پیشگفتار

در مدتی که به عنوان کار آموز در این شرکت فعالیت داشتم کارهای مختلفی انجام میشد که از آن جمله میتوان به نصب شبکه و سخت افزار کامپیوتر و همچنین به صورت محدود طراحی وساخت پاره ای از پروژه های الکترونیکی اشاره کرد.

اینجانب از طرف مسئول کار آموزی در قسمت سخت افزار مشغول به کار شدم. در این قسمت کارهای مختلفی انجام میشد مانند اسمبل کردن قطعات کامپیوترو تعمیرات قطعات مختلف آن و... .

هر مهندس الکترونیک باید به حد کافی با سخت افزار کامپیوتروارتباط اجزای مختلف آن با یکدیگر آشنا باشد.

ارتباط کامپیوتر با خارج از آن به خصوص با مدارات مختلف الکترونیکی یکی از مسائلی است که به شدت مورد توجه مهندسان الکترونیک و طراحان می باشد.

ارتباط کامپیوتر با دنیای خارج از طریق پورتهای آن می باشد. پورت سریال پورت موازی پورت USBو... . یکی از پورتهایی که به شدت مورد توجه قرار گرفته پورت USB می باشد من نیز از این فرصت استفاده کرده و به بررسی این پورت پرداختم گسترش این پورت به گونه ای است که حتی پرینترهای جدید و قطعات جانبی دیگر مانند ماوس و اسکنر و ... به گونه ای طراحی شده اند که به این پورت وصل می شوند در ادامه به بررسی این پورت و آی سی های جانبی آن پرداخته می شود 

 مقدمه

USBيك مدار واسطه سريع و قابل انعطاف براي اتصال دستگاهها به كامپيوتر است. همة كامپيوترهاي امروزي حداقل يك جفت پورت USBداند. اين پورت قابل استفاده توسط تمام ابزارهاي جانبي استاندارد از جمله صفحه كليد، ماوس، ديسك‌گردانها و حتي دستگاههاي تخصصي‌تر، مي‌باشد.USBاز ابتدا به منظور ايجاد رابطي راحت و آسان طراحي گرديده است كه در آن كاربر نياز به پيكربنديهاي سخت‌افزاري و نرم‌افزاري ندارد.

به طور خلاصه، USBبا مدار‌هاي واسط قبلي بسيار متفاوت است. يك دستگاه USBقادر است كه چهار نوع پاسخ دهد كه به وسيلة آنها كامپيوتر، دستگاه را شناخته و آماده تبادل داده با آن مي‌شود. همة دستگاهها بايد بر روي كامپيوتر داراي راه‌اندازي باشند كه به عنوان پلي بين برنامة كاربردي و سخت افزار USBعمل مي‌كند.

براي ارتقا و ساخت يك دستگاه USBو طراحي نرم‌افرهاي ارتباط با آن، شما بايد اطلاعاتي دربارة چگونگي نحوة كار سيستم عامل كامپيوتر داشته باشيد. همچنين بايد تراشة كنترلي، كلاس و روشهاي ارتقا پروژه‌تان را معين كنيد

سرآغاز

مطالعه در زمينه سخت افزارهاي كامپيوتري معمولاً مستلزم داشتن اطلاعات قبلي در اين زمينه است. هر نوآوري در اين صنعت بايد قابل تطبيق با پديده‌هايي باشد كه قبل از آن آمده‌اند. اين مسئله هم در مورد كامپيوترها و هم در مورد وسايل جانبي آنها صدق مي‌كند. حتي وسايل جانبي‌اي كه به نوبة خود انقلابي را در زمينه سخت‌افزار ايجاد كرده‌اند، بايد از رابطهايي استفاده كنند كه كامپيوتر‌ها از آنها پشتيباني كنند.

اما اگر امكان طراحي يك رابط وسايل جانبي را داشته باشيد، چه نكات و خصوصياتي را مد نظر قرار خواهيد داد. در اينجا فهرستي از آنچه كه ممكن است مورد نظر شما باشد آورده شده است:

كاربرد راحت:به گونه‌اي كه نيازي به آشنايي با جزئيات نصب نخواهيم داشت.

سرعت:به گونه‌اي كه رابط باعث پايين آمدن سرعت ارتباط نشود.

قابليت اطمينان:به گونه‌اي كه خطا‌ها كاهش يابد و امكان اصلاح خودكار خطا‌هايي كه اتفاق مي‌افتد وجود داشته باشد.

قابليت تطبيق:به گونه‌اي كه انواع مختلفي از وسايل جانبي بتوانند از اين رابط استفاده كنند.

ارزانقيمت:به گونه‌اي كه كاربران (و كارخانه‌هايي كه از اين رابط براي توليدات خود بهره مي‌برند) متحمل هزينه زيادي نشوند.

صرفه جويي در مصرف انرژي:به منظور كاهش مصرف باتري در كامپيوتر‌هاي قابل حمل.

شناخته شده توسط سيستم عامل‌ها:به گونه‌اي كه ارتقادهندگاني كه از اين رابط براي ارتباط با وسيله جانبي خود استفاده مي‌كنند مجبور به نوشتن راه اندازهايي نزديك به زبان ماشين نباشند. 

  فهرست مطالب:

مقدمه………………………………………………………………………………………………………………..۱

سرآغاز………………………………………………………………………………………………………………۲

کاربرد راحت………………………………………………………………………………………………………۴

- یک رابط برای همه دستگاهها ……………………………………………………………….۴

- پیکربندی خودکار…………………………………………………………………………………۴

- به دور از تنظیمات کاربر………………………………………………………………………..۴

- آزاد کردن منابع سخت‌ افزاری برای وسایل جانبی ………………………………….۴

- سادگی کابل…………………………………………………………………………………………۵

- Hot pluggable………………………………………………………………………………….5

- عدم احتیاج به منبع تغذیه……………………………………………………………………۵

سرعت………………………………………………………………………………………………………………۶

قابلیت اطمینان………………………………………………………………………………………………….۷

قیمت پایین……………………………………………………………………………………………………….۷

صرفه‌جویی در مصرف انرژی……………………………………………………………………………….۷

قابلیت انعطاف……………………………………………………………………………………………………۸

پشتیبانی توسط سیستم عامل…………………………………………………………………………….۹

پشتیبانی وسیله جانبی……………………………………………………………………………………..۱۰

مجمع ابزار آلات USB………………………………………………………………………………………11

این پورت کامل نیست……………………………………………………………………………………….۱۲

- از دید کاربران…………………………………………………………………………………….۱۲

- پشتیبانی نشدن توسط سخت افزارهای قدیمی……………………………………..۱۲

- محدودیت سرعت……………………………………………………………………………….۱۳

- محدودیت فاصله…………………………………………………………………………………۱۴

- ارتباطات نظیر به نظیر…………………………………………………………………………۱۴

- تولیدات شکل‌دار………………………………………………………………………………..۱۴

- از دید ارتقاء دهندگان…………………………………………………………………………۱۵

- پیچیدگی پروتکل……………………………………………………………………………….۱۵

- پشتیبانی در سیستم عامل………………………………………………………………….۱۵

- گیرهای سخت افزاری………………………………………………………………………….۱۶

- مبالغ………………………………………………………………………………………………….۱۶

USB در برابر IEEE _ 1394………………………………………………………………………….17

حداقل نیازهای کامپیوتر……………………………………………………………………………………۱۷

- کنترل کننده میزبان……………………………………………………………………………۱۸

- سیستم عامل……………………………………………………………………………………..۱۸

- اجزا……………………………………………………………………………………………………۱۸

- اجزای یک اتصال………………………………………………………………………………..۱۹

- تجهیزات لازم برای ارتقاء…………………………………………………………………….۲۰

- انتخاب تراشه……………………………………………………………………………………..۲۱

اجزای یک کنترلر USB………………………………………………………………………...21

- پورت USB ……………………………………………………………………………………….22

- بافرهای داده USB …………………………………………………………………………….22

- CPU………………………………………………………………………………………………..23

- حافظه برنامه………………………………………………………………………………………۲۴

- حافظه داده ……………………………………………………………………………………….۲۶

- رجیسترها………………………………………………………………………………………….۲۶

- I/O های دیگر……………………………………………………………………………………۲۶

- ویژگیهای دیگر………………………………………………………………………………….۲۷

ساده سازی پروسه ارتقاء………………………………………………………………………………….۲۷

- انتخاب معماری…………………………………………………………………………………..۲۷

- تراشه‌هایی که از ابتدا برای USB طراحی شده‌اند………………………………..۲۸

- تراشه‌هایی بر اساس خانواده‌های آشنا…………………………………………………۲۸

- تراشه‌هایی که به میکرو کنترلرهای خارجی متصل می‌گردند………………….۲۹

- مرجع خصوصیات تراشه……………………………………………………………………..۳۰

- برنامه تراشه نمونه………………………………………………………………………………۳۰

- انتخاب راه انداز………………………………………………………………………………….۳۰

- ابزارهای اشکال‌زدایی………………………………………………………………………….۳۱

- بردهای ارتقا از فروشندگان تراشه……………………………………………………….۳۱

- بردهای از منابع دیگر………………………………………………………………………….۳۲

- نیازمندیهای پروژه……………………………………………………………………………..۳۳

نگاهی به بعضی از تراشه‌ها……………………………………………………………………………….۳۵

- EnCore محصول شرکت سیپرس………………………………………………………۳۵

- معماری CPU……………………………………………………………………………………35

 کنترلر USB……………………………………………………………………………………..36

- EZ _ USB شرکت سیپرس………………………………………………………………۳۷

- معماری CPU……………………………………………………………………………………37

- کنترلر USB……………………………………………………………………………………..38

PCI 16C7X5 شرکت میکروچیپ ………………………………………………………………….۴۲

- معماری………………………………………………………………………………………………۴۲

- کنترلر USB………………………………………………………………………………………42

NET 2888 شرکت نت چیپ

- کنترلر USB

USB 9603 شرکت National Semiconductor……………………………………………..44

- کنترلر USB………………………………………………………………………………………46

PDIUSBD 11/1 محصول فیلیپس…………………………………………………………………۴۶

- معماری……………………………………………………………………………………………..۴۶

- کنترلرهای USB……………………………………………………………………………….47

Strong ARM اینتل………………………………………………………………………………………۴۷

- کلاسهای دستگاهها……………………………………………………………………………۴۸

- استفاده از کلاسها………………………………………………………………………………۴۸

- اجزای یک مربع خصوصیات کلاس……………………………………………………….۴۹

- کلاسهای تعریف شده………………………………………………………………………….۵۰

- مطابقت یک دستگاه با یک کلاس ……………………………………………………….۵۲

- وسایل جانبی استاندارد………………………………………………………………………۵۲

- صفحه کلید ، ماوس و دسته بازی ………………………………………………………..۵۲

- دستگاههای انبارش توده‌ای………………………………………………………………..۵۳

- چاپگرها……………………………………………………………………………………………۵۵

- دوربینها و اسکنرها ……………………………………………………………………………۵۵

- برنامه‌های صوتی………………………………………………………………………………..۵۶

- مودم‌ها……………………………………………………………………………………………..۵۷

- کاربردهای غیر استاندارد……………………………………………………………………۵۷

- دستگاههایی که داده‌ها را با یک سرعت کم منتقل می‌کنند………………….۵۸

- به روز رسانی دستگاههای RS _ 232………………………………………………….59

- دستگاههای مراکز فروش…………………………………………………………………….۶۰

- جایگزینی دستگاههای با پورت موازی غیر استاندارد…………………………….۶۱

- ارتباطهای کامپیوتر به کامپیوتر…………………………………………………………..۶۳

- پیوندهای بی‌سیم……………………………………………………………………………….۶۳