。 51CPU采用SST89系列，这种CPU具有ISP功能，可以通过RS232串口，直接将目标码下载到CPU。DMA控制逻辑是一个可编程逻辑器件，采用的是ALTERA的CPLD EPM240，主要功能是实现外围器件之间的DMA传递。因为51CPU进行IO访问是很低效的，需要24个时钟周期才能进行一次IO访问，在外围设备之间转移数据则需要更多的时钟周期，使用DMA控制逻辑可以达到3个时钟周期就能转移一个字节。本系统中处理多种网络协议，需要大量报文收发和文件系统访问，采用DMA可以极大地提高51单片机的数据处理速度。DMA通道主要有MAC芯片与RAM之间的数据块转移，SMART MEDIA和RAM之间的数据块转移。网卡芯片采用的是AX88796，主要的优点是可以和51CPU方便地接口；支持100M以太网，速度高；有较大的接收报文缓存，能够平滑网络流量，减少因51CPU处理速度慢导致的报文丢弃和重发。SMART MEDIA是一个移动存储卡，主要用于存储文件，Mini Web卡支持8M到256M的SMD卡。文件系统是Mini Web卡的新开发模块，

新型人机交互接口电路的设计

摘要主要介绍了TI公司的新型的16位超低功耗Flash型h6N30F44X系列单片机的结构、特性和功能及液晶显示器LCD的发光原理和类型，讨论了该系列单片机与ILD及键盘的人机接口电路的设计方案和相应的软件的实现方法，最后给出它在体内电刺激器的应用实例。关键词单片机；MSP430；LCD；人机交互接口 1引言在当今的各种实时自动控制和智能化仪器仪表中，人机交互是不可缺少的一部分。一般而言，人机交互是由系统配置的外部设备来完成，但其实现方式有两种：一种是由MCU力口驱动芯片实现，如键盘显示控制芯片SK5279A，串行数据传输数码显示驱动芯片MAX7219等等，这时显然MCU没有LCD的驱动功能。另一种就是MCU本身具有驱动功能，它通过数据总线与控制信号直接采用存储器访问形式或I／O设备访问形式控制键盘和LCD实现人机对话。这里的MCU主要有世界各大单片机生产厂商开发的各种单片机，其中TI公司的MSP430系列因其许多独特的特性引起许多研究人员的特别关注，在国内外的发展应用正逐步走向成熟。 2LCD简介 LCD(Liquid Crystal Display)，即液晶显示器。液晶显示是通过环境光来显示信息的，它本身并不发光，因而功耗很低，只要求液晶周围有足够的光强。LCD是人与机器沟通的重要界面，早期以显像管(CRT／C athode Ray Tube)显示器为主，但随着科技不断进步，各种显示技术如雨后春笋般诞生。LCD由于具有轻薄短小、低耗电量、无辐射危险、平面直角显示以及影像稳定不闪烁等优势，逐渐占据显示的主流地位。 LCD的类型，根据其分类方式的不同而不同。如根据LCD显示内容的不同可以分为段式LCD和点阵L CD。根据LCD驱动方式的不同可以分为静态驱动和多路驱动。 3MSP430F44X简介 MSP430F44X系列是TI公司最新推出的具有超低功耗特性的Flash型16位RISC指令集单片机[2]。该系列单片机性价比相当高，在系统设计、开发调试及实际应用上都表现出较明显的优势。它主要应用在各种要求极低功率消耗的场合，特别适合用于智能测量仪器、各种医疗器械、智能化家用电器和电池供电便携设备产品之中。 3.1系统结构 MSP430F44X的系统结构，主要包括：CPU、程序存储器(ROM)、数据存储器(RAM)、FLL+时钟系统(片内DCO+晶体振荡器)、看门狗定时器／通用目的定时器(WatchDog)、ADCl2(12位A／D)、比较器A(精确的模拟比较器，常用于斜边(Slope)A／D转换)、复位电压控制／电源电压管理、基本定时器(Basic Timerl)、定时器(Timer-a和Timer-B)、LCD控制器/比较器(多达160段)、硬件乘法器、I/O口和串行口[4]。系列中各种具体的型号稍有差别。在本次设计中，具体选择MSP430F449作为人机接口电路的设计具有许多独到的优势。这一点，读者可以根据TI公司相关的数据手册进行比较。 3.2片内外模块特性 MSP430F44X具有丰富的片内外围模块，其明显的特点是：具有48条I／0口线的6个并行口P1-P6，其中P1、p2具有中断能力，同时具有2个可用于UART/SPI模式选择的串行口(USART0和USARTl)；内含12位的A／D转换器ADCl2，快速执行8×8、8×16、16×16乘法操作并立即得到结果的硬件乘法器；多达160段的LCD控制器／比较器，可以实现多种方式的驱动显示；可以实现UART、PWM、斜坡ADC 的16位Timer-A和16位Timer-B；非常灵活的时钟系统，既可用32768Hz的钟表晶振产生低频时钟，也可以用450kHz-8MHz的晶体产生高频时钟，同时还可以使用外部时钟源或者用不同控制频率的DCO；多达几十kB的Flash空间，这样数据既可以保存在片内的Flash信息存储器，也可保存在程序的Hash中的剩余空间。 4接口电路设计 4.1接口电路简图及说明典型应用电路示意图。在该图中，LCD类型和键盘种类及数目的选择、下拉电阻的数值大小都必须认真

软硬件设计

1.软硬件设计 1.1.电能表 1.1.1.硬件 (硬件结构框图) 1.1.1.1.电源使用骨架为35的工频变压器,该变压器提供两组满负载电压为10V电流分别为180mA,40mA 的电源,分别供CPU板（含ADE7758）、RS485通讯模块使用，系统采用5V电压供电。整流稳压电路器件采用1N4007、L7805（若有0.5Un要求改成DC/DC模块）。辅助电源采用AC/DC电源模块。 1.1.1. 2.根据电能表精度等级的要求和成本的考虑，电能计量芯片选用炬力公司的ATT7022B，该芯片在 1000:1的动态范围内非线性误差优于0.1%,能满足0.5S表的要求,电压通道采用电阻降压采样，电流通道采用电流互感器；ATT7022B和MCU电路上设计成共地，采用一路电源供电；它们之间的通信采用SPI 总线方式,总线加保护电路。为了适应不同地区客户校输出表脉冲的要求，本方案在电路板上共设计了正向有功、反向有功，正向无功、反向无功，总有功、总无功，共计六路经光耦隔离的无源脉冲，根据不同的客户选用不同的输出接线方式，方便灵活； 1.1.1.3.MCU的选用：本着降低成本并且满足多功能电能表的需要，MCU选用了NEC公司的 uPD78F1166,多达256KB程序空间和12KB的RAM能满足2007通讯规约的大数据量要求；uPD78F1166在10MHz和32.876KHz 运行模式下的工作电流分别为4mA和8uA,睡眠模式下的工作电流低于2uA,能基本符合低功耗要求,丰富的中断能力； ESD保护，抗干扰力强；多个定时器和PWM功能；片内10位A/D转换，比较器，片内可编程振荡器等；MCU内部具有电源电压管理单元，可以很方便地实现电池电压监测；另外,有功能强大易于使用并且价格便宜的开发工具，而且FLASH型在线编程的功能，大大降低了开发阶段的成本； 1.1.1.4.LCD驱动芯片:选用ROMH的BU9799或NXP的PCF8576, BU9799提供200段位的LCD驱动，用户手册提供的数据电源电流为5uA,LCD电源电流为10uA, PCF8576提供160段位的LCD驱动,可联级使用，电源电流大约为8uA, LCD电源电流为24uA。 1.1.1.5.存储芯片采用两片存储容量为8K的FM24CL64及一片存储容量为16Mbit的AT45DB161B。 FM24CL64中保存电量、需量、需量时间、功能变量参数及事件记录等数据；FM24CL64中有4K的数据采用带校验字节保存的方式，并实现数据双芯片备份功能。AT45DB011B是大容量SPI接口方式的串行FLASH，用于存储电网负荷曲线。该系列还有2Mbit、4Mbit、8Mbit等不同存储容量的规格，均采用相同的管脚封装，可以方便的根据不同地区客户的要求进行选配； 1.1.1.6.时钟芯片采用RX-8025SA，并采用锂电池作为后备电源，当电网停电后，提供停电后表内电量的显示读取，并保证内部数据不丢失；日历、时钟、时段程序控制功能正常运行，来电后自动投入运行；在电能表端钮盒上设置有光电耦合脉冲输出接口，以便于进行误差测试和数据采集，脉冲输出常数与标牌标志表常数一致； 1.1.1.7.设计了由LED和蜂鸣器组成的声光报警电路； 1.1.1.8.设计两个按键用于翻页和MCU唤醒、两个翻盖检测开关。

USB接口电路分析

USB接口电路分析 USB(Universal serial bus)的中文含义是通用串行总线。USB接口的特点是速度快、兼容性好、不占中断、可以串接、支持热插拔等。目前ＵＳＢ接口有两种标准，分别为USB1.1和USB2.0. 其中USB1.1标准接口的数据传输速度为12Ｍbps，USB2.0标准接口的数据传输速度为480Mbps。主板通常集成4-8个USB接口，并且在主板上还有USB扩展接口，通常USB接口使用一个4针插头作为标准插头，通过USB 插头，采用菊花链的形式可以把所有的外设连接起来，并且不会损失带宽。USB接口电路主要由USB接口插座、电感、滤波电容、电阻排、保险电阻、南桥芯片等组成。USB 接口电路的VCC0和VCC1供电针脚通过保险电阻和电感连接到电源插座的第4针脚，有的主板在供电电路中还设置有一个供电跳线，通过跳线可以选择待机供电或ＶＣＣ5供电。如果选择待机供电，则在关机的状态下，USB接口也有工作电压。USB接口电路中的保险电阻用来防止USB 设备发生短路时烧坏ＡＴＸ电源，目前的主板一般使用贴片电阻或高分子ＰＴＣ热敏电阻作为保险电阻。高分子ＰＴＣ热敏电阻可以在出现短路情况时，自动升高内部电阻，起到保护的作用，同时在故障排除后，又会自动恢复到低电阻状态继续工作。USB接口电路数据线路中的贴片电感

和电阻排的作用是：在数据传输时起到缓冲的作用（抗干扰）。这个电阻排通常采用阻值为22欧或33欧的电阻。而数据线路中连接的电容排和电阻排起滤波的作用，可改善数据传输质量，电容排的容量一般为47ＰＦ，有的为100ＰＦ。 USB接口的工作原理是：当电脑主机的USB接口接入USB设备时，通过USB接口的5Ｖ供电为ＵＤＢ设备供电，设备得到供电后，内部电路开始工作，并向＋ＤＡＴＡ针输出高电平信号（—ＤＡＴＡ为低电平）。同时主板南桥芯片中的USB模块会不停的检测ＵＳＢ接口的＋—ＤＡＴＥ的电压。当南桥芯片中的USB模块检测到信号后，就认为USB设备准备好，并向USB设备发送准备好信号。接着USB设备的控制芯片就通过USB接口向电脑主板的USB总线发送USB设备的数据信息。电脑主板接收后，操作系统就会提示发现新硬件，并开始安装USB设备的驱动程序，驱动安装完成后，用户在系统中看见并使用ＵＳＢ设备。

几种典型接口电路(485)

典型接口电路EMC设计一、以太网接口EMI设计 100M网口设计时必须设计Bob smith 电路：可以产生10dB的共模EMI衰减，为了更好的抑制共模信号通过线缆对外的辐射应注意下面几点： 1 、不用的RJ45管脚4 、5、7、8按下图的方法处理。 2 、物理芯片侧的变压器中心抽头需通过0.01uF－0.1uF的电容接地。 3 、物理芯片侧的差模电阻（收端）应等分为二（100分为两个49.9），中心点通过1000pF 电容接地。以太网口Bob smith电路原理图以82559为例说明网口设计PCB注意点，布局如下：以太网口布局示意图

A、B要求尽量短，A不得超过1英寸，B可以根据实际情况放宽。接口变压器PCB设计如下：以太网口变压器布局示意图布局要求： PCB布局示意图布线要求： 1、变压器下面全部掏空处理，其余隔离带的宽度大于100mil； 2、连接器与隔离变压器之间距离小于1000mil； 3、晶振距离接口变压器和板边大于1000mil； 4、灯线不要走到变压器下面，并且尽量不要与差分信号线同层走线，如果同层走线，需要与差分信号线相距30mil以上； 5、差分信号线与变压器输出侧的过孔距离大于40mil。

二、以太网口的防护设计加防护电路的设计：增加防护器件电路原理图以上器件选型要求： 1、变压器要选用隔离耐压3000Vac要求的。 2、气体放电管尽量选用3端气体放电管，启动电压为90V的； 3、TVS管选用SLV2.8-4；三、485接口电路设计对于出户外的485端口,进行如下设计，采取气体放电管加TVS管加限流电阻组合方式。选用90V陶瓷管（3R090）可承受10/700us，8KV雷击测试；64V固体管（P0640）只能承受10/700us，3KV雷击测试。TVS的选择为P6KE6.8CA ，去耦电阻选择为10Ω/1W 。