【正文】 產(chǎn)品、DSP產(chǎn)品和VXI控制產(chǎn)品等。這得益于NI軟件的靈活性，只需更新計(jì)算機(jī)或測(cè)量硬件，就能以最少的硬件投資和極少的、甚至無(wú)需軟件上的升級(jí)即可改進(jìn)整個(gè)系統(tǒng)。4）無(wú)縫集成虛擬儀器技術(shù)從本質(zhì)上說(shuō)是一個(gè)集成的軟硬件概念。其中，硬件設(shè)備與接口可以是各種以PC為基礎(chǔ)的內(nèi)置功能插卡、通用接口總線接口卡、串行口、VXI總線儀器接口等設(shè)備，或者是其它各種可程控的外置測(cè)試設(shè)備，設(shè)備驅(qū)動(dòng)軟件是直接控制各種硬件接口的驅(qū)動(dòng)程序，虛擬儀器通過(guò)底層設(shè)備驅(qū)動(dòng)軟件與真實(shí)的儀器系統(tǒng)進(jìn)行通訊，并以虛擬儀器面板的形式在計(jì)算機(jī)屏幕上顯示與真實(shí)儀器面板操作元素相對(duì)應(yīng)的各種控件 [15]。它河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)6管理著虛擬儀器的軟件資源，是虛擬儀器的硬件基礎(chǔ)。NI公司在提出虛擬儀器概念并推出第一批實(shí)用成果時(shí)，就用軟件就是儀器來(lái)表達(dá)虛擬儀器的特征，強(qiáng)調(diào)軟件在虛擬儀器中的重要位置。虛擬儀器測(cè)試系統(tǒng)的軟件主要分為以下四部分。 (3)儀器驅(qū)動(dòng)軟件 虛擬儀器驅(qū)動(dòng)程序是處理與特定儀器進(jìn)行控制通信的一種軟件。驅(qū)動(dòng)程序一般分為兩層，底層是儀器的基本操作，如初始化儀器配置儀器輸入?yún)?shù)、收發(fā)數(shù)據(jù)、查看儀器狀態(tài)等。作為通用I/O標(biāo)準(zhǔn)，VISA具有與儀器硬件接口無(wú)關(guān)性的特點(diǎn)， 即這種軟件結(jié)構(gòu)是面向器件功能而不是面向接口總線的。(2)完成USB接口數(shù)據(jù)采集卡硬件電路設(shè)計(jì)。其中難點(diǎn)是在于硬件電路的設(shè)計(jì)、usb驅(qū)動(dòng)及上位機(jī)程序的編寫。本課題旨在研究開(kāi)發(fā)一款目前比較流行的基于USB接口的數(shù)據(jù)采集卡，為今后的大量應(yīng)用奠定基石。下面以USB數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)須達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)來(lái)分別介紹這兩部分的設(shè)計(jì)構(gòu)想和原理。 系統(tǒng)的工作流程為采集信號(hào)輸入模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ads7815p）轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)用cy7c68013的I/O口引腳來(lái)控制ADS7825P，進(jìn)行讀數(shù)據(jù)。這三部分；層次關(guān)系如圖 。USB 驅(qū)動(dòng)程序給用戶界面程序提供了軟件和硬件的平臺(tái)連接的通道。USB系統(tǒng)的三個(gè)組成HOST、HUB 和 Device。在固件編程中，USB設(shè)備、配置、接口和管道都有描述符來(lái)報(bào)告其屬性。如圖 ，端點(diǎn)0默認(rèn)配置為控制管道，用來(lái)完成所規(guī)定的設(shè)備請(qǐng)求，設(shè)備請(qǐng)求詳見(jiàn) USB 協(xié)議第九章。隨著 的普及應(yīng)用，為了增加 USB 接口的應(yīng)用范圍，USB－IF 推出 規(guī)范，該規(guī)范在兼容 的基礎(chǔ)至上，增加了 480Mbps 的高速數(shù)據(jù)傳輸。圖 數(shù)據(jù)幀 圖 數(shù)據(jù)幀從圖 和圖 中可看出，在 USB 每個(gè)數(shù)據(jù)幀中包括的控制、中斷、等時(shí)和批量傳輸數(shù)據(jù)，每個(gè)傳輸類型分配一定的帶寬，中斷傳輸和等時(shí)傳輸有時(shí)間要求，所以每個(gè)數(shù)據(jù)幀中均要分配一定帶寬。河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)15 為何選擇 CY7C68013目前 USB 芯片大致分為 5 大類型：1） 單獨(dú)運(yùn)作的 USB 接口芯片；2） 內(nèi)含 USB 單元的微處理器（MPU） ；3） 特定的接口轉(zhuǎn)芯片，如 USB 轉(zhuǎn) RS232 或 USB 轉(zhuǎn) ATA/ATAPI 等；4） PC 端或主機(jī)端的 USB 控制器；由于后兩種是屬于 PC 主機(jī)板與芯片組制造商所開(kāi)發(fā)的領(lǐng)域，不適合用戶來(lái)開(kāi)發(fā) USB 外圍設(shè)備；因此，對(duì)于一般的 USB 接口的開(kāi)發(fā)者而言，可以選用前面的兩種來(lái)滿足自己的設(shè)計(jì)要求。這樣，外部接口可能比USB最大速度要慢，使得芯片只適合傳送間歇數(shù)據(jù)。采用單獨(dú)運(yùn)作的USB接口芯片的主要特點(diǎn)是成本低、接口形式多樣、可靠性高，具有很高的靈活性，尤其適合于產(chǎn)品的改型設(shè)計(jì)；缺點(diǎn)是開(kāi)發(fā)者需要非常熟悉 USB 的協(xié)議，以處理 USB 總線事務(wù)，加大了編程設(shè)計(jì)人員的開(kāi)發(fā)難度，延長(zhǎng)了產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期，同時(shí)要用微處理器控制收發(fā)器的工作。 CY7C68013 芯片簡(jiǎn)介 圖 FX2 框架圖CY7C68013 特點(diǎn) [3]： 單芯片解決方案，包括 收發(fā)器，串行接口引擎(SIE)和增強(qiáng)型 51 內(nèi)核可“軟配置”RAM，大小為 ，取代傳統(tǒng) 51 的 RAM 和 ROM，程序可通過(guò)下面方式下載：1) － 通過(guò) USB 口下載2) ― 通過(guò)外部 E2PROM 裝載河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)173) － 外界存儲(chǔ)設(shè)備（僅 128 引腳支持）4) － 通用可編程接口 GPIF，GPIF 是 FX2 一個(gè)重要技術(shù)5) － 可設(shè)置為主從模式，主模式下可對(duì)外部 FIFO，存儲(chǔ)器，ATA 接口設(shè)備進(jìn)行高速讀寫操作，從模式下外部主控器（如 DSP,MCU）可把 GPIF 端口當(dāng)作 FIFO 進(jìn)行高速讀寫操作。1) － XTALIN 和 XTALOUT 時(shí)鐘輸入引腳2) － RESET復(fù)位輸入引腳，低電平有效3) － WAKEUP外部喚醒引腳輸入，低電平有效4) － SCL 和 SDA 為 I2C 接口時(shí)鐘與數(shù)據(jù)引腳5) － IFCLK，GPIF 時(shí)鐘，可作為輸入或輸出6) － CLKOUT，時(shí)鐘輸出，可設(shè)置為 12M，24M 或 48M 時(shí)鐘輸出，作為其他外設(shè)時(shí)鐘7) － DPLUS 和 DMINUS，USB 數(shù)據(jù)線 D+和 D8) － PB0~PB7 端口 B，復(fù)用引腳，可設(shè)置為 GPIF 數(shù)據(jù)總線的低八位 FD[0]~FD[7]9) － PD0~PD7 端口 D，復(fù)用引腳，可設(shè)置為 GPIF 數(shù)據(jù)總線的高八位 FD[8]~FD[15]10)－ RDY0~RDY5，GPIF 主模式作為狀態(tài)輸入引腳，RDY0 和 RDY1 為 復(fù)用引腳，F(xiàn)IFO 從模式作為讀寫信號(hào) SLRD和 SLWR11)－ CTL0~CTL5，GPIF 主模式作為控制輸出引腳， CTL0～CTL2 可復(fù)用為 FIFO 從模式12)作為狀態(tài)標(biāo)志引腳 FLAGA，F(xiàn)LAGB，F(xiàn)LAGC13)－ PA0~PA7 端口 A，復(fù)用引腳， PA0 與中斷 INT0 復(fù)用，PA1 與中斷 INT1 復(fù)用，PA3 與USB 喚醒可選引腳 WU2 復(fù)用， PA2 與 FIFO 從模式 FIFO 輸出使能引腳復(fù)用，PA4 與FIFO 從模式 FIFO 地址 FIFOADD0 引腳復(fù)用，PA5 與 FIFO 從模式 FIFO 地址 FIFOADD1引腳復(fù)用，PA6 與 FIFO 從模式包結(jié)束 PKTEND 引腳復(fù)用，PA7 與 FIFO 從模式狀態(tài)標(biāo)志位 FLAGD，以及和 FIFO 從模式 SLAVE FIFO 使能/觸發(fā) SLCS引腳復(fù)用，PA7 引腳功能由寄存器 IFCONFIG[1:0]來(lái)配置1) RD ,WR,CS,OE,PSEN外擴(kuò) RAM 控制邏輯2) EA，外部地址使能3) RxD0,TxD0, RxD1,TxD1 串口 1 和 24) INT4,INT5，外部中斷5) TIMER0，TIMER1,TIMER2 計(jì)數(shù)器時(shí)鐘輸入引腳說(shuō)明：在實(shí)際應(yīng)用中，用戶需要根據(jù)項(xiàng)目需要來(lái)選擇合適的 68013 芯片封裝，128 引腳功能較全，可以外擴(kuò) RAM，兩個(gè)串口可用來(lái)實(shí)現(xiàn)與其它 MCU 通信和程序在線仿真功能，另外各種功能引腳也較多，但是設(shè)計(jì)較為復(fù)雜。（1）內(nèi)部 RAM 內(nèi)部 RAM 見(jiàn)圖 ，和傳統(tǒng) 8051 內(nèi)部 RAM 功能相同。0xE000 ～0xFFFF 詳細(xì)分布見(jiàn)圖 。對(duì)于128引腳封裝FX2，如果擴(kuò)展了外部RAM，則外部RAM中數(shù)據(jù)可設(shè)置范圍是0x2022～0xDFFF，程序可設(shè)置范圍是 0x2022～0xFFFF。③ 主機(jī)根據(jù)設(shè)備應(yīng)答 ID，安裝下載固件的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。以上的過(guò)程，就稱為“FX2 的枚舉” 。這兩步的過(guò)程稱為“重枚舉” 。1)精度：與系統(tǒng)測(cè)量的信號(hào)范圍有關(guān)，但估算時(shí)要考慮到其他因素，轉(zhuǎn)換器位數(shù)應(yīng)該比總精度要求的最低分辯率高一位。為了匹配 的高速傳輸特性，滿足廣泛的實(shí)際需要，本設(shè)計(jì)選用的是采樣速度快、分辨率高的 A/D 轉(zhuǎn)換器 ads7825p。圖 主要控制引腳及說(shuō)明：BYTE 字節(jié)選擇端,僅用于并行模式,當(dāng)BYTE為高電平時(shí), 在D0 ～D7 端輸出低8 位數(shù)據(jù), 當(dāng)BYTE為低電平時(shí),輸出高8位數(shù)據(jù)。 PAR /SER 并行/串行數(shù)據(jù)輸出選擇端,當(dāng)該引腳為高電平時(shí), 8位并行數(shù)據(jù)在D0～D7河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)24端輸出。 2. CONTC=0，轉(zhuǎn)換模式：用/CS 及 R/C逐次驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)換，CONTC=1 ,轉(zhuǎn)換模式：采樣 4道連續(xù)循環(huán)。USB控制器部分外圍電路原理圖如圖 所CY7C68013 用自己的片內(nèi)晶振電路和一個(gè)外部 24MHz 晶振組成系統(tǒng)的時(shí)鐘電路。DMINUS 和 DPLUS 為 USB 的 D＋、 D信號(hào)線，分別和 USBB 型連接器的相應(yīng)引腳相接。WAKEUP為喚醒引腳，在 8051 和芯片的其他部分為低功耗狀態(tài)時(shí)，USB系統(tǒng)掛起；PLL 和晶振停止工作，當(dāng)外部邏輯觸發(fā)WAKEUP，晶振重新工作之后，PLL 趨于穩(wěn)定；同時(shí)，8051 也會(huì)收到一個(gè)喚醒中斷。IMP811 是在低功耗微處理器、微控制器和數(shù)字系統(tǒng)中用來(lái)監(jiān)視 、 ，具有去抖動(dòng)的手動(dòng)復(fù)位輸入。河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)26圖 A/D 轉(zhuǎn)換電路圖其工作原理，在此著重介紹ADS7825在并行輸出方式下的工作過(guò)程,為其并行輸出時(shí)電路原理圖。最終轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)以完全二進(jìn)制數(shù)字格式輸出。另外，在BUSY為低電平期間，不再接受新的轉(zhuǎn)換指令。對(duì)于前一個(gè)通道來(lái)說(shuō)，輸出數(shù)據(jù) BUSY在跳變?yōu)楦唠娖綍r(shí)變?yōu)橛行АＴ谕瓿蓴?shù)據(jù)通道的選擇之后，后續(xù)各引腳的工作過(guò)程與連續(xù)轉(zhuǎn)換方式下的情況類似。其測(cè)量原理為，在固定的測(cè)量時(shí)間內(nèi)，計(jì)取轉(zhuǎn)速傳感器產(chǎn)生的脈沖個(gè)數(shù)，從而算出實(shí)際轉(zhuǎn)速。傳感器部分采用霍爾傳感器，負(fù)責(zé)將電機(jī)的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)化為脈沖信號(hào)。它的使用范圍包括傳感放大器、直流增益模塊和其他所有可用單電源供電的使用運(yùn)算放大器的場(chǎng)合。輸出直接接68013的PD0口進(jìn)行計(jì)數(shù)。1%的電阻R2，則可產(chǎn)生電流I0=，其典型精度為177。（1）電源分配每段 USB 都在電纜上提供了數(shù)量有限的電源。而且，集線器也可為連接在它上面的 USB 設(shè)備提供電源。15V供電電源，本設(shè)計(jì)對(duì)+5V，+，+；通過(guò)跳針可以選擇其中一種作為系統(tǒng)各個(gè)部分所需的電源。圖 +5V 電源選擇電路圖+5V 轉(zhuǎn)換為＋。15V 和 12V電源供電。該部分電路主要芯片選用具有 I C總線接口的 EEPROM芯片 24LC64。圖 24LC64 引腳其中 A2,A1,A0 為用戶配置地址，在 USB接口硬件系統(tǒng)中，此地址必須為 001，WP 為寫保護(hù)，SCL,SDA 為 I C總線的時(shí)鐘和數(shù)據(jù)線。 固件程序開(kāi)發(fā) 固件功能及編程固件程序主要負(fù)責(zé)完成兩項(xiàng)任務(wù)：一是作為駐留在設(shè)備中的內(nèi)部應(yīng)用程序，響應(yīng)主機(jī)的列舉請(qǐng)求，實(shí)現(xiàn)配置設(shè)備并將設(shè)備的配置信息(如支持哪些傳輸類型和端點(diǎn))告知主機(jī)，進(jìn)而為主機(jī)和設(shè)備之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通信做好準(zhǔn)備工作：二是作為整個(gè)設(shè)備的控制中心，根據(jù)用戶應(yīng)用系統(tǒng)的特定要求，實(shí)現(xiàn)對(duì)外圍設(shè)備的具體控制。當(dāng)把設(shè)備連接到主機(jī)上(USB 設(shè)備連接到主機(jī)上的集線器上)時(shí)，上位機(jī)可以發(fā)現(xiàn)新設(shè)備，然后建立連接。然后計(jì)算機(jī)會(huì)提示有 USB設(shè)備接入，要求安裝驅(qū)動(dòng)。3) 中斷處理：包括處理各種中斷的程序代碼。循環(huán)延時(shí) 1 秒后重新枚舉設(shè)備，直到端點(diǎn)河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)350 收到 SETUP 包退出循環(huán)，進(jìn)入循環(huán)語(yǔ)句 while，程序執(zhí)行任務(wù)調(diào)度，任務(wù)調(diào)度就是依次執(zhí)行下面任務(wù)：1) 調(diào)用用戶函數(shù) TD_Poll（） 。下面是固件中的主要功能模塊。 //設(shè)置 CPU 時(shí)鐘頻率為 48MHzIFCONFIG |= 0x40。 // 同步延時(shí)EP2CFG = 0xA2。EP2BCL = 0x80。 // 使能 FX2 的雙自動(dòng)指針特性Rwuen = TRUE。（3）BOOL TD_ Suspend(void)函數(shù) TD_ Suspend(void)會(huì)在固件程序進(jìn)入中止模式之前先被調(diào)用，該函數(shù)會(huì)把設(shè)備設(shè)置為低功率的狀態(tài)。是在初始階段必須經(jīng)歷的階段，只有這兩個(gè)過(guò)程成功的完成，USB 設(shè)備才可能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中設(shè)計(jì)的功能，否則，設(shè)備只能是一個(gè)主機(jī)不能識(shí)別的最原始的設(shè)備，或者是功能不完全的設(shè)備。在設(shè)備的開(kāi)發(fā)和調(diào)試階段，用這種方法極大的方便了設(shè)備的開(kāi)發(fā)過(guò)程。FX2 自動(dòng)在檢測(cè)到的速度協(xié)議下運(yùn)行，并選擇合適的默認(rèn) USB 設(shè)備。重列舉過(guò)程跟 FX2 的USB 控制和狀態(tài)寄存器 USBCS 中的 DISCON 位和 RENUM 位（由宏定義位）有很大關(guān)系。 // 斷開(kāi)USB 的連接，并設(shè)置重列舉位elseUSBCS |= bmDISCON。EZUSB_IRQ_CLEAR()。程序首先判斷函數(shù)的 BOOL 型參數(shù) renum，如果為真（TRUE） ，則置寄存器USBCS 的 DISCON 位為 1，目的是使固件處理設(shè)備的請(qǐng)求，并斷開(kāi)連接；然后通過(guò)調(diào)用函數(shù)延 1500ms，通過(guò)設(shè)置寄存器禁止在此過(guò)程中任何中斷的產(chǎn)生，并清除中斷標(biāo)志位；最后通過(guò)把寄存器 USBCS 中的 DISCON 位取反來(lái)實(shí)現(xiàn)設(shè)備的重新連接。=～bmDISCON。 // 等待1500msUSBIRQ = 0xff。當(dāng) RENUM＝0 時(shí)，默認(rèn)的 USB 設(shè)備自動(dòng)地處理這些請(qǐng)求；如果 RENUM＝1，則這些請(qǐng)求必須由固件處理。之后 FX2就開(kāi)始執(zhí)行下載的程序代碼，這個(gè)程序代碼在電氣上激勵(lì)一個(gè)與 USB設(shè)備的物理斷開(kāi)/連接過(guò)程，而使 FX2 作為第二個(gè)設(shè)備（區(qū)分與前面所說(shuō)的默認(rèn)設(shè)備）進(jìn)行再一次的列舉，此時(shí)呈現(xiàn)出來(lái)的 USB特性就是在下載的代碼和描述符列表中所定義的那樣。這個(gè)自動(dòng)列舉的設(shè)備(缺省的 USB 設(shè)備 )包含了一套接口和端點(diǎn)，并能接受從主機(jī)下載固件程序。程序代碼和數(shù)據(jù)都存儲(chǔ)在內(nèi)部 RAM 中，而它們都可以通過(guò)USB 接口從主機(jī)下載