USB接口算的上是近代科技中較為偉大的發明之一。其已經被大面積的應用在個人電腦與移動設備的數據傳輸中，是數據傳輸的中較為穩定且重要的媒介。本文將為大家講解一種基于USB接口的同步視頻輸出接口卡硬件結構與工作原理。

對于視頻傳輸這種大數據轉移的情況，因為需要在一定時間內處理大量的數據，所以很容易出現延遲或抖動失真等情況。因此在選擇視頻圖像傳輸的總線要求速度高，錯誤率低的特點。目前視頻圖像實時傳輸采用的總線主要有PCI、1394以及USB。三者比較而言，USB2.0高速傳輸協議，兼有快速、通用、可靠、省電、熱插拔等優點，比傳統基于PCI總線、1394總線的視頻輸出系統，特別是在需要利用筆記本電腦等便攜設備進行視頻輸出的場合，具有更強大的通用性和靈活性。

視頻輸出接口卡的硬件結構

圖1視頻輸出接口卡的硬件原理圖

視頻輸出接口卡的結構框圖如圖1所示，主要由內置MCU的USB接口芯片、圖像存儲SRAM、以及D/A圖像輸出三個部分。各部分的主要功能為：USB接口芯片和主機通信，將主機的視頻圖像數據按照一定時序通過USB電纜寫入SRAM保存；SRAM芯片負責數字視頻信號的存儲；D/A圖像輸出部分將數字視頻信號轉換成模擬視頻信號，按照PAL制式進行輸出顯示。

視頻圖像傳輸和存儲顯示

本系統視頻圖像數據是通過USB電纜傳輸，USB電纜包含4根電線：Vbus，D+，D-和GND。數據以480M高速信號在D+和D-信號線上差分傳輸，而收發器在USB接口控制芯片上，不需要外部電路。

USB接口部分是本系統最為重要的通信部分。USB接口控制芯片采用的是CYPRESS公司的EZ USB FX2系列CY7C68013芯片。它內部集成帶8KB片內RAM的增強型51系列MCU、16位并行地址總線、8/16數據總線、IIC總線、4KB FIFO存儲器以及通用可編程接口GPIF，串行接口引擎SIE和USB收發器，是USB2.0的完整的解決方案。

串行接口引擎智能SIE通過包排序、信號產生/檢測、CRC產生/校驗、NRZI數據編碼、位填充和包標識產生/解碼來處理USB通信協議，并保證傳輸到USB電纜上的數據字節以LSB開頭。它使MCU從繁瑣的USB協議中脫身，集中注意力放在控制數據的輸入和輸出。

FX2內部集成的高速MCU為增強型8051，功能較傳統的8051系列單片機強大，但在代碼的編寫上兼容，使用方便，且速度是標準8051的3~5倍，工作頻率可以軟件設置，最高可為48Mhz，還帶有兩個串口，三個計數/定時器，八級中斷，雙數據指針方便數據塊搬移。

外設接口有兩種接口方式：可編程接口GPIF和Slave FIFO。可編程邏輯接口GPIF是主控方式，可以由軟件設計讀寫控制波形，不通過MCU，就可以實現主動對任何8/16位接口的控制器、存儲器和總線進行數據的讀寫。而且讀寫的最高速度可以達到96MB/s，高于USB2.0的傳輸速度。Slave FIFO是從控方式，外部控制器（如DSP和單片機等）可以像對普通的FIFO一樣對FX2的多重緩沖讀寫，工作方式也可選擇同步或異步，工作時鐘可以選擇輸入和輸出。

靜態存儲器SRAM采用IDT公司雙口異步靜態RAM芯片IDT70v09,8位數據線，17根地址線，64M容量。視頻信號輸出轉換的芯片是DAC0800,將數字圖像信號轉換為模擬信號，依據PAL制輸出。PAL制視頻輸出標準為25幀/秒，一幀分奇偶兩場，20ms一場，其中場正程為17ms,逆程為3ms.系統中正是利用場同步信號作為同步標準，使USB設備的圖像傳輸和顯示一致。

工作原理

當USB設備第一次插入到USB接口時，FX2通過USB電纜自動枚舉，并下載固件程序和USB描述符表；接下來，FX2二次枚舉，根據下載的信息定義重新定義USB設備。這兩個步驟稱為再枚舉，設備插入時就立即執行而沒有提示。二次枚舉以后主機可以通過控制管道和USB設備通訊，完成USB設備的端點配置等初始化工作，完畢，開始查詢USB設備是否準備好。USB設備端MCU檢測外部中斷INT0（場信號跳變沿），若外部中斷INT0發生，則轉入外部中斷服務子程序，應答主機，說明USB設備已經準備好接受數據，主機查詢到此應答后，應用程序發一場圖像數據到FX2，單片機檢測到數據到達后，啟動GPIF,然后GPIF獨立于MCU將圖像數據導入SRAM，一場圖像傳輸完畢，結束GPIF，退出中斷服務子程序，直到下一輪中斷開始。D/A部分電路在場正程部分讀取SRAM圖像數據，并轉換為模擬信號輸出顯示，而在場逆程中禁止讀取SRAM。

通過本文的介紹，相信大家對于這款基于USB接口的同步視頻輸出設計有了進一步的理解，在接下來的文章中小編將繼續為大家介紹有關這款接口的相關設計，請大家繼續關注。