گزارش کارورزی کامپیوتر -پورت USB و تراشه های کاربردی 87صفحه بافرمت word

 مقدمه

USB یک مدار واسطه سریع و قابل انعطاف برای اتصال دستگاهها به کامپیوتر است. همة کامپیوترهای امروزی حداقل یک جفت پورت USB داند. این پورت قابل استفاده توسط تمام ابزارهای جانبی استاندارد از جمله صفحه کلید، ماوس، دیسک‌گردانها و حتی دستگاههای تخصصی‌تر، می‌باشد. USB از ابتدا به منظور ایجاد رابطی راحت و آسان طراحی گردیده است که در آن کاربر نیاز به پیکربندیهای سخت‌افزاری و نرم‌افزاری ندارد.

به طور خلاصه، USB با مدار‌های واسط قبلی بسیار متفاوت است. یک دستگاه USB قادر است که چهار نوع پاسخ دهد که به وسیلة آنها کامپیوتر، دستگاه را شناخته و آماده تبادل داده با آن می‌شود. همة دستگاهها باید بر روی کامپیوتر دارای راه‌اندازی باشند که به عنوان پلی بین برنامة کاربردی و سخت افزار USB عمل می‌کند.

برای ارتقا و ساخت یک دستگاه USB و طراحی نرم‌افرهای ارتباط با آن، شما باید اطلاعاتی دربارة چگونگی نحوة کار سیستم عامل کامپیوتر داشته باشید. همچنین باید تراشة کنترلی، کلاس و روشهای ارتقا پروژه‌تان را معین کنید.

 سرآغاز

مطالعه در زمینه سخت افزارهای کامپیوتری معمولاً مستلزم داشتن اطلاعات قبلی در این زمینه است. هر نوآوری در این صنعت باید قابل تطبیق با پدیده‌هایی باشد که قبل از آن آمده‌اند. این مسئله هم در مورد کامپیوترها و هم در مورد وسایل جانبی آنها صدق می‌کند. حتی وسایل جانبی‌ای که به نوبة خود انقلابی را در زمینه سخت‌افزار ایجاد کرده‌اند، باید از رابطهایی استفاده کنند که کامپیوتر‌ها از آنها پشتیبانی کنند.

اما اگر امکان طراحی یک رابط وسایل جانبی را داشته باشید، چه نکات و خصوصیاتی را مد نظر قرار خواهید داد. در اینجا فهرستی از آنچه که ممکن است مورد نظر شما باشد آورده شده است:

کاربرد راحت: به گونه‌ای که نیازی به آشنایی با جزئیات نصب نخواهیم داشت.

سرعت: به گونه‌ای که رابط باعث پایین آمدن سرعت ارتباط نشود.

قابلیت اطمینان: به گونه‌ای که خطا‌ها کاهش یابد و امکان اصلاح خودکار خطا‌هایی که اتفاق می‌افتد وجود داشته باشد.

قابلیت تطبیق: به گونه‌ای که انواع مختلفی از وسایل جانبی بتوانند از این رابط استفاده کنند.

ارزانقیمت: به گونه‌ای که کاربران (و کارخانه‌هایی که از این رابط برای تولیدات خود بهره می‌برند) متحمل هزینه زیادی نشوند.

صرفه جویی در مصرف انرژی: به منظور کاهش مصرف باتری در کامپیوتر‌های قابل حمل.

شناخته شده توسط سیستم عامل‌ها: به گونه‌ای که ارتقادهندگانی که از این رابط برای ارتباط با وسیله جانبی خود استفاده می‌کنند مجبور به نوشتن راه اندازهایی نزدیک به زبان ماشین نباشند.

خبر خوب آنکه شما مجبور به ایجاد این رابط ایده‌آل نیستید چون طراحان (USB) این کار را برای شما انجام داده‌اند. طراحی USB از ابتدا بر این اساس بوده که بتواند رابطی باشد آسان، با توانایی ارتباط مؤثر با همة انواع وسایل جانبی و به دور از محدودیتهایی که در رابطهای کنونی وجود دارد.

همه کامپیوترهای جدید دارای یک جفت پورت USB هستند که به منظور ارتباط با صفحه کلید ، ماوس، اسکنر، چاپگر و یا هر نوع سخت افزار استاندارد دیگر ایجاد شده‌اند، هاب‌های ارزانقیمت موجود این امکان را فراهم می‌کند که به هر تعداد که مایل باشید وسیله جانبی USB را به این دو پورت متصل کنید.

این اهداف بزرگ USB باعث شد که ارتقادهندگان، یعنی کسانی که وسایل جانبی USB را طراحی و برنامه ریزی می‌کنند، با مشکلاتی رو به رو شوند. یک نتیجه از کاربرد راحت این رابط پیچیده شدن آن نسبت به رابطهای قدیمی‌تر بود. به علاوه کارکردن با رابطی که هنوز عمری از طراحی آن نگذشته، فقط با این دلیل که جدید است طراحان را با سختیهایی رو به رو کرد. هنگامی که USB برای اولین‌بار روی کامپیوتر‌ها قرار گرفت، ویندوز هنوز دارای راه‌انداز برای همة انواع وسایل جانبی USB متعارف، نشده بود. از طرفی آنالیز کننده‌های پروتکل و ابزار‌ةای ارتقا هنوز طراحی نشده بودند، بنابراین انتخاب USB به عنوان رابط مناسب دچار محدودیت می‌شد. مشکلاتی شبیه به این امروزه دیگر وجود ندارند و مزایای استفاده از USB در کنار متعدد شدن میکروکنترلرها و ابزارها ارتقا و تواناییهای سیستم‌های عامل افزایش یافته است. این کتاب به شما نشان خواهد داد که چگونه می‌توانید یک وسیله جانبی USB را به آسانی و سرعت و با استفاده از بهترین وسایلی که هم اکنون وجود دارد طراحی کنید و راه بیندازید.

این فصل شامل مطالبی از جمله شرح ویژگیهای از USB، مزایا و اشکالات آن، همچنین مسائلی که در طراحی و برنامه‌ریزی وسایل جانبی USB پیش می‌آید و مختصری از تاریخچه رابطها خواهد بود.

ü کاربرد راحت

بزرگترین هدف از طراحی USB، ایجاد رابطی با کاربری راحت بوده است و حاصل آن رابطی است که به علتهای زیادی استفاده از آن مقبول واقع شده است.

یک رابط برای همة دستگاهها ـ USB می‌تواند برای ارتباط با همه نوع وسیلة جانبی مورد استفاده قرار گیرد به جای داشتن کانکتور‌های مختلف و سخت‌افزارهایی که فقط یک نوع وسیله جانبی را پشتیبانی کنند، از یک رابط برای همة وسایل جانبی استفاده می‌کنیم.

پیکربندی خودکار ـ هنگامی که کاربر وسیله جانبی USB را به سیستم خود متصل می‌کند، ویندوز به طور خودکار آن را پیدا کرده و راه‌آنداز مربوط به آن را بارگذاری می‌کند. هنگامی که برای اولین بار یک وسیله را به کامپیوتر‌مان متصل می‌کنیم، ممکن است ویندوز به ما پیغام دهد که دیسکتی که شامل راه‌انداز آن دستگاه می‌باشد را درون دستگاه قرار دهیم، اما در بقیه مواقع، نصب به صورت خودکار انجام می‌شود و ما مجبور نیستم که برنامه setup را اجرا کنیم و یا کامپیوتر را برای استفاده از آن وسیله جانبی restart کنیم.

به دور از تنظیمات کاربر ـ وسایل جانبی USB امکان تنظیماتی از قبیل آدرس پورت‌ها و یا خطوط در خواست وقفه (IRQ) را به کاربر نمی‌دهند. تعداد خطوط IRQ در یک کامپیوتر محدود است و عدم اجبار به تخصیص یک خط به وسیله جانبی خاص، خود می‌تواند یک دلیل کافی برای استفاده از USB باشد.

آزادکردن منابع سخت‌افزاری برای وسایل جانبی دیگر ـ استفاده از USB این امکان را فراهم می‌کند که خطوط IRQ برای دیگر وسایل جانبی که نیاز به استفاده از آن دارند، آزاد شود. در کامپیوتر یک سری از آدرس پورت‌ها و یک خط IRQ برای رابط USB اختصاص داده می‌شود اما در عوض، هر وسیله جانبی که از رابط USB استفاده می‌کند دیگر احتیاج به منبع سخت‌افزاری اضافی نخواهد داشت. توجه کنید که، هر وسیله جانبی غیر از USB نیاز به یک آدرس پورت و معمولاً یک خط IRQ و احیاناً یک کارت توسعه دهنده دارد (به عنوان مثال برای پورت موازی)

اتصال راحت ـ برای استفاده از USB احتیاجی به بازکردن کامپیوتر برای اضافه‌کردن کارت‌های توسعه دهنده نیست. هر کامپیوتر حداقل دارای دو پورت USB است که شما می‌توانید تعداد آنها را با متصل کردن هاب‌ها پورت‌های موجود تا تعداد دلخواه افزایش دهید. هر هاب دارای تعدادی پورت برای متصل کردن وسیله جانبی و یا هاب‌های دیگر می‌باشد.

سادگی کابل ـ کانکتورهای کابل USB طوری ساخته شده‌اند که اتصال اشتباه آنها امکان نیست. کابل‌ها می‌توانند تا ۵ متر طول داشته باشند و یا حتی از طریق هاب‌ها دستگاهها می‌توانند تا ۳۰ متر از کامپیوتر فاصله بگیرند. شکل ۱ـ۱ کانکتورهای USB را نشان می‌دهد که در کنار کانکتور‌های پورت ۲۳۲ – RS و پورت موازی دیده می‌شوند و دیده می‌شود که در مقابل آنها چقدر کوچک و ظرفیت می‌باشد. برای اطمینان از عملکرد صحیح، کابل‌ها در مرجع خصوصیات USB ویژگیهایی که باید کابل‌ها و کانکتورها داشته باشند، آمده است.

HOT pluggable ـ شما می‌توانید بدون توجه با اینکه سیستم روشن است یا خاموش، وسیله جانبی خود را هر زمان که بخواهید به سیستم خود وصل یا از آن قطع کنید با اطمینان از اینکه به کامپیوتر یا ابزار جانبی شما صدمه‌ای وارد نمی‌شود. سیستم عامل هم هنگامی که شما وسیله جانبی را وصل می‌کنید، به طور خودکار آن را پیداکرده و آماده استفاده می‌نماید.

عدم احتیاج به منبع تعذیه ( بیشتر مواقع) ـ رابط USB شامل سیمهای زمین و تغذیه نیز می‌باشد که V 5+ را از طریق کامپیوتر و یا هاب به دستگاه می‌دهند . وسایل جانبی که حداکثر به mA 500 جریان نیاز دارند ، می‌توانند از این سیم، جریان مورد نظر خود را بکشند بدون آنکه به منبع تغذیه مجزا نیاز داشته باشند. سایر وسایل جانبی باید از منبع تغذیه خارجی برای تأمین تغذیه استفاده کنند.

فهرست

مقدمه..۱
سرآغاز۲
کاربرد راحت۴
– یک رابط برای همه دستگاهها .۴
– پیکربندی خودکار۴
– به دور از تنظیمات کاربر..۴
– آزاد کردن منابع سخت‌ افزاری برای وسایل جانبی .۴
– سادگی کابل۵
– Hot pluggable.5
– عدم احتیاج به منبع تغذیه۵
سرعت۶
قابلیت اطمینان.۷
قیمت پایین.۷
صرفه‌جویی در مصرف انرژی.۷
قابلیت انعطاف۸
پشتیبانی توسط سیستم عامل.۹
پشتیبانی وسیله جانبی..۱۰
مجمع ابزار آلات USB11
این پورت کامل نیست.۱۲
– از دید کاربران.۱۲
– پشتیبانی نشدن توسط سخت افزارهای قدیمی..۱۲
– محدودیت سرعت.۱۳
– محدودیت فاصله۱۴
– ارتباطات نظیر به نظیر۱۴
– تولیدات شکل‌دار..۱۴
– از دید ارتقاء دهندگان۱۵
– پیچیدگی پروتکل.۱۵
– پشتیبانی در سیستم عامل.۱۵
– گیرهای سخت افزاری.۱۶
– مبالغ.۱۶
USB در برابر IEEE _ 1394.17
حداقل نیازهای کامپیوتر۱۷
– کنترل کننده میزبان۱۸
– سیستم عامل..۱۸
– اجزا۱۸
– اجزای یک اتصال..۱۹
– تجهیزات لازم برای ارتقاء.۲۰
– انتخاب تراشه..۲۱
اجزای یک کنترلر USB21
– پورت USB .۲۲
– بافرهای داده USB .۲۲
– CPU..23
– حافظه برنامه۲۴
– حافظه داده .۲۶
– رجیسترها.۲۶
– I/O های دیگر۲۶
– ویژگیهای دیگر.۲۷
ساده سازی پروسه ارتقاء.۲۷
– انتخاب معماری..۲۷
– تراشه‌هایی که از ابتدا برای USB طراحی شده‌اند..۲۸
– تراشه‌هایی بر اساس خانواده‌های آشنا۲۸
– تراشه‌هایی که به میکرو کنترلرهای خارجی متصل می‌گردند.۲۹
– مرجع خصوصیات تراشه..۳۰
– برنامه تراشه نمونه۳۰
– 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 سیپرس۳۵
– معماری CPU35
– کنترلر USB..36
– EZ _ USB شرکت سیپرس۳۷
– معماری CPU37
– کنترلر USB..38
PCI 16C7X5 شرکت میکروچیپ .۴۲
– معماری۴۲
– کنترلر USB42
NET 2888 شرکت نت چیپ
– کنترلر USB
USB 9603 شرکت National Semiconductor..44
– کنترلر USB46
PDIUSBD 11/1 محصول فیلیپس۴۶
– معماری..۴۶
– کنترلرهای USB.47
Strong ARM اینتل۴۷
– کلاسهای دستگاهها۴۸
– استفاده از کلاسها۴۸
– اجزای یک مربع خصوصیات کلاس.۴۹
– کلاسهای تعریف شده.۵۰
– مطابقت یک دستگاه با یک کلاس .۵۲
– وسایل جانبی استاندارد۵۲
– صفحه کلید ، ماوس و دسته بازی ..۵۲
– دستگاههای انبارش توده‌ای..۵۳
– چاپگرها۵۵
– دوربینها و اسکنرها ۵۵
– برنامه‌های صوتی..۵۶
– مودم‌ها..۵۷
– کاربردهای غیر استاندارد۵۷
– 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