内容发布更新时间 : 2024/10/14 23:13:27星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

嵌入式指纹识别系统 USB 接口电路设计

在指纹自动识别系统中，嵌入式系统由于功耗低、设备体积小、安全 性高等优点，已经得到越来越广泛的应用。通用串行总线（USB）是由 Inter、 Microsoft、IBM 和 NEC 等共同制定的微机总线接口规范，具有较高的传输速 率，支持即插即用，占用系统资源少，扩展能力强。在嵌入式系统的应用中， 几乎不可避免与 PC 机的通信，由于通信速度的要求以及计算机硬件高速发展， 传统的 RS232 接口已经越来越不能满足用户的需求，所以在嵌入式系统中 USB 接口的实现势在必行。 系统控制模块设计

系统控制模块的核心处理器为 P89C52，由于其接口有限，同时完成系 统控制和 USB 接口控制将十分困难。而从系统成本、开发时间周期和继承性 方面考虑，换用其他处理器也不太方便，所以必须考虑在此处理器的基础上完 成多项任务。由指纹自动识别系统的特点来看，系统在完成指纹录入或登录后 才需要利用 USB 接口完成指纹模板和登录信息的传输，所以对于处理器来说， USB 控制和系统控制可以采用时分复用的方式进行。由此，利用一个电平转换 芯片和一个 8 总线收发器来控制数据的选通及流向，以保证系统能够正常工作。

系统 USB 接口设计

USB 接口硬件主要以接口芯片 PDIUSBD12 为中心，设计它与 USB 物理 接口以及微控制器之间的连接。接口模块通过跳线选择供电方式，可同时支持 USB 总线供电方式和外设供电方式，为全速 USB 设备接口。设计过程中充分 考虑到可靠性、可测性以及电磁兼容性。其接口电路如

接口电路供电通过拨盘开关 K1 选择，当 K1 接 MVCC 时，系统为自供

电方式；当 K1 接 UVSB 时，为总线供电方式。当系统处于自供电方式情况下， 系统通过 EOT_N 引脚来检测 VUSB 是否存在，并接上一个 1M,赘的放电电阻 来减弱充电，以确保当 VUSB 移开时 EOT_N 变为低，并且此时自供电电源与 USB 总线之间只能共地，同时设备不能通过 USB 口向 VBNS 输出电流。 在单片机与 PDIUSBD12 的控制通信方面，单片机通过对 PDIUSBD12 的 A0 脚的状态控制来指示并行数据总线 P0 上传输内容为命令还是数据。此时， PDIUSBD12 上用于数据地址总线复用的 ALE 引脚一直接地。中断引脚 INT_N 是系统的关键，几乎所有 USB 的活动在设备接口端都是由 PDIUSBD12 接收， 然后通过中断通知单片机完成。PDIUSBD12 上的挂起 SUSPEND 为一个双向 引脚，由此保证 USB 设备既能被设备主控（单片机）也能被上位 PC 机唤醒， 而 PDIUSBD12 工作时连续 3 次没有检测到 SOP 就将挂起脚置高。

PDIUSBD12 片上 GL_N 引脚通过外接发光二极管来指示系统工作状态， 在 USB 枚举过程中，LED 指示根据通信状况间歇闪烁；当 PDIUSBD12 成功枚 举和配置后，LED 指示将一直点亮；随后与 PDIUSBD12 之间成功地传输（带 应答）将关闭 LED；处于挂起状态时 LED 将会关闭。

片上时钟发生电路采用 6MHz 晶振，匹配一个 22pF 和一个 68pF 的无源 电容。采用 6MHz 晶振也是为了降低产品制造过程中产生 EMI（电磁干扰效应） 的风险，因为外部线路的频率越高，其 EMI 效应也会越强，而在片外电路采 用较低频率并在芯片内部进行倍频的措施将既不影响芯片的处理速度，又能提 高在外部布线的安全性。使用两个不同容值电容的目的是为了使晶体能够快速 起振，经过测量，晶振的启动时间在 2ms 左右。

PDIUSBD12 可采用 5V 和 3.3V 两种工作电压。由于主控单片机的 IO 电 压为 5V，所以对 PDIUSBD12 也使用 5V 的工作电压。此时在接入 5V 至 PDIUSBD12 VCC 脚的同时，要将 PDIUSBD12 上的 VOUT 脚空出，接去耦电 容。另外，为了减小系统的 EMI，在 USB 连接器输入侧的 VBUS 和地线上增

加磁珠，如由于 USB 通信协议的复杂性，相当一部分工作由硬件电路来完成， 所以对硬件电路设计的准确性要求非常严格，布线要合理要尽量减少分布电容 和电磁干扰的影响，硬件电路的质量将直接影响到数据能否正常传输。 tips:感谢大家的阅读，本文由我司收集整编。仅供参阅！