基于EZ-USB 2100系列单片机的PCB探测系统开发

1 引言

在进行PCB反设计时，需要首先对电路板进行探测，得出所有元器件管脚之间的连接关系；接着再利用相应的软件对探测结果进行分析处理，最终还原出PCB的原理图。假设电路板上有 次。由于大规模PCB上器件管脚众多，因此完全依靠手工探测不仅效率低下，而且极易出错。为了提高PCB探测的效率和准确性，本文提出了一种基于EZ-USB 2100系列单片机的PCB探测系统的设计与实现方案。该系统有 个探测头，分别连接到电路板的 个器件管脚上。在单片机的控制下，系统自动的探测这个管脚间的连接关系；然后，系统依据探测选择算法，选取下一组 个管脚进行探测，依此循环，直到所有的 个器件管脚均探测完毕。采用EZ-USB 2100系列单片机进行开发，不仅易于实现探测设备和主机之间的高速通信，而且还为探测设备的功能扩展带来了极大的便利。下文将首先分析EZ-USB 2100系列单片机的特点和技术优势，然后给出基于该类型单片机的PCB探测系统的设计与实现方案。S3C2410 ARM9开发板800元 SOC开发平台360元 豪华单片机开发系统498元 单片机学习板138 无线nRF-9E5模块100元 51单片机试验开发板238元 Genius NSP通用编程器260元 Mini ARM Debugger330元 LABTOOL-48UXP2800元 S3C2410 ARM9开发板800

2 EZ-USB 2100系列单片机的特点

EZ-USB 2100系列单片机由Cypress公司开发，片内集成了符合USB 1.1版规范的USB控制器和一个增强的8051内核。增强的8051内核运行速度为24MHz，并且一个总线周期中包含有4个时钟周期，而标准8051 则包含12个时钟周期。除了增强的8051内核，与传统的8051单片机相比，EZ-USB 2100系列单片机还具有两大优势技术：1）通过USB总线实现与主机的高速数据传输；2）固件重配置功能。这两项技术为应用开发提供了极大的方便性和灵活性，下面将具体分析在实际的开发过程中如何使用这两项技术。

2.1 EZ-USB 2100系列单片机与主机的通信

EZ-USB 2100系列单片机内集成的USB控制器符合USB1.1版规范，可支持12Mbps高速数据传输。主机上的应用程序通过EZ-USB设备驱动程序和 EZ-USB单片机进行通信。Cypress提供了一个通用的设备驱动程序，用户可以直接利用该通用设备驱动程序与EZ-USB单片机进行通信。

首先，主机需要装载该通用设备驱动程序。第一次使用某USB设备时可能需要手工安装其驱动程序；此后，Windows会保存在注册表中的相关信息，自动定位设备驱动程序。

在装载了通用设备驱动程序之后，应用程序首先通过调用Win32 API函数CreateFile（）来取得访问设备驱动程序的句柄：
HANDLE DeviceHandle;
DeviceHandle = CreateFile (“\.ezusb-0”, GENERIC_WRITE, FILE_SHARE_WRITE, NULL, OPEN_EXISTING, 0, NULL );

然后，应用程序为CreateFile（）函数返回的设备句柄设置I/O缓冲区，并通过调用Win32 API函数DeviceIoControl（）来完成设备的读、写等操作：
PVOID pvBuffer = NULL;
DWORD nBytes = 0;
PvBuffer = malloc (sizeof (Usb_Device_Descriptor ));
BResult = DeviceIoControl ( DeviceHandle, //已经打开的设备句柄
IOCTL_EZUSB_GET_DEVICE_DESCRIPTOR, //IO控制码
NULL, 0, pvBuffer, sizeof (Usb_Device_Descriptor),
nBytes, NULL);

对EZ-USB外设的操作是通过向DeviceIoControl函数传递相应的控制码实现的。例如，要完成数据的块读（bulk read）和块写（bulk write）操作，可以分别向该函数传递IOCTL_EZUSB_BULK_READ 和IOCTL_EZUSB_BULK_WRITE控制码。

2.2 EZ-USB 2100系列单片机的固件重配置功能

一个单片机系统的硬件电路设计完成之后，该单片机系统的特性和功能还可以通过更改单片机的软件程序（即：固件）来加以改变。利用ROM来存储固件则无法更改；而利用EPROM来存储固件则会受到擦写次数和成本的限制。而EZ-USB系列单片机片内集成的外部RAM可用于装载固件，当设备与主机连接时，固件从主机装载到RAM里执行，装载不同的固件设备就呈现出不同的特性，从而达到软配置目的。

3 EZ-USB 2100系列单片机在开发PCB探测系统中的应用

3.1

3.1硬件电路设计

系统的硬件电路结构图如图1所示。k 个探测头连接到由多个模拟开关组成的模拟开关

3.2 系统功能扩充

正如本文2.2节说明的，可以利用EZ-USB的重配置功能，对固件程序进行修改，以使得系统获得新的功能。在开发PCB探测系统的过程中，我们发现需要对电路板上的电阻、电容和电感这些双脚器件的取值进行测量。由于大规模电路板上这类器件数量庞大，手工采用万用表或逻辑分析仪进行测量是一件非常繁琐的工作。而利用EZ-USB的重配置功能则可以解决这一问题。采用与3.1节同样的硬件电路，笔者另外设计了一套固件程序，用于电路板上电阻、电容和电感的类型判别及取值测定。

4 结语

本文给出了一种基于EZ-USB 2100系列单片机的PCB探测电路的设计方案。该探测系统极大的提高了PCB反设计工作的效率。实际应用的结果表明该探测系统具有良好的探测完备性和准确性。

参考文献
[1] Cypress Semiconductor Corporation, EZ-USB Series 2100[EB], 2002.
[2] 吴从中, EZ-USB接口设备的软配置技术[M], 微控制器与嵌入式系统.2003.12
[3] 胡文静, 基于EZ-USB芯片AN2131Q的USB接口设计, 湖南理工学院学报（自然科学版）