3.1 需求分析
根據(jù)對(duì)實(shí)際應(yīng)用環(huán)境的分析，USB/EPP轉(zhuǎn)接系統(tǒng)需要完成以下功能：
(1) 接收來自主機(jī)的USB 數(shù)據(jù)，將其轉(zhuǎn)換為符合具體外設(shè)要求的EPP數(shù)據(jù)格式傳輸給外設(shè)；
(2) 接收來自外設(shè)的EPP數(shù)據(jù)格式的數(shù)據(jù)，按照USB 協(xié)議要求打包后傳遞給主機(jī)。
3.2 USB/EPP轉(zhuǎn)接系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
在本文所論述的設(shè)計(jì)中，考慮到系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方便性和未來升級(jí)的需要，選擇了Cypress公司的AN2131SC芯片作為主要的核心器件，該控制器采用了增強(qiáng)型8051內(nèi)核，其指令集與標(biāo)準(zhǔn)8051單片機(jī)完全兼容，但性能是標(biāo)準(zhǔn)8051的3～5倍。系統(tǒng)的硬件原理圖如圖2所示：
圖2 USB/EPP轉(zhuǎn)接系統(tǒng)硬件原理圖
由圖2可見，該系統(tǒng)由USB控制處理器AN2131SC、電源供給及轉(zhuǎn)換模塊、USB控制處理器固件加載電路、USB設(shè)備外部喚醒電路、I/O口信號(hào)電平轉(zhuǎn)換電路、以及USB總線及EPP總線接口等部分組成。
（1）電源供給及轉(zhuǎn)換模塊
在設(shè)計(jì)中采用通過USB接口直接供電的方式。PC機(jī)的一個(gè)USB接口可以為外設(shè)提供5V電壓，最大500mA電流的電源。此外，還采用了一片線性穩(wěn)壓芯片MAX882完成5V到3.3V電壓的轉(zhuǎn)換，用于提供USB控制處理器芯片AN2131SC及串行存儲(chǔ)器EEPROM 24LC01等芯片所需的3.3V工作電源。
（2）USB控制處理器AN2131SC
AN2131SC是內(nèi)嵌有一個(gè)USB收發(fā)器，一個(gè)智能USB串行接口引擎（SIE），一個(gè)加強(qiáng)的8051內(nèi)核，存放程序、數(shù)據(jù)的RAM存儲(chǔ)器以及高性能I/O端口和I2C接口 (如圖3 所示) 。
圖3 AN2131SC片內(nèi)功能結(jié)構(gòu)
圖3中，USB收發(fā)器與USB總線的引腳D+和D-相連，串行接口引擎用來直接實(shí)現(xiàn)對(duì)串行數(shù)據(jù)編解碼、錯(cuò)誤校驗(yàn)、比特填充等USB總線所需的信號(hào)等級(jí)的細(xì)節(jié)，最終實(shí)現(xiàn)與USB總線接口的數(shù)據(jù)傳輸而無須外界干預(yù)。由于使用片內(nèi)RAM作為程序代碼和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，因此用戶可以自行裝載固件代碼和數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)具體USB應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)功能。片內(nèi)的SIE/USB接口負(fù)責(zé)處理USB總線的底層協(xié)議，簡化了8051的代碼編寫工作。
（3）USB控制處理器固件加載電路
為了實(shí)現(xiàn)AN2131SC的枚舉和重枚舉，需用到AN2131SC中的I2C控制器。其過程是：在USB/EPP轉(zhuǎn)接系統(tǒng)上電、主機(jī)枚舉之前，AN2131SC自動(dòng)通過I2C接口的串行EEPROM讀取首字節(jié)，確定EZ-USB加載模式。在本系統(tǒng)中，設(shè)定EEPROM的首字節(jié)0xB0，確定EZ-USB加載模式為由EZ-USB提供描述符，EEPROM提供枚舉所需的PID、VID、DID等數(shù)據(jù)，設(shè)置RENUM＝0，然后主機(jī)操作系統(tǒng)加載與該P(yáng)ID/VID/DID匹配的驅(qū)動(dòng)程序的具體方式。初始化枚舉后，驅(qū)動(dòng)程序下載固件程序代碼和USB總線設(shè)備描述符數(shù)據(jù)到AN2131SC片內(nèi)的RAM中，啟動(dòng)AN2131SC片內(nèi)8051內(nèi)核進(jìn)行重枚舉，由固件程序代碼實(shí)現(xiàn)USB/EPP轉(zhuǎn)接的功能。設(shè)計(jì)中選用串行EEPROM芯片24LC01B作為AN2131SC的I2C接口存儲(chǔ)器，其容量為1kB。
USB控制處理器AN2131SC由USBCS（USB控制和狀態(tài)）寄存器中的DISCON、DISCOE和RENUM三個(gè)位控制固件加載的重枚舉過程。為了模仿USB設(shè)備的斷開，8051將00001010b寫入U(xiǎn)SBCS寄存器，使得#DISCON引腳懸空，并提供一個(gè)內(nèi)部DISCON信號(hào)給EZ-USB內(nèi)核，觸發(fā)斷開事務(wù)處理過程。為了和USB總線連接，8051對(duì)USBCS寫入00000110b，從而產(chǎn)生一個(gè)邏輯高電平到#DISCON引腳，并啟動(dòng)輸出緩沖；同時(shí)設(shè)置RENUM位為1，表明正在控制USB傳輸。
（4）USB設(shè)備外部喚醒電路
USB控制處理器AN2131SC支持USB設(shè)備的休眠與喚醒功能。當(dāng)USB總線上超過3ms沒有總線活動(dòng)之后，USB端口就可以通過主機(jī)發(fā)送掛起信號(hào)（Suspend）設(shè)置成低功耗狀態(tài)。
對(duì)于進(jìn)入休眠狀態(tài)的USB設(shè)備，可以通過USB總線的喚醒信號(hào)或AN2131芯片上的喚醒引腳（#WAKEUP）來觸發(fā)中斷，使AN2131芯片上8051核重新進(jìn)入工作狀態(tài)。
考慮到大多數(shù)EPP接口的外設(shè)都是在主機(jī)命令控制下進(jìn)行工作，并不需要使用外部喚醒功能。因此，在本系統(tǒng)將#WAKEUP引腳通過10kΩ的上拉電阻接至電源，屏蔽外部喚醒功能。
（5）I/O口電平轉(zhuǎn)換電路
并行接口電路中，最小邏輯1的輸入電平為3.5V，最大邏輯0的輸入電平為1.0V。由于AN2131SC芯片采用3.3V電源供電，因此I/O口輸出電平的邏輯1也在2.4V之上。因此，不能直接將AN2131SC的I/O口與原并行接口電路的ID0～I(xiàn)D7、C0～C3和S4～S7相連，必須進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。
圖2中，74FCT16245是5V供電的16位雙向收發(fā)器，用于將AN2131SC作為輸出用途的I/O口PC0～PC7和PB0～PB3的3.3V電平轉(zhuǎn)換為5V電平，分別與并行接口電路的ID0～I(xiàn)D7和C0～C3相連。MC14504B是一個(gè)六電平轉(zhuǎn)換器，可以將TTL或者CMOS電平轉(zhuǎn)換為CMOS電平。
4. 結(jié)束語
本系統(tǒng)提出的USB-EPP轉(zhuǎn)接系統(tǒng)，可將僅具有EPP接口的傳統(tǒng)儀器設(shè)備通過USB接口統(tǒng)一接入到計(jì)算機(jī)主機(jī)系統(tǒng)上來。在計(jì)算機(jī)技術(shù)飛速發(fā)展的今天，對(duì)于解決計(jì)算機(jī)主機(jī)系統(tǒng)不斷更新、多個(gè)儀器設(shè)備同時(shí)連接到計(jì)算機(jī)主機(jī)系統(tǒng)，儀器設(shè)備即插即用等新的要求具有實(shí)際意義。本轉(zhuǎn)接系統(tǒng)已經(jīng)得到實(shí)際應(yīng)用，取得了良好的效果。
