【正文】 2 spi_Tx_Byte unsigned char Tx_DAT代表 待發(fā)送的字符 void SPI 主機(jī) 向從機(jī) 發(fā)送一個字 節(jié) 3 spi_Rx_Byte void unsigned char 返回接收到的字符 SPI 主機(jī) 讀取從從機(jī)發(fā)送來的 一個字節(jié) 4 spi_Tx_DataBag unsigned char* Tx_BUFF 代表發(fā)送緩沖區(qū)指針 unsigned char Tx_NUM 代表 發(fā)送緩沖區(qū)字節(jié)個數(shù) void SPI 主機(jī)向從設(shè)備發(fā)送多個字節(jié) 5 spi_Rx_DataBag unsigned char* Rx_BUFF 代表接收緩沖區(qū)指針 unsigned char Rx_NUM 代表接收緩沖區(qū)字節(jié)個數(shù) void SPI 讀取從從機(jī)發(fā)送來的多個字符串 24/48 基于 USB 的無線測控平臺的設(shè)計 nRF905 API 的設(shè)計 在第 3 章 表 33 中列出了操 作 nRF905 無線模塊的五個寄存器 ，讀寫這五個寄存器和控制相關(guān)引腳電平則可實(shí)現(xiàn) nRF905 的全部行為。設(shè)置完成之后可以隨時發(fā)送數(shù)據(jù)，接收到數(shù)據(jù)之后也可以引起 API 中斷轉(zhuǎn)而到中斷服務(wù)程序中處理。 該節(jié)點(diǎn)此時狀態(tài)如圖 47所示。 USB 接口軟件設(shè)計 LabVIEW 調(diào)用動 態(tài)鏈接庫 USBXpress 開發(fā)工具提供的編程接口文件為 ，是以動態(tài)鏈接庫的形式給出的 ，利用 LabVIEW 的 調(diào)用庫函數(shù)節(jié)點(diǎn)函數(shù)來與之建立連接并通信以實(shí)現(xiàn) LabVIEW 應(yīng)用程序與 USB 底層驅(qū)動程序之間的通信 [10]。 表 41 序號 函數(shù)名 功能 1 SI_GetNumDevice() 獲得已連接上的 USB 設(shè)備個數(shù) 2 SI_GetProductString() 獲得 USB 設(shè)備描述字符串 3 SI_Open() 打開由其實(shí)參指定的 USB 設(shè)備 4 SI_Close() 關(guān)閉由其實(shí)參指定的 USB 設(shè)備 5 SI_Read() 讀取接收隊列的數(shù)據(jù)包 6 SI_Write() 向 USB 設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)包 7 SI_FlushBuffers() 清空發(fā)送與接收緩沖區(qū) 8 SI_SetTimerouts() 設(shè)置讀寫數(shù)據(jù)包超時時間 9 SI_GetTimerouts() 獲取讀寫數(shù)據(jù)包超時時間 10 SI_CheckRXQueue() 檢測接收區(qū)隊列的字節(jié)數(shù) 11 SI_DeviceIOControl() 允許發(fā)送低電平命令至 USB 設(shè)備 12 SI_GetDllVersion() 獲取 USBXpress DLL 版本 18/48 基于 USB 的無線測控平臺的設(shè)計 以上 諸函數(shù)中均有一些形參和返回值，具體請參見 Silicon Laboratories 公司的 AN169號 文檔 USBXpress Programmer’s Guide。 USBXpress DLL、 USBXpress Driver 和 USB Firmware Library 則是 USBXpress 提供的 USB 主機(jī)和從設(shè)備接口庫。 該 nRF905 無線模塊 共 14 個接口引腳 ，引腳 功能 如表 31 所示。 在主設(shè)備這邊配置 SPI 接口時鐘的時候一定要弄清楚從設(shè)備的時鐘要求，因?yàn)橹髟O(shè)備這邊的時鐘極性和相位都是以從設(shè)備為基準(zhǔn)的。數(shù)據(jù)輸出通過 MISO 和 MOSI線，數(shù)據(jù)在時鐘上升沿或下降沿時 有效 ，在緊接著的下降沿或上升沿被讀取 ， 完成一位數(shù)據(jù)傳輸，輸入也使用同樣原理。 USBXpress Development Kit 的文件結(jié)構(gòu)如圖 34 所示。 圖 33 USB控制單元結(jié)構(gòu) 13/48 該 USB 控制單元共有 8 個端點(diǎn)管道，端點(diǎn) 0 總是作為雙向 IN/OUT 端點(diǎn)，其它端點(diǎn)則為單 向 IN 或 OUT 管道。 C8051F340 的 RAM 空間為 4352 字節(jié)，多 達(dá) 64KB 的 FLASH 存儲器。 圖 31 主機(jī)端硬件結(jié)構(gòu) 從機(jī)端硬件結(jié)構(gòu)如 圖 32 所示。 ，其格式如下： 字節(jié) 1 2 3 4 5 6 7 8 值 0xf8 ESTATUS SADDR 意義 錯誤狀態(tài)幀特征字 保留 字節(jié) 保留 字節(jié) 保留 字節(jié) 保留 字節(jié) 保留 字節(jié) 錯誤 狀態(tài) 子站 地址 其中， ESTATUS 表征上次傳送的錯誤原因。當(dāng) DADDRH 的最高位為 1時 表示被控設(shè)備為 開關(guān)量，此時只有 DATAL 的最低位為有效位，由其控制開關(guān)狀態(tài)。 傳送錯誤處理機(jī)制 主控平臺的各項命令均需 經(jīng)由兩個傳送通道即 USB 接口和無線射頻通道。 設(shè)備搜索命令用于 系統(tǒng)開機(jī)時對 廠房無線子站的 搜索 ，已確定當(dāng)前處于工作狀態(tài)的廠房無線子站的地址。 應(yīng)用層 協(xié)議 對設(shè)備的編址 當(dāng)無線主站向子站發(fā)送數(shù)據(jù)時，并不是所有的無線子站都接收該次發(fā)送的數(shù)據(jù)，這是靠無線子站的地址匹配機(jī)制 來實(shí)現(xiàn)的。 7/48 167。 167。 6/48 基于 USB 的無線測控平臺的設(shè)計 USB數(shù)據(jù)包 所有的 USB 數(shù)據(jù)包 都由 同步字符 （ SYNC） 開始，高速包的 SYNC 寬度 為 32 比特 ，全速 /低速包 的 SYNC 寬 度為 8比特 。在 系統(tǒng)中，要求使用屏蔽的雙絞線。 如何更加快速 的構(gòu)建 USB 接口而避免將大量工作投入其主機(jī)驅(qū)動程序的開發(fā)，本設(shè)計將采用 Silicon Laboratories 公司的 C8051F340 作為 USB 接口的設(shè)備控制器。 LabVIEW 專為測量、數(shù)據(jù)分析并提交結(jié)果而設(shè)計，其擁有如此功能眾多的圖形用戶界面又易于仿真，使得對于仿真、結(jié)果顯示、通用編程等都十分有利。相比于靠電纜來構(gòu)成數(shù)據(jù)傳輸通道，無線傳輸方式則顯得更加的方便。為了更加可靠準(zhǔn)確的獲取現(xiàn)場參數(shù)并進(jìn)行控制，整個通信鏈路應(yīng)該被設(shè)計為雙向的?；?/48 基于 USB 的無線測控平臺的設(shè)計 于無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪h(yuǎn)程測控平臺受到無線發(fā)射與接收距離的限制，在 2公里范圍內(nèi)則可以扮演很好的角色。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展則徹底的為我們實(shí)施遠(yuǎn)程異地測控奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。 系統(tǒng)測試 ............................................................................................... 31 USB 通信接口的測試 ........................................................................ 31 SPI 通信接口的測試 .......................................................................... 31 整機(jī)測試 ........................................................................................ 32 167。 系統(tǒng)整體硬件結(jié)構(gòu) ................................................................................... 11 167。 研究目的與意義 ......................................................................................... 1 課題的提出 ....................................................................................... 1 研究的意義 ....................................................................................... 1 167。 為 保證 測控任務(wù)的成功執(zhí)行，該協(xié)議約定測控指令的發(fā)送、錯誤檢查和確認(rèn)機(jī)制，保證測控指令在產(chǎn)生某種異常時 也能通過確認(rèn)和重發(fā)機(jī)制來完成測控任務(wù)。 本學(xué)位論文屬于 保密 □ ，在 _________年解密后適用本授權(quán)書。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。 本文 從工業(yè)現(xiàn)場實(shí)際出發(fā)，提出了基于該平臺的應(yīng)用層控制協(xié)議以維護(hù)該平臺的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。本文簡要介紹了這些封裝庫函數(shù)的名稱、形參、返回值和實(shí)現(xiàn)的功能。 無 線通信通道的設(shè)計 ................................................................................. 6 167。 USB 接口軟件設(shè)計 ................................................................................... 19 LabVIEW 調(diào)用動態(tài)鏈接庫 ................................................................. 19 主機(jī) USB 通信軟件流程 ................................................................... 21 從設(shè)備 USB 通信軟件流程 ................................................................. 22 167。 計算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，為實(shí)現(xiàn)測控模式的轉(zhuǎn)變積累了技術(shù)基礎(chǔ) 。然而，在大型測控網(wǎng)絡(luò)中， 需要在測控現(xiàn)場布置網(wǎng)絡(luò)電纜，在復(fù)雜的物理環(huán)境中易于遭受外界的破壞 ，給網(wǎng)絡(luò)的安全性 和可靠性 帶來隱患 [3]。該平臺 可以與 USB 接口實(shí)施通信以實(shí)現(xiàn)從該平臺發(fā)出的指令可以借助于 USB 接口傳送至下位機(jī)； 三是 設(shè)計一個無線 通信通道，可以完成從某一無線站點(diǎn)到另一無線站點(diǎn)的數(shù)據(jù)互發(fā)和接收； 四是制定一個適合于該系統(tǒng)的應(yīng)用層控制協(xié)議，以協(xié)調(diào) 對各設(shè)備實(shí)施測控的整個過程，保證該過程的有序性、準(zhǔn)確性和可靠性； 五是將以上諸模 塊組成一個完整的 系統(tǒng)，最終實(shí)現(xiàn)一個基于 USB 的無線測控平臺。另一方面，主機(jī)只能輸出數(shù)字量， 須經(jīng)由數(shù)模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為模擬量再輸入執(zhí)行器控制被控對象的運(yùn)行。 LabVIEW 通過 PCI、 GPIB、 RS232 等總線與物理系統(tǒng)通信，控制儀器的工作和實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集等。 USB 接口 的設(shè)計 在圖 21 中，測控平臺與無線主站之間依靠 USB 接口進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸 ， 相比于串口，USB 接口熱 拔插 和高速可靠的數(shù)據(jù)傳輸特性可以保證 二者之間的可靠通信。 USB體系的構(gòu)成 USB 體系包括主機(jī)（ USB Host）、設(shè)備（ USB Device）以及物理連接三個部分。從邏 輯上可以分為功能層、設(shè)備層和總線接口層三個層次。高速 USB 總線的幀周期為125us，全速以及低速 USB 總線的幀周期為 1ms。再者， nRF905 具有地址匹配機(jī)制 和收發(fā)一體的特點(diǎn) 可以方便的搭建一個點(diǎn)對多的通信網(wǎng)絡(luò)。無線子站隨之接收余下的有效數(shù)據(jù)，待數(shù)據(jù)接收完成 后， 無線子站通知 MCU 讀取接收到的數(shù)據(jù) 。 為區(qū)別這些 設(shè)備，也需要對其進(jìn)行編址。 查詢命令則表示該幀是一欲查詢某一設(shè)備某些參數(shù)的數(shù)據(jù)幀 ，該數(shù)據(jù)幀被子站接收后將返回一個包含測量參數(shù)值在內(nèi)的查詢狀態(tài)幀。 根據(jù)命令與狀態(tài)的類型，存在 以 下幾種數(shù)據(jù)幀類型： ，其格式如下： 字節(jié) 1 2 3 4 5 6 7 8 值 0x00 SADDR 意義 搜索幀特征字 保留 字節(jié) 保留 字節(jié) 保留 字節(jié) 保 留 字節(jié) 保留 字節(jié) 保留 字節(jié) 子站 地址 其中，子站地址 SADDR 從 0x010xff，共支持 255 個無線子站。 DADDRH 和 DADDRL 則表示查詢設(shè)備的地址。主機(jī)端硬件結(jié)構(gòu)如圖 31 所示，主要由 PC 機(jī)、微控制器和無 線主站 組成。 圖 32 從機(jī)端硬件結(jié)構(gòu) 12/48 基于 USB 的無線測控平臺的設(shè)計 167。 C8051F340 的 USB控制單元的特性 C8051F340 片上 集成了一個完整的全速 /低速 USB 功能控制器，用于實(shí)現(xiàn) USB 外部設(shè)備（該控制器不能作為 USB 主設(shè)備）。在該開發(fā)工具中，一個簡單、高效的主機(jī)軟件和設(shè)備固件應(yīng)用編程接口 搭建了一個完整的 USB 連接方案。