Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Содержание
|
Введение |
4 |
|
1 Общая часть |
7 |
|
1.1 Технические характеристики универсальной последовательной шины |
7 |
|
1.2 Особенности использования концентратора при подключении и отключении устройств USB |
13 |
|
1.3 Обоснование выбора структурной схемы |
15 |
|
1.4 Обоснование выбора элементной базы |
17 |
|
1.5 Описание принципа работы концентратора по схеме электрической принципиальной |
26 |
|
2 Специальная часть |
29 |
|
2.1 Расчет индикаторов состояния портов |
29 |
|
2.2 Расчет конденсаторов высокочастотной развязки |
31 |
|
2.3 Расчет групповых конденсаторов развязки |
33 |
|
2.4 Расчет потребляемой мощности |
34 |
|
2.5 Расчет надежности |
36 |
|
3 Выбор и обоснование конструкции |
41 |
|
3.1 Анализ требований к конструкции концентратора универсальной последовательной шины |
41 |
|
3.2 Разработка конструкции печатных плат концентратора |
43 |
|
3.3 Разработка конструкции концентратора |
47 |
Концентратор универсальной последовательной шины
Пояснительная записка
|
4 Технологическая часть |
48 |
|
4.1 Выбор и обоснование технологии изготовления печатной платы концентратора |
48 |
|
4.2 Технология изготовления печатной платы со сборкой и монтажом элементов комбинированным негативным методом |
49 |
|
5 Организация производства |
56 |
|
5.1 Организация технической подготовки производства |
56 |
|
6 Экономическая часть |
61 |
|
6.1 Расчет себестоимости и цены концентратора |
61 |
|
7 Мероприятия по технике безопасности |
66 |
|
7.1 Воздействие световых излучений на организм и трудоспособность работающих на изготовлении концентратора |
66 |
|
7.2 Защита от воздействий электрического тока на организм работающих на изготовлении концентратора |
72 |
|
Заключение |
76 |
|
Список использованных источников |
77 |
|
Приложения: 1 Спецификация ТКМП.230101.08.001 2 Перечень элементов ТКМП.230101.08.001 ПЭ3 3 Маршрутные карты ТКМП.230101.08.013 МК 4 Комплектовочные карты ТКМП.230101.08.013 КК |
Введение
Шина USB (Universal Serial Bus - универсальная последовательная шина) появилась по компьютерным меркам довольно давно - версия первого утвержденного варианта стандарта появилась 15 января 1996 года. Разработка стандарта была инициирована весьма авторитетными фирмами - Intel, DEC, IBM, NEC, Northen Telecom и Compaq.
Основная цель стандарта, поставленная перед его разработчиками - создать реальную возможность работать в режиме Plug&Play с периферийными устройствами. Это означает, что должно быть предусмотрено подключение устройства к работающей вычислительной системе, автоматическое распознавание его немедленно после подключения и последующая установка соответствующих драйверов. Кроме этого, желательно питание маломощных устройств подавать с самой шины. Скорость шины должна быть достаточной для подавляющего большинства периферийных устройств. Попутно решается историческая проблема нехватки ресурсов на внутренних шинах вычислительных систем - контроллер USB занимает только одно прерывание независимо от количества подключенных к шине устройств.
Практически все поставленные задачи были решены в стандарте на USB и весной 1997 года стали появляться компьютеры, оборудованные разъемами для подключения USB устройств, но периферия с подключением к USB до середины 1998 года так, практически, и не появилась. В чем дело? Почему только к концу 1998 года уже существенно активнее производители оборудования стали предлагать на рынке устройства с USB интерфейсом? Этому есть несколько объяснений:
- отсутствие острой необходимости для пользователей настольных компьютеров в устройствах с полной поддержкой Plug&Play. Периферия к вычислительным системам подключается, как правило, всерьез и надолго и особой нужды в частой смене периферии у подавляющего большинства пользователей нет;
- более высокая стоимость устройств с USB по сравнению с аналогичными устройствами, имеющими стандартные интерфейсы;
- отсутствие поддержки со стороны производителей программного обеспечения и, главным образом, Microsoft, хотя она и была одним из авторов стандарта. Только в Windows 98 появилась полная поддержка USB, а в Windows NT в 1999 году.
Сейчас USB стала активно внедряться производителями компьютерной периферии. Сенсацией стало наличие в компьютере iMAC фирмы Apple Computers только USB в качестве внешней шины.
В настоящее время USB активно используется ведущими мировыми производителями компьютерной техники и периферии. Практически все компьютеры, выпущенные в последние годы, имеют контроллер и разъем USB. В современных вычислительных системах к USB можно подключать до 127 устройств (принтер, сканер, мобильный телефон, цифровая камера, карманный компьютер, МРЗ проигрыватель, GPS приемник и т.д.). По мере того, как постоянно увеличивается число устройств, которые можно подключать к USB, возникают и новые проблемы, связанные с обменом информацией между периферийными устройствами, HOST контроллером и концентратором (HUB).
Какие устройства могут использовать USB?
В режиме низкой скорости:
- клавиатуры;
- компьютерные манипуляторы (мыши, джойстики и т.п.);
- матричные принтеры;
- дигитайзеры;
- цифровые фотокамеры;
- модемы;
- цепи управления монитором.
В режиме высокой скорости:
- звуковые динамики;
- ISDN модемы;
- устройства внешней памяти;
- АТС;
- лазерные и струйные принтеры.
Шина USB хороша не только для подключения перечисленного выше оборудования. Высокая скорость, характерная для этой технологии, делает ее полезной также для соединения двух и более вычислительных систем с целью совместного использования файлов или периферии. Согласно спецификации USB Rev.1.1, скорость передачи данных составляет до 12 Мбит/с, но длина кабеля при такой скорости обычно ограничена примерно 3,6 м. Одно из наиболее типичных применений USB для организации сети - подключение к локальной сети Ethernet. Фирмы ADS и 3Com разработали конверторы USB-Ethernet, которые позволяют подключить к Ethernet-сети оснащенный портом USB компьютер, не устанавливая в него внутреннюю Ethernet-плату. Такие устройства находят множество применений.
В 1999 году тот же консорциум компьютерных компаний, который инициировал разработку первой версии стандарта на шину USB, начал активно разрабатывать версию 2.0 USB, которая отличается тем, что полоса пропускания шины увеличена в 20 раз, до 250 Mбит/с, что делает возможным передачу видеоданных по USB и делает ее прямым конкурентом IEEE-1394 (FireWire).
Совместимость всей ранее выпущенной периферии и высокоскоростных кабелей полностью сохраняется и сохраняется одно из самых главных достоинств USB - низкая стоимость контроллера. Контроллер стандарта 2.0 также интегрирован в чипсет.
1 Общая часть
1.1 Технические характеристики универсальной последовательной
шины
Возможности универсальной последовательной шины следуют из ее технических характеристик:
Поэтому целесообразно подключать к универсальной последовательной шине практически любые периферийные устройства. Особенно удобен этот интерфейс для подключения часто подключаемых/отключаемых приборов. Конструкция разъемов для универсальной последовательной шины рассчитана на многократное сочленение/расчленение.
Возможность использования только двух скоростей обмена данными ограничивает применяемость шины, но существенно уменьшает количество линий интерфейса и упрощает аппаратную реализацию.
Питание непосредственно от универсальной последовательной шины возможно только для устройств с малым потреблением, таких как клавиатуры, мыши, джойстики и т.п.
Топология универсальной последовательной шины практически не отличается от топологии обычной локальной сети на витой паре, обычно называемой "звездой". Даже терминология похожа - концентраторы шины также называются HUB'ами.
Условно дерево подключения USB устройств к компьютеру можно изобразить в соответствии с рисунком 1.1 (цифрами обозначены периферийные устройства с USB интерфейсом):
Рисунок 1.1
Вместо любого из устройств может также стоять HUB. Основное отличие от топологии обычной локальной сети - компьютер (или host устройство) может быть только один. HUB может быть как отдельным устройством с собственным блоком питания, так и встроенным в периферийное устройство. Наиболее часто HUB'ы встраиваются в мониторы и клавиатуры.
Сигналы USB передаются по 4-х проводному кабелю, схематично показанному в соответствии с рисунком 1.2.
Рисунок 1.2
Здесь GND - цепь "корпуса" для питания периферийных устройств, VBus - +5V также для цепей питания. Шина D+ предназначена для передачи данных по шине, а шина D- для приема данных.
Кабель для поддержки полной скорости шины (full-speed) выполняется как витая пара, защищается экраном и может также использоваться для работы в режиме минимальной скорости (low-speed). Кабель для работы только на минимальной скорости (например, для подключения мыши) может быть любым и неэкранированным.
Разъемы, используемые для подключения периферийных устройств, показаны в соответствии с рисунком 1.3.
Как видно из рисунка 1.3, невозможно подключить устройство неправильно, так как разъем серии "А" можно подключить только к активному устройству на USB - HUB'у или компьютеру, а серии "В" – только к собственно периферийному устройству.
|
|
Разъемы серии "В" предназначены для подключения к периферийному устройству |
|
а) Вилка типа "A" |
в) Вилка типа "B" |
|
б) Розетка типа "А" |
д) Розетка типа "В" |
Рисунок 1.3
USB разъемы имеют нумерацию контактов, приведенную в таблице 1.1.
Таблица 1.1
|
Номер контакта |
Назначение |
Цвет провода |
|
1 |
V BUS |
Красный |
|
2 |
D - |
Белый |
|
3 |
D + |
Зеленый |
|
4 |
GND |
Черный |
|
Оплетка |
Экран |
Оплетка |
Цоколевка разъемов USB показана в соответствии с рисунком 1.4.
|
|
||
|
а) Розетка типа 'A' |
в) Розетка типа 'B' |
|
|
б) Вилка типа 'A' |
г) Вилка типа 'B' |
Рисунок 1.4
Для объединения двух компьютеров можно использовать специальные сетевые шнуры USB-Link. Их скорость составляет около 500 килобайт в секунду. С использованием USB-Hub можно даже строить сеть на основе USB-Link. К плюсам технологии можно отнести отсутствие необходимости что-либо конфигурировать – всё настраивается на уровне драйверов. Используя подключённый к обычной локальной сети на витой паре компьютер в качестве роутера можно объединить сеть USB с ЛВС.
В системе USB может быть только один master или компьютер-хост. Любая транзакция в интерфейсе USB осуществляется передачей до трех пакетов. Хост, в соответствии с определенной временной диаграммой, посылает USB-устройству пакет-маркер, содержащий тип и направление транзакции, адрес USB-устройства и номер конечной точки. Устройства USB проверяют, кому адресовано сообщение, декодируя соответствующие поля адреса. Направление передачи данных они определяют по маркерному пакету. Устройства USB только отвечают на запросы хоста и не могут передавать информацию друг другу. Есть только один случай, когда устройство может инициировать передачу без активности хоста. После перевода хостом устройства в режим пониженного энергопотребления, устройство может сигнализировать о своем пробуждении, а все остальное на шине происходит только благодаря тому, что хост посылает запросы устройствам, и устройства отвечают на эти запросы.
Затем источник транзакции посылает пакет данных или сообщает, что данных для передачи нет. Получив пакет данных, адресат выдает пакет квитирования, который сообщает, была ли передача успешной.
После системного сброса USB-контроллер имеет адрес 0x00 и хост должен определить новый адрес USB-устройства. Для этого после разрешения работы USB-контроллер прослушивает шину и ожидает получение корректного кадра маркера. Некорректные маркеры игнорируются. Маркер считается некорректным, если его длина не равна 3 байтам, или в случае неправильной контрольной суммы (CRC), или если поле идентификаторов PID содержит некорректные данные. Маркеры могут быть 4 типов:
Setup token - при получении этого маркера начинается процедура конфигурирования устройств или обмен информацией о статусе;
IN tokenm - при получении данного маркера начинается передача подготовленных данных от USB-устройства к host-устройству;
OUT token - при получении этого маркера USB-устройство начинает прием данных;
SOF token.
Процесс реконфигурирования USB-устройства начинается при приеме маркера SETUP token, поступающего на конечную точку, которая определена как Control Endpoint. Маркер SETUP обычно содержит код команды, которую должно выполнить USB-устройство. Если тип SETUP-пакета требует приема последующих данных, то USB-контроллер выполняет прием данных так же, как и после приема маркера OUT. Если тип SETUP-пакета требует передачи некоторых данных хосту, то USB-контроллер выполняет передачу данных так же, как и после приема маркера IN. При получении SETUP-маркера контроллер анализирует тип команды, которая содержится в маркере. Если это команда Set Address, и контроллер работает в режиме Slave, то контроллер принимает следующий пакет, который содержит назначенный хостом новый адрес USB-устройства и переписывает значение адреса в поля SAD регистра USADR, который располагается в памяти.
1.2 Особенности использования концентратора при подключении
и отключении устройств USB
Все устройства USB присоединяются к USB-шине через порт специализированного устройства - USB-концентратора. Концентраторы анализируют состояние порта и определяют, присоединено или удалено устройство. Если обнаружено новое подключенное устройство, то концентратор уведомляет об этом хост. Далее хост посылает запрос концентратору, чтобы определить причину уведомления. Концентратор отвечает, указывая номер используемого порта, к которому присоединено USB-устройство. Хост через порт создает канал связи с USB-устройством, используя заданный по умолчанию адрес (Default Address), который действовал при первом соединении или после сброса, и конечную точку с номером ноль. Хост определяет, является ли недавно присоединенное устройство USB концентратором или функцией и назначает уникальный адрес для USB-устройства. Если присоединенное устройство - концентратор, и есть USB-устройства, подключенные к его портам, то вышеупомянутая процедура сопровождается для каждого из присоединенных USB-ycтройств. Если присоединенное устройство – функция (мышь, клавиатура и др.), то уведомление о подключении будет послано в программное обеспечение хоста.
Основные действия хоста при подключении нового устройства:
1 Хост посылает запрос Get_Descriptor/Device на адрес 0, т. к. впервые подключенные устройства отвечают по адресу 0.
2 Устройство обязательно отвечает на запрос, посылая байты идентификатора обратно хосту, говорящие, какое устройство подключено.
3 Хост посылает устройству запрос Set_Address, передавая уникальный адрес устройству, позволяющий отличить это устройство от других подключенных к шине.
4 Хост посылает еще запросы Get_Descriptor, запрашивая остальную информацию об устройстве. Из этих ответов хост узнает, как много каналов устройство имеет, его требования по питанию, необходимую пропускную способность канала и какой драйвер следует загрузить.
Когда USB-устройство отключается от порта, концентратор автоматически отключает порт и сообщает на хост об удалении устройства. Если удаленное USB-устройство - функция, уведомления об удалении посылаются программному обеспечению хоста. Затем хост удаляет информацию относительно данного USB-устройства из всех своих структур данных. Если же удаленное USB-устройство - концентратор, процесс удаления должен быть выполнен для всех USB-устройств, которые были предварительно присоединены к концентратору.
1.3 Обоснование выбора структурной схемы
Основное назначение концентратора универсальной последовательной шины – увеличение числа портов. В нашем случае концентратор служит для получения из одного USB - порта семи портов USB. Кроме того, он имеет в своем составе разъемы для подключения клавиатуры PS/2, манипулятор «мышь» PS/2 и последовательный СОМ-порт.
Концентратор USB разработан на основе микросхемы FT8U100AМ фирмы FTDI. Помимо своего прямого назначения – контроллера HUB – многофункциональная микросхема FT8U100AМ включает в себя встроенные порты инфракрасного канала, двухпроводную шину I2C, последовательный интерфейс UART, порты PS/2 мыши и клавиатуры. Однако использовать все перечисленные интерфейсы в одном устройстве невозможно, поскольку одни и те же выводы микросхемы в зависимости от конфигурации выполняют различные функции. Например, при использовании последовательного СОМ порта невозможно будет использовать инфракрасный порт IrDА, и наоборот.
Блок-схема концентратора приведена в соответствии с рисунком 1.5.
Он состоит из двенадцати основных функциональных блоков, связанных между собой магистральными шинами адреса ADDR, данных DАТА и управления СТL. Блок ЕМСU МIСRОСОNТRОLLЕR СОRЕ представляет собой встроенный восьмибитовый контроллер. Он производит запись и чтение дескрипторов (записей) во внешней программируемой памяти через шину Eхtегnаl RОМ Вus. Блок DАТА SRАМ 256 Вуtеs является статическим буфером данного контроллера объемом 256 байт, который используется для временного хранения данных. Блок FTDI SERIAL.INTERFACE ENGINE обеспечивает следующие функции управления USB: NRZI кодирование/декодирование информации, разделение данных из непрерывного пакета, обнаружение начала и окончания пакета, параллельно-последовательное преобразование, проверку контрольной суммы СRС, декодирование кода производителя РID и другие важные функции внутреннего протокола интерфейса USВ.
Рисунок 1.5
Данный блок работает в паре с буфером данных ENDPOINT DАТА ВUFFER 256 Вуtеs. USB HUB REPEATER – блок, обеспечивающий маршрутизацию данных функционального назначения для FТ8U100АМ. Он выполняет функции соединения и разъединения потока данных, управляет скоростью данных при маршрутизации и обнаруживает специальные сигналы управления. Блок HUB РОRТ РОWЕR СОNTROL АND ОVЕRСURRЕNТ DЕТЕСТ обеспечивает управление питанием и обнаружение токовой перегрузки.
Вспомогательным блоком для поддержки интерфейса связи с клавиатурой и «мышью» РS/2 является блок РS/2 КЕУВОАRD I/F РS/2 МОUSЕ I/F. Кроме того, микросхема содержит блок двухпроводного последовательного интерфейса МАSТЕR/SLАVЕ 2-WIRE SERIAL.BUS, блок интерфейса последовательных инфракрасных портов SERIAL. РОRТ1, SЕRIАL. РОRТ2 (IrDА S1R), SЕRIAL. РОRТЗ (С1R) с блоком контроллера пульта управления FТ1R Ir RЕМОТЕ СОNТRОL. РОRТ и блок управления параллельными портами РАRАLLEL. I/O РОRТS 1-5. В качестве задающего генератора и узла синхронизации микросхемы используется блок ОSС 48МНz.
1.4 Обоснование выбора элементной базы
1.4.1 Микросхема FT8U100AМ
FT8U100AМ USB - третий и последний продукт из серии микросхем для USB-шины фирмы FTDI. Она может исполнять роль USB-концентратора или контроллера для многофункциональных устройств. FT8U100AМ спроектирована для использования в сложных USB-устройствах (Compound device) с поддержкой самых разнообразных встроенных функций: Ir удалённое управление, инфракрасные (IrDA) и беспроводные соединения и так далее. Структура кристалла состоит из нескольких блоков: повторителя (USB repeater) и концентратора, которыми в свою очередь управляет встроенный EMCU-микроконтроллер, множество периферийных блоков, выполняющих встроенные функции. Выполнена поддержка PS/2-клавиатуры и мыши, последовательного и параллельного портов и контроллера работы с мониторами (I²C). Программа конфигурации микросхемы, позволяющая выполнить более гибкую настройку для конкретного устройства, может быть записана в любом внешнем ПЗУ (OTP ROM).
Микросхема содержит 7 исходящих (downstream) высокоскоростных портов и 1 входящий (upstream). Настройки чипа позволяют выбирать способ питания устройства либо от шины USB (bus powered), либо от внешнего источника питания (self powered), а также переключать в экономичный режим питания как все, так и каждый порт в отдельности.
Возможности FT8U100AМ определяют достаточно широкую область использования, что делает её идеальным выбором в реализации таких решений, как концентратор универсальной последовательной шины, питающийся от шины, с возможностью добавления специфических функций.
Технология изготовления FT8U100AМ снижает напряжение питания микросхемы до 3,3 В, что значительно уменьшает электрические шумы. Низкий уровень шумов облегчает выпуск устройств, соответствующих FCC и CE требованиям. Кристалл помещён в 100-выводной QFP-корпус.
Увеличивающийся объём обрабатываемой информации и расширение сервисных возможностей ПК требуют увеличения пропускной способности каналов связи с периферийными устройствами. Недалёк тот день, когда COM2 и LPT, столь привычные заслуженным пользователям ПК, исчезнут с задней панели системного блока и перестанут существовать, а сменят их USB-порты.
Условное графическое изображение микросхемы FT8U100AМ представлено в соответствии с рисунком 1.6.
Рисунок 1.6
В таблице 1.2 приводятся данные о назначении выводов микросхемы и сигналах, поступающих на них.
Таблица 1.2
|
Номер контакта |
Наименование сигнала |
Назначение вывода |
Описание сигнала |
|
22, 21 |
UP1+, UP1- |
USB I/O |
Входящий порт USB |
|
25,24, 4, 3, 7, 6 10, 9, 13, 12, 16, 15, 19, 18 |
DN1+, DN1-DN2+, DN2-DN3+, DN3-DN4+, DN4-DN5+, DN5-DN6+, DN6-DN7+, DN7- |
USB I/O |
Выходящие порты USB |
|
34-37, 39, 40 |
PWR1#to PWR7# |
I/O |
Активный низкий уровень на выводе свидетельствует об ошибке подключения порта по выходу и отключает его. |
|
26-31, 33 |
OVL1#to OVL7# |
I/O |
Активный низкий уровень на выводе свидетельствует об ошибке подключения порта по входу и отключает порт. |
|
84-88, 90-92 93, 95-99, 23 26-31, 33, 34-37, 39-41, 42, 43, 45-48 |
P1 D0 to P1D7, P2D0 to P2D6, P3D0 to P3D6, P4D0 to P4D6, P5D0 to P5D5 |
I/O |
Основное назначение - индикация состояния портов ввода/вывода. Но могут выполнять и иные функции в мультиплексированном режиме |
|
42, 43 |
SPTX, SPRX |
I/O |
Данные приемо-передачи последовательного порта 1 |
|
97, 98 |
IRTX, IRRX |
I/O |
Данные приемо-передачи последовательного порта 2 или инфракрасный последовательный порт |
|
93, 96, 95 |
CRTX, CRXL, CRXH |
I/O |
Данные приемо-передачи последовательного порта 3 или инфракрасный последовательный порт |
|
46, 45 |
KCLK, KDAT |
I/O |
Интерфейсные сигналы Keyboard PS/2 |
|
48, 47 |
MCLK, MDAT |
I/O |
Интерфейсные сигналы Mouse PS/2
|
Продолжение таблицы 1.2
|
Номер контакта |
Наименование сигнала |
Назначение вывода |
Описание сигнала |
|
99, 23, 49 |
SCL, SDA INT# |
I/O |
Управление скоростью передачи данных |
|
92 |
FTIR |
I/O |
Инфракрасный приемник дистанционного управления |
|
64, 66, 68, 71, 73, 75, 77, 79, 78, 76, 69, 74, 81, 80, 82 |
RA0 to RA14 |
O |
Шина адреса внешнего ПЗУ |
|
56, 54, 52, 51, 53, 55, 62, 65 |
RD0 to RD7 |
I/O |
Шина данных внешнего ПЗУ |
|
72, 67, 50 |
ROE#, RWE#, RCE# |
O |
Сигналы управления записи/считывания внешнего ПЗУ |
|
61 |
RCCLK |
O |
Выход тактовых импульсов |
|
2, 3 |
TEST |
I |
последовательной канал тестирования микросхемы |
|
1 |
RST8K |
I |
Вход подключения отладочных средств фирмы FTDI |
|
58 |
CLMP# |
I |
Вход отключения работы генератора |
|
59, 60 |
XTIN, XTOUT |
I,O |
Выводы для подключения внешнего кварцевого генератора 48MHz |
|
100 |
RST# |
I |
Сброс кристалла. Активный низкий уровень |
|
14, 17, 44, 70, 94 |
VCC3 |
Vcc |
Напряжение питания +3,3 |
|
8, 11, 20, 32, 38, 57, 63, 83, 89 |
GND |
GND |
Общий вывод |
В таблице 1.3 приведены динамические характеристики микросхемы для высокой скорости.
Таблица 1.3
|
Обозначение |
Параметр |
Условия |
Min |
Тип |
Max |
Единицы измерения |
|
tr |
Rise time |
VDD = 3.0 to 3.6V CL = 50pF |
8 |
12 |
nS |
|
|
tf |
Fall time |
VDD = 3.0 to 3.6V CL = 50pF |
8 |
12 |
nS |
|
|
VCR |
Cross Over Voltage |
VDD = 3.0 to 3.6V CL = 50pF |
1.8 |
V |
||
|
trfmch |
Rise/Fall time matching |
VDD = 3.0 to 3.6V CL = 50pF |
90 |
110 |
% |
В таблице 1.4 приведены динамические характеристики микросхемы для низкой скорости
Таблица 1.4
|
Обозначение |
Параметр |
Условия |
Min |
Тип |
Max |
Единицы измерения |
|
tr |
Rise time |
VDD = 3.0 to 3.6V CL = 50pF |
85 |
215 |
nS |
|
|
tf |
Fall time |
VDD = 3.0 to 3.6V CL = 50pF |
95 |
255 |
nS |
|
|
VCR |
Cross Over Voltage |
VDD = 3.0 to 3.6V CL = 50pF |
1.6 |
V |
||
|
trfmch |
Rise/Fall time matching |
VDD = 3.0 to 3.6V CL = 50pF |
80 |
120 |
% |
1.4.2 Микросхема АТ93С46А
Условное графическое изображение микросхемы приведено в соответствии с рисунком 1.7, назначение выводов – в таблице 1.5.
Рисунок 1.7
Таблица 1.5
|
Наименование |
Функция |
|
CS |
Выбор кристалла |
|
SK |
Синхронизация последовательных данных |
|
DI |
Вход последовательных данных |
|
DO |
Выход последовательных данных |
|
GND |
Земля |
|
Vcc |
Напряжение питания |
|
ORG |
Внутренняя организация |
|
DC |
Не подключен |
В соответствии с рисунком 1.8 показана внутренняя структура микросхемы.
Временные диаграммы работы микросхемы представлены в соответствии с рисунком 1.9.
а) режим синхронизации
б) режим чтения
Рисунок 1.9
1.5 Описание принципа работы концентратора по схеме
электрической принципиальной
Рассмотрим конкретную реализацию концентратора USВ на принципиальном уровне. Его схема приведена в графической части дипломного проекта.
Как видно из схемы, центральным звеном устройства является микросхема D9 FT8U100АМ, которая обеспечивает все основные функции НUВ. Непосредственно к ней подключена микросхема постоянной программируемой памяти D6. В этой микросхеме хранятся микропрограммы, используемые концентратором для работы с некоторыми внешними устройствами. Входящий поток USВ подключается к разъему Х2. Конденсаторы С24 и С27 гасят высокочастотные помехи на шине данных потока USВ. Через согласующие резисторы R28 и R29 дифференциальный поток данных поступает на вход микросхемы концентратора D9. Транзистор V2 обеспечивает подключение подтягивающего резистора R31 для установки максимальной скорости обмена по интерфейсу. Узел сброса всего устройства выполнен на элементах R22, R23, R25, С8 и V1. Задающий генератор построен на В1, С25, С28, R20 и R21. Элементы L1, С18 и С23 обеспечивают стабильный запуск и работу кварцевого резонатора на третьей гармонике резонансной частоты, которая составляет 48 МГц. Микросхемы D1 и D2 с элементами R1-R4, R6-R9, R11-R14, R15-R18 и С3, С4, С10, С11 обеспечивают ограниченное по току питание выходных портов USВ. Регистры D3 и D4 формируют сигналы управления индикацией, выполненной на светодиодах НL1-НL11, резисторах R33-R43 и транзисторах V3, V4. Светодиоды отображают состояние портов при работе концентратора. Светодиоды НL1-НL7 являются двухцветными и отображают состояние выходных портов USВ. Так, свечение светодиода желтым цветом означает низкую скорость потока USВ с подключенным к данному порту устройством. Зеленый цвет указывает на максимальную скорость работы по этому порту. При включении питания концентратора все светодиоды должны зажечься на короткое время, что говорит о правильной инициализации всех его внутренних устройств. Микросхема перепрограммируемой памяти D7 используется для хранения сведений об устройстве (его название, коды производителя и т. д.). Она программируется внутрисхемно, о чем будет сказано ниже. Преобразователь уровней сигналов D8 совместно с элементами С1, С22, С29, С30 обеспечивает преобразование уровней сигналов СОМ-порта, выведенных на разъем Х4 в соответствии со стандартом RS-232. Цепочка элементов R32, С31 служит для снижения помех. Выходные потоки USВ портов и интерфейсные сигналы клавиатуры и «мыши» выведены на разъемы Х5-Х13 через согласующие фильтрующие и корректирующие элементы С32-С72 и R44-R65. Самовосстанавливающиеся предохранители F1-F9 обеспечивают дополнительную защиту концентратора от выхода из строя при возникновении коротких замыканий в его выходных питающих цепях.
Питание концентратора осуществляется от внешнего источника напряжением +5 В мощностью не менее 20 Вт, что обусловлено необходимостью обеспечения энергией всех подключаемых к концентратору внешних устройств. Этот источник подключается к разъему Х1. С помощью стабилизатора D5 из +5 В формируется напряжение +3,3 В, необходимое для питания внутренних элементов концентратора. Конденсаторы, подключенные к цепям питания, предназначены для фильтрации питающих цепей.
После сборки концентратора необходимо запрограммировать микросхему перепрограммируемой памяти ЕЕРRОМ D7, включенную в его состав. Для этого существует специальная программа е2рrоg.ехе. Перед ее запуском необходимо установить драйверы виртуальных портов VСР. Установка этих драйверов начинается автоматически после подключения концентратора к компьютеру с помощью стандартного кабеля USВ и подключения его к источнику питания через разъем ХР. Запуская процедуру установки нужно помнить, что перед установкой драйверов необходимо убедиться в том, что в вычислительной системе имеется порт USВ и он разрешен в опциях BIOS SЕТUР. После запуска программы е2рrоg.ехе.на экране монитора появится основная форма программы, которую необходимо заполнить. Далее необходимо выбрать в меню Device функцию Advanced Setup и в появившемся окне отметить поля подключенных портов. Первые семь из этих портов являются портами USВ. Порт 8 является последовательным СОМ-портом, а девятый порт поддерживает клавиатуру и «мышь». Если при изготовлении концентратора некоторые из этих портов не устанавливались на плату, то и отмечать их в конфигураторе не следует. Флажок в поле Р1ug and Р1ау устанавливается, если необходима поддержка данной функции для подключаемых к концентратору устройств.
Далее следует выполнить операцию программирования микросхемы D7. Для этого необходимо выполнить в меню Device функцию Рrogram. Результат программирования будет отображен на экране монитора.
После успешного программирования можно выполнить тестирование СОМ-порта концентратора, если он присутствует на плате. Для этого потребуется тестирующий кабель. Запускается тест функцией Теst из того же меню Device. Результат тестирования также будет отображен на экране монитора.
В концентраторе присутствует еще одна микросхема памяти D6, которая является однократно программируемой (ОТР RОМ) и служит для хранения микропрограмм. Данные микропрограммы позволяют выполнить более гибкую настройку конфигурации подключаемого устройства. После выполнения всех перечисленных операций концентратор готов к работе.
Компьютер
HUB
HUB
1
2
3
6
5
4
89
83
63
57
38
32
20
11
8
GND
GND
GND
GND
GND
GND
GND
GND
GND
VOC3
VOC3
VOC3
VOC3
VOC3
14
17
44
70
94