引 言

USB是PC體系中一套全新的工業(yè)標準，通用可編程接口GPIB（General Programmable Interface BUS），是Cy-press公司在其EZ-USB FX以及FX2系列單片機里設(shè)計的一個可由用戶編程的接口，具有快速、靈活等特點；可使用多種協(xié)議完成與外圍器件的無縫連接，如EIDE／ATAPI、IEEE1284、Utopia等。對其可以根據(jù)需要進行編程，且運行中不需要CPU的干預(yù)，僅通過一些CPU標志和中斷與增強型8051內(nèi)核通信。作為自動化測試儀器的互聯(lián)標準歷史悠久，使用廣泛，組建費用低廉且操作方便，特別是連接臺式機的時候尤其顯得靈活高效。在很多對測試速度要求不高以及對測試儀器體積不作要求的情況下，GPIB總線也有相當?shù)膬?yōu)勢。因此，將USB所具有的獨特優(yōu)點引入到以GPIB為標準的自動測試系統(tǒng)中，設(shè)計基于USB總線的GPIB控制器，對提高便攜式和無外接插槽的自動測試系統(tǒng)整體性能有很大促進作用。

1、系統(tǒng)總體設(shè)計方案

硬件電路的設(shè)計分為硬件和固件兩部分。硬件要實現(xiàn)PC機與USB芯片的通信以及USB與GPIB接口邏輯之間的通信；同樣，固件也要滿足USB接口和GPIB邏輯協(xié)議。設(shè)計思路就是USB接口與PC機實現(xiàn)通信，并且提供給GPIB的信號線，最終建立兩者之間的通信，硬件總體框圖如圖1所示。

USB主芯片選取了Cypress公司CY7C68013控制芯片，芯片結(jié)構(gòu)如圖2所示。CY7C68013集成了以下特性：USB2.0收發(fā)器、SIE（串行接口引擎）和增強型8051微處理器；8051程序從內(nèi)部RAM開始運行；4個可編程BULK／INTERRUPT／ISOCH-RONOUS端點；8位 16位外部數(shù)據(jù)接口；通用可編程接口（GPIF）；3.3V電源系統(tǒng)；矢量USB中斷；獨立的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)供SETUP和DATA包控制傳輸；集成I2C控制器，頻率可達100或400 kHz；4個FIFO，可與ASIC和DSP等無縫連接；專門的FIF0和GPIF自動矢量中斷。

美國NI公司推出的TMS9914控制芯片是一款高性能CMOS的GPIB接口專用芯片，滿足IEEE488協(xié)議的要求；工作在TMS9914模式下，能夠?qū)PIB母線上的信號按照GPIB協(xié)議進行解碼和譯碼轉(zhuǎn)換為用戶可用的格式，同時將用戶發(fā)過來控制GPIB的信號進行處理，按照協(xié)議要求發(fā)送到GPIB母線上；內(nèi)部有16個寄存器，分成兩組，一組是只寫寄存器，有8個；另一組是只讀寄存器，有8個。TMS9914內(nèi)部各個寄存器的狀態(tài)決定或標志著芯片及GPIB的工作狀態(tài)。在GPIB接口設(shè)計中，只有通過編程對寄存器進行正確編排，才能實現(xiàn)對GPIB的各種操作。

2 、硬件設(shè)計

2. 1供電方式

設(shè)計中采用了USB總線供電方式。USB接口從PC機能獲取的電壓為5V，而USB控制芯片CY7C68013的工作電壓為3.3V，GPIB控制芯片TMS9914的工作電壓為5V，所以本設(shè)計中選用了Maxim公司的MAX882進行電壓變換。從PC經(jīng)USB電纜到B端口來的5V電源，經(jīng)去耦合和濾波電路后直接提供給系統(tǒng)中要求在5V正常工作的芯片，如TMS9914、75LS160、75LSl62等；而經(jīng)MAX882分壓后得到3.3V則提供給USB控制芯片CY7C68013以及LVC245。這樣就可保證整個控制器正常工作。電路中的SN7524，是專門為USB接口電路設(shè)計的，抑制USB數(shù)據(jù)線的瞬時電氣噪聲，如圖3所示。

2.2 外接EEPROM電路

系統(tǒng)上電后，USB內(nèi)核首先檢查I2C總線上是否有EEPROM。如果有，并且其第一位數(shù)據(jù)是0xC2，則EZUSB FX2將EEPROM中的內(nèi)容全部拷貝到內(nèi)部RAM中，然后重列舉，并開始執(zhí)行RAM中的固件程序。由于CY68013芯片已經(jīng)將I2C總線集成，設(shè)計轉(zhuǎn)化為對I2C總線上掛接的EEPROM的設(shè)計；由于采用的是24LC64的EEPROM，整個串行I2C總線電路實現(xiàn)的原理如圖4所示。

3 、固件程序設(shè)計

本設(shè)計針對的主芯片CY7C68013是以軟件為框架的IC。CY7C68013芯片的固件開發(fā)所使用的集成開發(fā)環(huán)境為KEIL μVision2，編程語言為德國Keil公司的C51。把編輯、編譯、匯編、連接、調(diào)試等各階段都集成在一個程序內(nèi)，先用編輯器編寫程序，接著調(diào)用編譯器進行編譯、連接后直接運行，因此可以縮短開發(fā)周期。

固件程序負責處理PC機發(fā)來的各種請求，主要負責設(shè)備與外圍電路進行數(shù)據(jù)傳輸。完成一個完整的事務(wù)傳輸，除了開發(fā)環(huán)境Keil包括的文件，還需要Fw.c（固件架構(gòu)原是程序代碼）、Dscr．a(chǎn)51（USB描述符表）、Ezusb．lib（EZUSB函數(shù)庫對象程序代碼）、Periph．c（用戶函數(shù)，也就是設(shè)計中實現(xiàn)GPIB功能要編寫的函數(shù)）以及相關(guān)的中斷跳轉(zhuǎn)函數(shù)USBjmpTB．OBJ。功能函數(shù)里的TD_Poll（）負責完成用戶指定的功能，應(yīng)該包括一個執(zhí)行用戶外圍功能的狀態(tài)機。從這個函數(shù)返回的話，高優(yōu)先級的任務(wù)應(yīng)該首先執(zhí)行。

void TD_Poll（void）

if（！（EP2468STAT＆bmEP2EMPTY））{

if（?。‥P2468STAT＆bmEP6FULL））／／判斷端點2的FIFO緩沖區(qū)是否滿

{APTRlH=MSB（＆EP2FIFOBUF）；／／自動指針1

APTRlL=LSB（＆EP2FIFOBUF）：

AUTOPTRH2=MSB（&EP6FIFOBUF）；／／自動指針2

AUTOPTRL2=LSB（＆EP6FIFOBUF）；

count=（EP2BCH《《8）+EP2BCL；

for（i=0x0000；l？？？ EXTAUTODAT2=EXTAUTODAT1；／／將端點2中斷的數(shù)據(jù)復(fù)制到端點6

}

EP6BCH=EP2BCH；／／設(shè)置端點6的字節(jié)數(shù)

SYNCDELAY；

EP6BCL=EP2BCL，

SYNCDELAY：

EP2BCL=0x80；} ／／設(shè)置端點6的字節(jié)數(shù)

}

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