毕业设计（论文）-基于usb接口波形发生器设计

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1、目录1引言31.1课题背景及意义31.2课题的主要任务和技术指标42系统总体设计和工作原理52.1方案设计与论证52.2工作原理52.2.1USB主机52.2.2USB设备62.3USB接口芯片72.3.1USB主控制器芯片82.3.2USB集线器芯片82.3.3USB功能设备芯片82.4USB信号92.4.1USB信号的发送93系统硬件电路的设计113.1主控制器——单片机AN2131QC的特点113.1.1芯片结构113.2系统硬件模块电路的设计133.2.1电路总体方框图133.2.2USB接口单元143.2.3DDFS控制单

2、元143.2.4波形输出单元154软件的设计与实现174.1软件功能及作用174.1.1主函数174.2上位机程序设计174.2.2上位机程序功能和界面184.3设备驱动程序194.3.1固件程序194.3.2波形功能程序1934结论21参考文献22附录1：原理图23附录2：程序（主函数部分）26致谢3534天津工程师范学院2009届本科生毕业设计1引言当今的计算机外部设备，都在追求高速度和高通用性。为了满足用户的需求，以Intel为首的七家公司于1994年推出了USB（UniversalSerialBus,通用串行总线）总线协议，

3、专用于低、中速的计算机外设。目前，USB端口已成为了微机主板的标准端口；而在不久的将来，所有的微机外设，包括键盘、鼠标、显示器、打印机、数字相机、扫描仪和游戏柄等等，都将通过USB与主机相连。这种连接较以往普通并口和串口的连接而言，主要的优点是速度高、功耗低、支持即插即用（Plug&Play）和维护方便。1.1课题背景及意义在USB产生之前，外设与PC机的通信主要是通过PC机主板所提供的各种接口来实现的，如ISA接口，PCI接口，PS/2接口、串行接口、并行接口等。这些老式的接口最初是由IBM公司在20世纪80年代早期设计提出的，存

4、在很多缺陷。1.它们是非共享式接口。只支持单个外设的连接，即在同一时刻一个接口只能连接一个外设；而当前PC机接口的数量是有限的，根本无法满足大量外设连接的需要。这时，PC机的可用接口数就显得越来越紧张了。2.这些接口的体积庞大。它们几乎占用了PC机主板面积的一半，而硬件厂商不可能无限制地增加主板的面积来扩充这些老式的接口。另外，大体积的接口不利于PC机外设的小型化。3.这些接口的规格不一。当用户需要把一些外设连接到PC机时，他们不得不面对种类繁多的I/O扩展槽和外部端口，这会使用户觉得很不方便。4.这些接口采用传统的I/O模式。外设

5、被映射为CPU的I/O地址空间，并被分配一个指定的IRQ(中断请求)，或是一个DMA通道。这种模式会带来诸如I/O地址冲突、所指定的IRQ已被别的外设占用等诸多问题。这时用户需要采用手工的方法来设置一些开关和跳线以重新配置这些设备，有些还必须打开机箱盖，而且在设置完毕后，用户必须重新启动计算机才能使这些新的配置生效。不论对外设的开发者还是使用者来说，这个过程都是相当繁琐的。为了克服老式接口的上述缺陷，PC机制造商和用户迫切需要一种新型的外设连接方式。这时USB应运而生，它是一种快速、双向、同步、廉价，并支持热插拔功能的串行接口。随着

6、USB2.0版本的发布，USB越来越流行，它已经成为一个标准接口，目前市场上出售的所有PC机都完全支持USB，而且很多外设只推出了USB版本，如移动硬盘和电子盘等。可以预见，USB的应用肯定会越来越广泛，其传输速率也越来越高。34天津工程师范学院2009届本科生毕业设计1.2课题的主要任务和技术指标本系统采用直接数字频率合成（DDFS）技术，实时将USB接收到的数据转换成各种频率的波形输出，所使用的USB传输方式为全速同步传输。可以输出5种波形：正锯齿波、反锯齿波、三角波、方波和正弦波。本课题的主要工作任务为:1.采用USB总线或外

7、部+5V电源供电，并具有供电指示灯。2.采用TLC7524完成波形数据的DA转换，并具有DA转换指示灯。3.采用DAC0832完成波形幅度峰峰值的调节，范围是0V～+5V,步进值为20mV.4.采用DDFS技术完成波形频率调节，范围是0.5Hz～15999.5Hz,步进值为0.5Hz。5.采用全速同步端点8、9、10米传输系统控制命令和波形数据。6.可读取该USB设备的各种描述符和USB总线的当前帧号。34天津工程师范学院2009届本科生毕业设计2系统总体设计和工作原理2.1方案设计与论证方案1:采用模拟分立元件或单片机控制函数发生

8、器MAX8038，可产生正弦波、方波、三角波，通过外部元件可改变输出频率，但采用模拟器件由于元件分散性太大，即使用单片机控制函数发生器，参数也与外部元件有关，外接的电阻电容对参数影响很大，应而产生的频率稳定度较差、精度低、抗干扰能力低