基于USBHOST方式的相机控制技术研究

摘要随着国民经济和科学技术的发展，工业自动化水平不断提高，随着计算机技术的快速发展，USB移动存储设备的使用已经非常普遍，因此在一些需要转存数据的设备、仪器上使用USB移动存储设备接口的芯片便相继产生了，CH375就是其中之一，它是一个USB总线的通用接口芯片，支持HOST主机方式和SLAVE设备方式。已广泛应用于工业生产，国防建设，商业，交通，金融，办公自动化以及家庭安防。本文所介绍的系统就是由单片机控制数字相机的仪器。该系统由嵌入式系统控制模块、USB主机模块、USB设备模块、单片机仿真模块4个模块组成，采用基于USB-HOST技术的CH375芯片进行通信，研制控制数字相机工作，进而取代笨重的电脑，实现数字相机的拍摄，图像的存取等功能。图像数据提取部分采用了USB接口技术，使数据的提取方便而快捷。关键词：CH375USB-HOST技术USB通信ABSTRACTWiththedevelopmentofscienceandtechnology,thelevelofautomationimprovescontinually.Intelligentvideosurveillanceistakingtheplaceofhumanlocalsurveillance.Inrecentyears,videotechnologyhasbeendevelopedrapidly,anditiswidelyusedinindustry,nationaldefense,commerce,traffic,finance,officeautomationandhomesecurity.Inthispaper,aintrusionalarmandimage-recordsystemisdescribed,theFlashmemorytechnologyhasbeenapplied,itrecordstheimagesofsomecertainlocaleandprovidesinformationforpostmortem.Thissystemhaslittlevolumeandbecausehasit'sownmemorychip,itcanbeinstalledandusedindependently.Theproposedsystemiscomposedoffourpartswhichcontainhumanbodydetectionmodule、infraredlightingsource、centrecontrolmodule、WirelessCommunicationmodule、alarmmodule.Usinghumanbodydetectsystembasedonpyroelectricinfraredsensordevelopingdigitalimagerecordandmemorysystem,detectingtheinvadedpeople,alarmbythetelephonewiththeEmbeddedCPU,thesystemcandetecttheaninvader,recordandstoragetheimagesofsomecertainlocaleandtelephonealarm.Inordertoenhanceimagegatheringfacilityaswellastheimagedatatransmissionspeed,thecamerahasusedtheUSBconnection.Keywords:CH375USB-HOSTUSBCommunication目录摘要ABSTRACT目录第一章绪论..........................................错误!未定义书签。§1.1课题的提出、研究目的及意义........................................4§1.2系统的组成及主要器件..............................................5§1.3本章小结..........................................................4第二章系统的总体方案设计..............................................5§2.1CH375工作原理简介.................................................5§2.2成像器件选择.................................................................7§2.3存储器相关介绍...................................................14§2.4本章小结.........................................................24第三章系统的硬件设计.................................................22§3.1USB-HOST部分....................................................22§3.2主从通用电路.....................................................23第四章系统的软件设计.................................................24§4.1主机端发送数据...................................................24§4.2主机端接收数据...................................................26§4.3实际程序.........................................................27第五章在调试中遇到的问题及其解决方案.................................29§5.1在系统调试中遇到的问题............................................29§5.2原因分析.........................................................29§5.3解决方案的讨论...................................................30参考文献...............................................................35第一章绪论§1.1课题的提出、研究目的及意义计算机系统按照其功能配置和应用范围分为通用计算机系统和嵌入式系统两大类。通用计算机系统拥有强大的标准硬件配置和软件平台，提供多种应用软件供用户使用。嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础的，嵌入到对象体系中的软、硬件可裁减的专用计算机系统。嵌入式系统必须满足特定对象系统的应用和功能要求，往往在功能、可靠性、成本、体积和功耗等方面有严格的要求和限制。嵌入式系统广泛应用于制造工业、过程控制、仪器仪表、军事装备和消费类产品等领域，通常具有较少数的专用功能，在某些特定环境中还具有实时性、稳定性、安全性及资源占用和能耗等的特殊要求。事实上，许多通用计算机系统的外围设备都包含了嵌入式系统，以方便数据交互和实现更强大的功能。USB标准是为解决传统总线不足而提出的一种新型的串行总线标准。在早期计算机系统中，常使用串行端口或并行端口连接外围设备，这些接口通常都是点对点的连接，一个接口对应一个设备，接口扩展必须添加相应的接口卡来支持，由于这种种局限性的存在，USB应运而生了。当前，USB标准因其速度快，安装简便，连接容易，支持热插拔，占用主机资源少，易于扩展等特点而在移动数据交换和存储中得到了普遍的应用，真正的体现了数据交换的可移动性和便捷性，刺激了IT业的发展，便利了人们的生活。但是，这些应用通常以通用计算机作为主机实现，即必须通过PC机进行数据交互，而不同的USB器件间无法实现自由的交互和控制。随着uSB应用领域的逐渐扩大，人们对USB的期望也越来越高，希望USB能够应用在没有PC的领域中，例如在数据采集系统、工控平台下使用USB移动存储设备以存储数据，扩充容量;在各种嵌入式平台下直接使用USB接口的应用设备以扩展接口和方便操作。因此嵌入式UsB主机系统的研究顺应了IT业的发展，进一步体现了数据交换的移动性和便捷性，具有实用的价值和意义。如应用于数码相机，可作为存储扩展或直接驱动USB打印机打印相片。论文系统的分析和介绍了应用USB接口芯片CH375A的USB-HOST主机接口功能与USB普通设备实现控制和数据交换功能，在此基础上，争取实现对具有USB接口的数字相机的控制参数写入。实现单片机与USB设备的接口。§1.2系统的组成及主要器件本系统主要包括嵌入式控制器(单片机)、人机接口、USB接口芯片(CH375A)，其系统框图如图1.1所示。图1.1系统整体框图控制器采用SST89E564RO，这是一款增强型51系列的单片机。控制器通过CH375A对相机进行控制操作。SST89E564RD内部集成TIK的RAM，可以在传输数据时做文件系统的缓冲区用。人机接口包括按键和LED显示屏.按键用于执行各种规定的操作，如:拍摄、设置参数、删除文件等，LED则用于显示相机拍摄状态。USB接口芯片CH375A是整个系统的核心，用来控制USB总线接口和相机进行命令和数据交换。它可以被看作是一个硬件、固件和软件的综合体.§1.21USB简介USB是由世界著名计算机和通信公司等共同推出的新一代接口标准，全称为UniversalSerialBus（通用串行总线）[1]，是一种快速、灵活的总线接口。它是为了解决日益增加的PC外设与有限的主板插槽和端口之间的矛盾而制定的一种串行通信标准。USB应用十分广泛，并具有下述优点：1、适用于多种外设，使它不需要为不同的外设准备不同的接口和协议；2、Windows能自动检测到USB设备的热插拔，并自动配置；嵌入式控制器Ch375芯片USB设备（数字相机）人机接口3、PC机上的接口线非常紧缺，而USB设备并不需要用户设置端口故无论从用户使用方便性，或从对资源的占用方面看，USB都很优秀；4、当接入一个USB设备时，全速USB接口可达12Mbit/s。考虑到状态、控制和出错信息，最大理论速度仍可达到9.6Mbit/s，这是其他串行接口协议所不能比拟的，且USB也支持1.5Mbit/s的低速传输。5、USB接口芯片价格低廉，这也大大促进USB设备的开发与应用。在USB出现之前，计算机典型接口有并行口、串行口、鼠标口、键盘口、显示器口，及各种卡式接口等，与这些接口对应的有各种不同的电缆，在传输速度方面，这些接口都存在速度偏低的问题。在技术方面，这种设计容易产生I/O冲突，中断不够用，以及对于每一种新的外设都必须设计新的接口卡等缺点。当今的计算机外部设备，都在追求高速度和高通用性。USB接口适应了这种要求，并以其速度快、使用方便、成本低等优点，迅速得到了众多PC厂商和半导体厂商的大力支持，外设向USB过度成为必然趋势。§1.22CH375的主要特点CH375是一种通用USB总线接口芯片,支持USB-HOST方式和USB-SLAVE方式,在本地端CH375具有8位数据总线和读、写、片选控制线以及中断输出4条控制总线,可以方便地挂接到单片机等控制器的系统总线上。CH375芯片内部集成PLL倍频器、数据缓冲区、主从USB接口SIE、被动并行接口、异步串行接口、命令解释器、控制传输的协议处理器、通用的固件程序等。各部分的作用如下:1)PLL倍频器用