USB-GPIB控制器的硬件电路设计

1 系统总体设计方案
硬件电路的设计分为硬件和固件两部分。硬件要实现PC机与USB芯片的通信以及USB与GPIB接口逻辑之间的通信；同样，固件也要满足USB接口和GPIB逻辑协议。设计思路就是USB接口与PC机实现通信，并且提供给GPIB的信号线，最终建立两者之间的通信，硬件总体框图如图1所示。

USB主芯片选取了Cypress公司CY7C68013控制芯片，芯片结构如图2所示。CY7C68013集成了以下特性：USB2.0收发器、SIE(串行接口引擎)和增强型8051微处理器；8051程序从内部RAM开始运行；4个可编程BULK／INTERRUPT／ISOCH-RONOUS端点；8位 16位外部数据接口；通用可编程接口(GPIF)；3.3V电源系统；矢量USB中断；独立的数据缓冲区供SETUP和DATA包控制传输；集成I2C控制器，频率可达100或400 kHz；4个FIFO，可与ASIC和DSP等无缝连接；专门的FIF0和GPIF自动矢量中断。
美国NI公司推出的TMS9914控制芯片是一款高性能CMOS的GPIB接口专用芯片，满足IEEE488协议的要求；工作在TMS9914模式下，能够将GPIB母线上的信号按照GPIB协议进行解码和译码转换为用户可用的格式，同时将用户发过来控制GPIB的信号进行处理，按照协议要求发送到GPIB母线上；内部有16个寄存器，分成两组，一组是只写寄存器，有8个；另一组是只读寄存器，有8个。TMS9914内部各个寄存器的状态决定或标志着芯片及GPIB的工作状态。在GPIB接口设计中，只有通过编程对寄存器进行正确编排，才能实现对GPIB的各种操作。

2 硬件设计
2. 1供电方式
设计中采用了USB总线供电方式。USB接口从PC机能获取的电压为5V，而USB控制芯片CY7C68013的工作电压为3.3V，GPIB控制芯片TMS9914的工作电压为5V，所以本设计中选用了Maxim公司的MAX882进行电压变换。从PC经USB电缆到B端口来的5V电源，
经去耦合和滤波电路后直接提供给系统中要求在5V正常工作的芯片，如TMS9914、75LS160、75LSl62等；而经MAX882分压后得到3.3V则提供给USB控制芯片CY7C68013以及LVC245。这样就可保证整个控制器正常工作。电路中的SN7524，是专门为USB接口电路设计的，抑制USB数据线的瞬时电气噪声，如图3所示。

2.2 外接EEPROM电路
系统上电后，USB内核首先检查I2C总线上是否有EEPROM。如果有，并且其第一位数据是0xC2，则EZUSB FX2将EEPROM中的内容全部拷贝到内部RAM中，然后重列举，并开始执行RAM中的固件程序。由于CY68013芯片已经将I2C总线集成，设计转化为对I2C总线上挂接的EEPROM的设计；由于采用的是24LC64的EEPROM，整个串行I2C总线电路实现的原理如图4所示。

3 固件程序设计
    本设计针对的主芯片CY7C68013是以软件为框架的IC。CY7C68013芯片的固件开发所使用的集成开发环境为KEIL μVision2，编程语言为德国Keil公司的C51。把编辑、编译、汇编、连接、调试等各阶段都集成在一个程序内，先用编辑器编写程序，接着调用编译器进行编译、连接后直接运行，因此可以缩短开发周期。
    固件程序负责处理PC机发来的各种请求，主要负责设备与外围电路进行数据传输。完成一个完整的事务传输，除了开发环境Keil包括的文件，还需要Fw.c(固件架构原是程序代码)、Dscr．a51(USB描述符表)、Ezusb．lib(EZUSB函数库对象程序代码)、Periph．c(用户函数，也就是设计中实现GPIB功能要编写的函数)以及相关的中断跳转函数USBjmpTB．OBJ。功能函数里的TD_Poll()负责完成用户指定的功能，应该包括一个执行用户外围功能的状态机。从这个函数返回的话，高优先级的任务应该首先执行。
    void TD_Poll(void)
    if(!(EP2468STAT＆bmEP2EMPTY)){
    if(!(EP2468STAT＆bmEP6FULL))／／判断端点2的FIFO缓冲区是否满
    {APTRlH=MSB(＆EP2FIFOBUF)；／／自动指针1
    APTRlL=LSB(＆EP2FIFOBUF)：
    AUTOPTRH2=MSB(&EP6FIFOBUF)；／／自动指针2
    AUTOPTRL2=LSB(＆EP6FIFOBUF)；
    count=(EP2BCH<<8)+EP2BCL；
    for(i=0x0000；l<count；i++){
    EXTAUTODAT2=EXTAUTODAT1；／／将端点2中断的数据复制到端点6
    }
    EP6BCH=EP2BCH；／／设置端点6的字节数
    SYNCDELAY；
    EP6BCL=EP2BCL，
    SYNCDELAY：
    EP2BCL=0x80；} ／／设置端点6的字节数