PC厂家所支持。现在生产的PC机几乎都配备了，USB接口，Microsoft的windows98， NT以及MacOS， Linux， FreeBSD等流行操作系统都增加了对USB的支持。USB的主要特点如下:
1. 速度快。 USB 有全速和低速两种方式，主模式为全速模式，速率为12Mbps，从而使一些要求高速数据的外设，如:高速硬盘、摄像头等，都能统一到同一个总线框架下。另外为了适应一些不需要很大吞吐量但是有很高实时性要求的设备，如鼠标、键盘、游戏杆等，USB还提供低速方式，速率为1.5Mbps。如表1-1所示。新推出的USB2.0协议提供最高达480Mbps的数据传输速率可以适应各种不同类型的外设。
表1-1 USB使用分类表 性能 低速 ·交互设备 ·10-20kb/s 中速 ·电话、音频、压缩视频 ·500kb/s-10Mb/s 高速 ·音频、磁盘 ·25-500Mb/s 音频、磁盘 高带宽、限定延迟、易用性 ISBN、PBX、POTS 低价格、易用性、动态插拔、限定带宽和延迟 应用 键盘、鼠标、游戏棒 特性 低价格、热插拔、易用性 2. 支持热插拔和即插即用。 所有的USB 设备可以随时的插入和拔离系统，USB 主机能够动态的识别设备的状态，并自动给接入的设备分配地址和配置参数，添加、删除设备完全不用关闭计算机，也不必像过去那样需要手动跳线和拨码开关来设置新的外设。 3. 易于扩展。USB使用的是一种易于扩展的树状结构，通过使用USB Hub扩展可连接多达127个外设。标准USB电缆长度为3米(低速为5米)。通过Hub或中继器可以使外设距离达到30米。 4. 使用灵活。 USB共有4种传输模式:控制传输(control)，步传输(synchronization)、中断传输(interrupt)、批量传输(bulk)，适应不同设备的需要。
5. 能够采用总线供电。 普通使用串口、并口的设备都需要单独的供电系统，而USB设备则不需要，因为USB接口提供了内置电源e USB电源能向低压设备提供最大5V， 500mA 的电源，从而降低了这些设备的成本并提高了性价比。
6. 实现成本低。 USB对系统与PC的集成进行了优化，适合于开发低成本的外设。 本文设计的基于USB总线的数据采集系统正是充分地利用了USB 总线的上述优点，从而有效地解决了传统数据采集系统的缺陷。很方便地就能够实现低成本、高可靠性、实时的数据采集，适用于对瞬态信号进行采集和处理。
1.4主要工作
本论文所设计的数据采集系统是在单片机89051控制下进行数据采集，并通过PHILIPS公司的USB接口芯片PDIUSBDI2上传给PC机进行分析、显示和存盘。该系统用传统的USB总线取代了RS232串行总线，通过对USB协议和设备构架的充分理解，对以单片机89C51和USB接口芯片D12为主的数据采集系统进行了硬件设计和软件编程，并在此设计的基础上给出相应的原理图。硬件设计主要解决的是D12与单片机的接口电路的设计。软件设计可分为三部分:一是充分了解D12的主要功能特点，为满足D12在USB上的最大传输速率而编写固件程序，用C51语言编写:二是在充分了解WDM驱动程序的基础上编写USB的设备驱动程序；三是编写出界面友好、具有强大的数据处理和分析能力的应用程序。
2 USB1.1协议
2.1 USB的互连
一个USB系统主要被定义为三个部分： ·USB的互连； ·USB的设备；
·USB的主机。
USB的互连是指USB设备与主机之间进行连接和通信的操作，主要包括以下几方面： ·总线的拓扑结构：USB设备与主机之间的各种连接方式；
·内部层次关系：根据性能叠置，USB的任务被分配到系统的每一个层次； ·数据流模式：描述了数据在系统中通过USB从产生方到使用方的流动方式； ·USB的调度：USB提供了一个共享的连接。对可以使用的连接进行了调度以支持同步数据传输，并且避免的优先级判别的开销。
总线拓朴结构包括四个重要的组成部分。 ·主机和设备：USB系统的基础组成部分。
·物理拓朴结构：描述USB系统中的各组成部分是如何连接起来的。
·逻辑拓朴结构：描述USB系统中各种组成部分的地位和作用，以及描述从主机和设备的角度观察到的USB系统。
·客户软件层与应用层的关系：描述从客户软件层看到的应用层的情况，以及从应用层看到的客户软件层的情况。
USB 系统中的设备与主机的连接方式采用的是星形连接，如图2-1。
图2—1 USB物理总线的拓扑
图中的Hub是一类特殊的USB设备，它是一组USB的连接点，主机中有一个被嵌入的
设备 设备 复合设备 主机 设备 根HUB 设备 HUBHUB
设备 设备 Hub叫根Hub(root Hub)。主机通过根Hub提供若干个连接点。为了防止环状连接，采用星形连接来体现层次性，如图4-5。这种连接的形状很像一棵树。
用于提供具体功能的设备叫应用设备。许多不同功能的设备放在一起被看作一个整体，叫包。例如，键盘和轨迹球可以被视作一个整体，在它的内部，提供具体功能的设备被永久地接到Hub上，而这个Hub被接到USB上。所有这些设备及这个Hub被看作一个复合设备，而这个Hub又被看作这个复合设备的内部Hub。在主机看来，这个复合设备和一个带着若干设备的单独Hub是一样的。图中也标出了一个复合设备。
总线逻辑拓朴结构。在物理结构上，设备通过Hub连到主机上。但在逻辑上，主机是直接与各个逻辑设备通信的，就好像它们是直接被连到主机上一样。这个逻辑关系如图2-2所示。与之对应的物理结构就是图2-1中的结构。Hub也是逻辑设备，但在图2-2中，为了简化起见，未被画出，虽然USB系统中的工作都是从逻辑角度来看待的，但主机必须对物理结构有个了解。例如，在处理Hub被移去的情况时，当一个Hub被移出，通过它与主机相连的设备也应一起被移去，这是由其物理结构决定的。
逻辑设备 主机 逻辑设逻辑设图2-2 USB逻辑总线的拓扑
三.客户软件层与应用层的关系
USB系统的物理上、逻辑上的拓朴结构反映了总线的共享性。操纵USB应用设备的客户软件只关心设备上与它相关的接口，客户软件必须通过USB软件编程接口来操纵应用设备。这与另一些总线如PCL，ELSA，PCMUA等不同，这些总线是直接访问内存或I/O的。在运行中，客户软件必须独立于USB上的其它设备。这样，设备和客户软件的设计者就可以只关心该设备与主机硬件的相互作用和主机软件的相互作用的细节问题。图2-3说明了在图2-2的逻辑结构下，一个设备设计者看到的客户软件与相应应用的关系的视图。
应用 客户软件 客户软件 客户软件 应用 应用 图2-3客户软件和应用间的关系
2.2 USB的主机 2.2.1 USB主机概述
图2-4展示了USB通信模型之间基本的信息流与互连关系：
客户 功能部件 USB系统 USB设备 主机控制器 USB 总线接口 逻辑的信息流 实际的信息流
图2-4 通信模型层次关系图
由图2-4可见，主机与设备都被划分成不同的层次。主机上垂直的箭头是实际的信息流。设备上对应的接口是基于不同实现的。在主机与设备之间的所有通信最终都是通过USB的电缆进行，然而，在上层的水平层之间存在逻辑的主机-设备信息流。主机上的客户软件和设备功能部件之间的通信是基于实际的应用需求及设备所能提供的能力。
客户软件与功能部件之间的透明通信的要求，决定主机和设备下层部件的功能以及它们的界面(interface)，图2-5描述了从主机角度看到的它与设备的连接。 客户（管理界面）
IRPS
USB驱动器
主机控制器 硬件定义 SIE USB电缆
通道，代表相应层图2-5 主机通信图
主机在整个USB系统中是唯一的，它包括如下几个层次。 ·USB总线接口
·USB系统(USB System)
配置信息 主机软件 通道组（到某一接口） USB系统 硬件定义 主机控制器驱动 标准通道（到缺省端口地址） ·USB客户(Client)
其中，USB总线接口处理电气及协议层的互连。从互连的角度看，USB设备和USB主机都提供类似的USB总线接口，如串行接口引擎。由于主机在USB系统中的特殊性，USB主机上的总线接口还必须具备主机控制器的功能，主机控制器具有一个内集成的集线器(根集线器)提供与USB电缆的连接。
USB系统使用主机控制器来管理主机与USB设备的数据传输。USB系统与主机控制器之间的界面基于主机控制器的硬件特性。USB系统层相对于主机控制器而言，处理的是以客户观点见到的数据传输及客户与设备的交互。这包括附加的USB信息，比如协议头。USB系统还必须管理USB的系统资源，以使得客户的访问成为可能。 USB系统有三个主要组成部份: ·主机控制器驱动 ·USB驱动 ·主机软件
主机控制器驱动的存在，方便地将各种不同的主机控制器实现映射到USB系统，客户可以不必知道设备到底接在哪个主机控制器上就能同设备进行通信。USB驱动提供了基本的面向客户的主机界面。在HCD与USB之间的接口称为主机