標(biāo)簽：生物識別(18)USB(3)嵌入式(1685)接口電路(138)

　　在指紋自動識別系統(tǒng)中，嵌入式系統(tǒng)由于功耗低,、設(shè)備體積小,、安全性高等優(yōu)點，已經(jīng)得到越來越廣泛的應(yīng)用,。通用串行總線（USB）是由Inter,、 Microsoft,、IBM和NEC等共同制定的微機(jī)總線接口規(guī)范，具有較高的傳輸速率,，支持即插即用,，占用系統(tǒng)資源少，擴(kuò)展能力強(qiáng),。在嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用中,，幾乎不可避免與PC機(jī)的通信，由于通信速度的要求以及計算機(jī)硬件高速發(fā)展,，傳統(tǒng)的RS232接口已經(jīng)越來越不能滿足用戶的需求,，所以在嵌入式系統(tǒng)中USB接口的實現(xiàn)勢在必行。

　　系統(tǒng)控制模塊設(shè)計

　　系統(tǒng)控制模塊的核心處理器為P89C52,，由于其接口有限,，同時完成系統(tǒng)控制和USB接口控制將十分困難。而從系統(tǒng)成本,、開發(fā)時間周期和繼承性方面考慮,，換用其他處理器也不太方便，所以必須考慮在此處理器的基礎(chǔ)上完成多項任務(wù),。由指紋自動識別系統(tǒng)的特點來看,，系統(tǒng)在完成指紋錄入或登錄后才需要利用USB接口完成指紋模板和登錄信息的傳輸，所以對于處理器來說,，USB控制和系統(tǒng)控制可以采用時分復(fù)用的方式進(jìn)行,。由此，利用一個電平轉(zhuǎn)換芯片和一個8總線收發(fā)器來控制數(shù)據(jù)的選通及流向,，以保證系統(tǒng)能夠正常工作,。

　　系統(tǒng)USB接口設(shè)計

　　USB接口硬件主要以接口芯片PDIUSBD12為中心，設(shè)計它與USB物理接口以及微控制器之間的連接,。接口模塊通過跳線選擇供電方式,，可同時支持USB總線供電方式和外設(shè)供電方式，為全速USB設(shè)備接口,。設(shè)計過程中充分考慮到可靠性,、可測性以及電磁兼容性。其接口電路如圖3所示,。

　　接口電路供電通過撥盤開關(guān)K1選擇,，當(dāng)K1接MVCC時，系統(tǒng)為自供電方式,；當(dāng)K1接UVSB時,，為總線供電方式。當(dāng)系統(tǒng)處于自供電方式情況下，系統(tǒng)通過 EOT_N引腳來檢測VUSB是否存在,，并接上一個1M,贅的放電電阻來減弱充電,，以確保當(dāng)VUSB移開時EOT_N變?yōu)榈停⑶掖藭r自供電電源與USB 總線之間只能共地,，同時設(shè)備不能通過USB口向VBNS輸出電流,。

　　在單片機(jī)與PDIUSBD12的控制通信方面，單片機(jī)通過對PDIUSBD12的A0腳的狀態(tài)控制來指示并行數(shù)據(jù)總線P0上傳輸內(nèi)容為命令還是數(shù)據(jù),。此時,，PDIUSBD12上用于數(shù)據(jù)地址總線復(fù)用的ALE引腳一直接地。中斷引腳INT_N是系統(tǒng)的關(guān)鍵,，幾乎所有USB的活動在設(shè)備接口端都是由PDIUSBD12接收,，然后通過中斷通知單片機(jī)完成。PDIUSBD12上的掛起SUSPEND為一個雙向引腳,，由此保證USB設(shè)備既能被設(shè)備主控（單片機(jī)）也能被上位PC機(jī)喚醒,，而PDIUSBD12工作時連續(xù)3次沒有檢測到SOP就將掛起腳置高。

　　PDIUSBD12片上GL_N引腳通過外接發(fā)光二極管來指示系統(tǒng)工作狀態(tài),，在USB枚舉過程中,，LED指示根據(jù)通信狀況間歇閃爍；當(dāng)PDIUSBD12成功枚舉和配置后,，LED指示將一直點亮,；隨后與PDIUSBD12之間成功地傳輸（帶應(yīng)答）將關(guān)閉LED；處于掛起狀態(tài)時LED將會關(guān)閉,。

　　片上時鐘發(fā)生電路采用6MHz晶振,，匹配一個22pF和一個68pF的無源電容。采用6MHz晶振也是為了降低產(chǎn)品制造過程中產(chǎn)生EMI（電磁干擾效應(yīng)） 的風(fēng)險,，因為外部線路的頻率越高,，其EMI效應(yīng)也會越強(qiáng)，而在片外電路采用較低頻率并在芯片內(nèi)部進(jìn)行倍頻的措施將既不影響芯片的處理速度,，又能提高在外部布線的安全性,。使用兩個不同容值電容的目的是為了使晶體能夠快速起振，經(jīng)過測量,，晶振的啟動時間在2ms左右,。

　　PDIUSBD12可采用5V和3.3V兩種工作電壓。由于主控單片機(jī)的IO電壓為5V,，所以對PDIUSBD12也使用5V的工作電壓,。此時在接入5V至PDIUSBD12 VCC腳的同時，要將PDIUSBD12上的VOUT腳空出,，接去耦電容,。另外,，為了減小系統(tǒng)的EMI，在USB連接器輸入側(cè)的VBUS和地線上增加磁珠,，如圖3的BLM21P,，并且在USB的屏蔽罩與地之間使用容性耦合,。

　　由于USB通信協(xié)議的復(fù)雜性,，相當(dāng)一部分工作由硬件電路來完成，所以對硬件電路設(shè)計的準(zhǔn)確性要求非常嚴(yán)格,，布線要合理要盡量減少分布電容和電磁干擾的影響,，硬件電路的質(zhì)量將直接影響到數(shù)據(jù)能否正常傳輸。