摘 要随着现代科技的发展，微处理器的通信技术广泛应用到数码产品、家用电子电器等众多领域。USB通信具有传输速率高、通用性强和支持热插拔等特点,被普遍应用于计算机通信领域，是极具代表性的现代通信技术。本文主要论述了USB通信的系统结构及其工作方式，其中USB通信的系统设计和程序编写以现场可编程门阵列技术为基础，利用ISE软件进行设计综合；对USB通信例程的仿真利用了MODELSIM软件，分析了数据传输时的波形，得出的仿真结果与理论分析基本一致。
目 录
第一章 概述 1
1.1研究背景及其发展趋势 1
1.2 USB通信的目的和意义 1
1.3论文研究内容 2
第二章 USB通信的工作原理 3
2.1 USB接口系统介绍 3
2.2 USB数据传输 4
2.3 USB接口电路 4
第三章 USB通信的设计 7
3.1 USB芯片的选择 7
3.2 CY7C68013A和通信时序 7
3.3硬件描述 9
第四章 基于FPGA的USB通信电路的仿真 12
4.1关于ISE的介绍 12
4.2仿真过程及其仿真波形图 12
4.3仿真结果分析 14
4.4仿真中遇到的问题和解决方案 14
结束语 15
致 谢 16
参考文献 17
附录A 18
附录B 19
第一章 概述
1.1研究背景及其发展趋势
USB是一种串行总线，可以在主机和具有即插即用特性的各式各样的外设之间进行数据的传输。为了让各种设备之间分享带宽则必须由主机设定的标准的协议才可以完成。要想总线允许增加、设置、使用甚至拆除外设只有在其他的设备和主机在运行的时候才可以进行。因为USB接口拥有即插即用等的这些多数设备无法拥有的特性，所以USB接口现在被广泛应用于各种计算机外设和其他的电子产品中。USB的名称来源于Universal Serial Bus英文的缩写，最初USB是由Compaq , Digital ,Equipment,IBM,Int *景先生毕设|www.jxszl.com +Q: #351916072# 
el,Microsoft,Nec以及Northern Telecom等七家公司共同提出并制定的一种计算机外部设备连接的规范，所以这使得USB拥有双向、快速、即插即用和价格低的有点。USB接口版本经过了多年的发展演化，有了被广泛使用的USB2.0版本，被大规模推广的USB3.0版本。USB接口最大的优点就是USB1.1版本中，速率可以达到1.5MB/s，在USB2.0中，速度就已经可以达到60MB/s，而到了USB3.0版本速率更是达到了难以想象的600MB/s。USB几乎应用到了所有种类的外设上面，例如从优盘到影音播放器，从数码相机到打印机等等，USB几乎应用到了所有种类的外设上面，所以USB外设种类繁多。
数码产品和电脑外设的不断更新换代，使得各种设备之间的接口以及互连成为开发各类数码电子产品非常关键的问题。早期的外设是RS232，但是由于这种总线的种种缺点，例如传输速率慢、无法热插拔等等，RS232已经无法满足变化较快的计算机和外部设备通信。虽然后面开发出来的1394总线和USB总线解决了上述问题，但是由于1394总线价格较高，USB总线以其较高的性价比在计算机接口领域得了普遍的应用，1394总线没有被广泛采用。随着相关学科的快速发展，世界范围内大部分的电子设计工程师更倾向于应用以FPGA为代表的可编程逻辑器件，现在已广泛的应用在了各个不同的领域，例如医疗、数码等等。
1.2USB通信的目的和意义
为了按照通用性原则来设计，Cypress公司的设计的EZ_USB系列、Motorola的MC68HC08系列、Inter的8x930HX、8x930A系列等都将通用微处理器嵌入到接口芯片中。虽然这类芯片开发相对比较方便简单，但是价格相较于其他的芯片都偏高。
专用的USB接口芯片有NEC的PD720100、VIA的VT6202、NS的USBN9602、USBN9603、Philips的PDIUSBD11、Net Chip的Net2888、朗讯的USS820/825等等。而且这类芯片价格低、易于连接、最主要的是可靠性高便于便携式仪器的开发。
随着数字媒体的遍及以及传输文件的不断的增大，快速同步即时传输已经成为无法缺少的性能需求，USB2.0的速度已经无法再继续满足外设应用的需求。为了满足应用的不断需求因特尔公司与业界领先的公司一起携手成立了研究USB3.0的推广组，目的在于开发速度超过当今超高效USB互连技术，即USB3.0技术。
基于FPGA的USB通信接口采用了自顶向下的设计方法，缩小了设计的复杂程度，让整个设计结构更加清晰明了。因为FPGA拥有现场可编程性能，可以提高系统设计的灵活性，所以在设计时编写时采用硬件描述语言，这样可以提高USB接口的传输速率。
1.3论文研究内容
本课题主要研究目的是基于FPGA的USB通信的分析，因为USB接口可以替代现有计算机的外围接口，所以USB接口技术成为数据传输以及数据采集重要接口之一。
本文设计了一个USB通信接口电路，采用FPGA黑金开发板，利用ISE联合MODELSIM进行仿真，并对仿真结果进行分析。
第一章主要描述USB通信技术发展背景趋势，明确毕业设计的主要研究内容及方向。
第二章主要介绍USB通信的工作原理，分析电路系统结构原理及通信的工作过程。
第三章对电路结构设计的器件及器件的工作原理进行重点分析，给出USB芯片的功能，USB芯片引脚结构在附录中显示。
第四章使用了FPGA黑金开发板以及Modelsim 软件进行仿真，并对仿真出来的波形进行分析。
第二章 USB通信的工作原理
USB是可以进行热拔插的通用串行总线中的串行接口线路，其中USB的优点是速度快、双向传输、数据同步、价格便宜。
2.1USB接口系统介绍
开发人员把USB的接口系统总共分为了两个部分：主机部分和USB设备部分，每个部分都可以分为功能层、USB设备层以及USB总线接口层这三个逻辑层。USB接口系统结构如图21所示。

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