標簽：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中，嵌入式系統由于功耗低、設備體積小、安全性高等優點，已經得到越來越廣泛的應用。通用串行總線（USB）是由Inter、 Microsoft、IBM和NEC等共同制定的微機總線接口規范，具有較高的傳輸速率，支持即插即用，占用系統資源少，擴展能力強。在嵌入式系統的應用中，幾乎不可避免與PC機的通信，由于通信速度的要求以及計算機硬件高速發展，傳統的RS232接口已經越來越不能滿足用戶的需求，所以在嵌入式系統中USB接口的實現勢在必行。

　　系統控制模塊設計

　　系統控制模塊的核心處理器為P89C52，由于其接口有限，同時完成系統控制和USB接口控制將十分困難。而從系統成本、開發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上完成多項任務。由指紋自動識別系統的特點來看，系統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控制和系統控制可以采用時分復用的方式進行。由此，利用一個電平轉換芯片和一個8總線收發器來控制數據的選通及流向，以保證系統能夠正常工作。

　　系統USB接口設計

　　USB接口硬件主要以接口芯片PDIUSBD12為中心，設計它與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供電方式，為全速USB設備接口。設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K1選擇，當K1接MVCC時，系統為自供電方式；當K1接UVSB時，為總線供電方式。當系統處于自供電方式情況下，系統通過 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VUSB移開時EOT_N變為低，并且此時自供電電源與USB 總線之間只能共地，同時設備不能通過USB口向VBNS輸出電流。

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

　　PDIUSBD12片上GL_N引腳通過外接發光二極管來指示系統工作狀態，在USB枚舉過程中，LED指示根據通信狀況間歇閃爍；當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（帶應答）將關閉LED；處于掛起狀態時LED將會關閉。

　　片上時鐘發生電路采用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品制造過程中產生EMI（電磁干擾效應） 的風險，因為外部線路的頻率越高，其EMI效應也會越強，而在片外電路采用較低頻率并在芯片內部進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，為了減小系統的EMI，在USB連接器輸入側的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通信協議的復雜性，相當一部分工作由硬件電路來完成，所以對硬件電路設計的準確性要求非常嚴格，布線要合理要盡量減少分布電容和電磁干擾的影響，硬件電路的質量將直接影響到數據能否正常傳輸。