基于USB2.0接口的数字图像通信模块设计

摘要

现代数据采集技术发展迅速，各种基于ISA、PCI总线的数据采集系统已经相当成熟，但这些采集系统很多都存在安装麻烦、可扩展性差等缺陷。USB总线是由Inter、Compaq、Microsoft等七家公司于1994年为解决传统总线的不足而推出的一种新型串行通信标准。为了适应高速传输的需求，2004年4月，这些公司在原来USB1.1协议的基础上制定了USB2.0传输协议，其最大传输速度达到了480Mb/s。USB总线具有传输快、连接灵活、易扩展等优点，已在PC机的多种外设上得到广泛应用，并逐渐成为现代数据采集传输的发展趋势。 本文在介绍USB2.0系统及协议的基础上，论述了使用USB2.0接口采集红外目标探测控制系统和图像处理系统间实时通信的数字图像。系统的硬件设计部分，首先设计实现了DSP TMS320LF2407芯片的外围电路包括JATG下载电路、时钟震荡电路、外部存储器接口和SPI接口电路；接着完成了FPGA Cyclone EP1C6PQ240芯片的配置电路包括JATG下载电路和E2PROM外围电路的设计；最后是确定了USB芯片和DSP微控制器间的并行接口连接方式并进行了电路设计。在硬件设计完善的基础上制作了系统PCB板。 系统的软件设计部分，首先在FPGA内部通过编程实现一个SPI内核，与DSP中的SPI内核连接通信形成SPI主从模式；然后是USB固件程序的设计，完成设备的管理和数据的交换，主要包括微控制器、USB设备和外围电路的初始化和USB中断服务程序的编写。 系统设计完成后进行了软硬件的调试并成功地实现了数据图像的采集和传输。

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文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1研究背景及选题意义

1.2国内外研究与应用现状

1.3本文的主要研究内容和工作

2 USB2.0系统与协议概述

2.1 USB系统概述

2.1.1USB系统的结构

2.1.2 USB系统的分层

2.1.3 USB通信流

2.2 USB数据通信协议

2.2.1信息包

2.2.2信息包的格式

2.2.3事务处理

2.3USB数据传输

2.3.1状态机制

2.3.2数据传输类型

2.3.3差错控制

2.4本章小结

3系统硬件电路设计与实现

3.1系统结构与工作原理

3.2 FPGA模块设计

3.2.1 Cyclone器件及芯片介绍

3.2.2 FPGA的配置

3.3 DSP模块设计

3.3.1 DSP TMS320LF2407芯片结构介绍

3.3.2 DSP SPI总线模块

3.3.3 DSP外部存储器接口

3.3.4 DSP的JATG下载电路和时钟振荡电路

3.4 USB接口模块设计

3.4.1 USB芯片的选择

3.4.2 CH374芯片的特性及功能描述

3.4.3 CH374连接电路的设计实现

3.5本章小结

4系统的软件设计与实现

4.1 FPGA内部模块程序设计

4.2USB固件程序设计

4.2.1USB描述符

4.2.2枚举

4.2.3固件程序流程

4.2.4程序初始化设计

4.2.5 USB中断服务程序设计

4.3 USB设备驱动程序

4.4本章小结

5系统PCB设计与调试

5.1系统PCB设计

5.2系统调试

5.2.1系统调试的方法

5.2.2系统调试中问题的分析与解决

5.3本章小结

6总结和展望

6.1总结

6.2展望

致谢

参考文献

附录