【正文】 本章講述了單片機軟件程序的設計、PC機應用程序的設計。 Windows操作系統(tǒng)進一步升級至Windows98以后，在Windows NT驅動模型的基礎上，增加了即插即用、電源管理等內容后，微軟提出了新的驅動程序模型WDM，即Windows驅動程序模型。然而大多數(shù)情況下，為充分利用和控制硬件資源，我們必須自己為硬件編寫最適合的設備驅動程序。然后選擇vc++6．0中的“Build with BUILD．EXE”進行編澤VdwLibs．dsw4．3 USB接口描述USB是英文“Universal Serial Bus”的縮寫，中文是“通用串行總線”，它是應用在微機領域的新型接口技術。 Driver Works編寫USB驅動程序的具體實現(xiàn) 在編寫USB設備驅動程序之前，首先必須確定是否安裝了Windows2000WDM驅動程序及應用程序實例所用的工具包：Visualc十+6．0、windows2000 DDK和DriverStudio 2．7，依照這個順序安裝這些工具。(2)選擇驅動程序的類型為WDM。(9)如需IOCTL接口等特殊功能，可以在這～步添加，否則進入最后一步。如動態(tài)插入USB設備，系統(tǒng)能自動識別它。下面就介紹如何使用8usHound軟件來輔助調試。另外，USB通訊是一個動態(tài)的過程，是不太好使用硬件仿真器來設置斷點調試的，因為每～次USB的傳輸過程，都有時效要求，等待時間過長，通訊過程也就中止了。利用這兩種手段，有助于我們確定一方發(fā)送數(shù)據(jù)時另一方接收的數(shù)據(jù)是否正確。編寫好了INF文件后，就可以安裝USB設備的驅動程序了。本課題具體進行的工作如下所述：1．完成了汽車節(jié)能控制器的總體設計工作。對于USB設備和Pc機通信的程序調試中，不能使用單步調試的方法，使整個程序調試成功必須利用一些外部工具和軟件，這就是前面講到“Bus Hound”和“串口調試助手”兩個工具的協(xié)調運用。這個控件是微軟公司為了簡化Windows下應用程序的編程而提供的ActiveX控件，非常的實用，使用起來也非常的方便。整個應用程序包括兩個主要的模塊：RS一232串口通信和USB接口通信。整個軟件程序實現(xiàn)了A／D轉換程序設計、RS一232串行通信程序的設計、USB接口固件程序的設計。如果在汽車上加裝該裝置，則此裝置恩能夠在汽車制動時儲存汽車的動能，并能夠把汽車動能轉換為儲氣桶內的氣體壓力勢能和提供汽車制動力矩。節(jié)可以是任意順序，但是一個節(jié)中行的順序有時候是重要的。 而在本系統(tǒng)的硬件電路中，串口調試和Bus Hound這兩種手段配合使用，可以使USB通訊過程的調試更加容易。從Devices中可以選擇要對哪些設備的數(shù)據(jù)進行捕獲，Settings中可以設置緩沖區(qū)的總長度和每個Phase數(shù)據(jù)長度的限制。當應用Driver Works生成USB設備驅動程序框架時，會自動生成IRP—MJ—CREATE、IRP—MJ_CLOSE、IRP—MJ_READ、IRP_MJ_WRITE、IRP—MJ—DEVICE_CONTROL主功能代碼分別對應的驅動程序例程Create、Close、Read、Write、Device Control框架。用戶可從微機系統(tǒng)中添加和刪除設備。(7)如需創(chuàng)建注冊表項，可在這?步添加，否則可以進入下一步。 在安裝完成后，進入visual C++6．0，可以看到在菜單中新增了“Drivet Wizard“菜單欄，這樣我們可以通過該向導輕松完成簡單的功能驅動程序設計。 設備的每個配置中都含有一個或多個的接I：1，接口指出軟件怎樣訪問硬件。tICE工具。 在設計驅動程序之前，必須為硬件設備選擇合適的驅動程序。 進入Windows操作系統(tǒng)后，出于對操作系統(tǒng)穩(wěn)定性以及對硬件設備的保護，系統(tǒng)不再允許編程者直接與硬件設備打交道，這種對硬件設備資源的保護機制使對設備的訪問變得復雜起來。表3．4 MSCOMM控什屬性表實現(xiàn)PC機與單片機的串口通信比較通用的方法是使用MSCOMM控件進行編寫程序，它為應用程序提供了通過串行接口收發(fā)數(shù)據(jù)的簡便方法。MSCOMM控件可用于創(chuàng)建電話撥號程序、串KI通信程序和功能完備的終端程序。目前在各種操作系統(tǒng)中，Microsoft的Windows較為常見，而且大多為Windows95／98等32位平臺。在主循環(huán)中，當建立包標志為真時，利用controlHandleF0函數(shù)進入不同的標準請求處理函數(shù)。下面重點講述各層程序模塊的重要程序代碼。CPU可以繼續(xù)它當前的前臺任務直到完成。(3)批量傳輸；用來傳輸大量數(shù)據(jù)而沒有周期和傳輸效率的設備上。每個USB設備都包含設置信息，束描述該設備的性能和所需資源。若多個器件同時需要連到主控制器上，只需用集線器(HUB)來擴展。在本系統(tǒng)中采用中位值濾波法，就是對某一被測參數(shù)接連采樣n次，然后把n次采樣值按大小排列，取中間值為本次采樣值。ADC轉換結束后向單片機發(fā)出中斷請求信號，單片機響應此中斷請求，進入到中斷服務程序，讀入轉換數(shù)據(jù)，并進行必要的數(shù)據(jù)處理，然后返回到主程序。由WRDI指令復位或由寫周期后復位。整個程序流程如下圖3．2所示：3．3．2 X25045編程 X25045將四種功能合于一體：上電復位控制、看門狗定時器、降壓管理、串行EEPROM，X25045在本系統(tǒng)中所用的指令集見表3．1，表中所有的指令、地址及數(shù)據(jù)都以MSB(最高有效位)在前的方式傳送。]c++6．0集成開發(fā)環(huán)境Visual c++6．0是用戶所喜愛的面向對象的Windows編程環(huán)境，借助于Visual c168。同時仿真器的軟件具有匯編和編譯的能力，以及單步、跟蹤、慢速斷點、全速斷點和連續(xù)方式運行程序的調試能力。 下面講述如何安裝單片機開發(fā)工具和設定升：發(fā)環(huán)境。3 系統(tǒng)軟件設計 該課題涉及到單片機程序設計、PC機應用程序設計。5)存儲器管理單元和內部RAM在以12MB／S的速率傳輸并與微控制器并口相連時，存儲器管理單元和內部RAM作為USB之間速度差異的緩沖區(qū)，這就允許微控制器以自己的速率對USB信息包進行讀寫。片內繼承了高性能USB接口器件、FIF0存儲器、收發(fā)器以及電壓調整器，可與任何外部微控制器／微處理器實現(xiàn)高速并行接口(2M8／S)。支持USB的產品只要將連接線接到電腦的USB插槽，電腦內部就會自動分配地址，不需用戶參照系統(tǒng)的硬件設定進行設置。通過這個標準插頭，采用菊花鏈形式可以把所有的外設連接起來，并且不會損失帶寬。USB同時又是一種通信協(xié)議，它支持主系統(tǒng)(host)和USB的外圍設備(device)之間的數(shù)據(jù)傳輸。1CL232可以實現(xiàn)TTL電平和RS一232電平之間的轉換。15V高壓電源，不太方便，現(xiàn)在常用的Rs一232c／TTL轉換芯片是MAX 232或ICL232。這樣整個電路只要接通電源就完成了系統(tǒng)的復位初始化。CPU相應中斷后，在中斷服務程序中使0E線或為ENABLE引腳變?yōu)楦唠娖?，以提取A／O轉換后的數(shù)字量。如ADC0809是EOC引腳作為表示轉換結束的信號輸出線。逐次逼近式A／D轉換器在精度、速度和價格上都適中。)和動態(tài)存儲器(DRAM)，在單片機應用系統(tǒng)中，外擴的數(shù)據(jù)存儲器都采用靜態(tài)數(shù)據(jù)存儲器。在低128B9區(qū)中，OOH一1FH地址為四組工作寄存器區(qū)。●全靜態(tài)工作：0Hz一16MHz。在單片機的選型上，考慮單片機本身的性能以及課題開發(fā)周期短的特性點，本課題采用較為熟悉的MCS一51系列的單片機，以偉福仿真器作為開發(fā)工具。它由70年代的MCS一48系列發(fā)展到80年代的MCS一5l系列，80年代后期的MCS一96／98系列，使單片機技術日趨成熟和完善。5)看門狗電路 單片機受到干擾后，單片機的程序可能彈飛到一個l臨時構成的死循環(huán)中時，這個時候單片機必須進行復位。2)數(shù)據(jù)采集模塊 數(shù)據(jù)采集模塊在整個系統(tǒng)中主要負責對模擬信號的采樣。2 汽車節(jié)能裝置控制器硬件設計2．1總體設計2．1．1總體方案 根據(jù)汽車節(jié)能裝置系統(tǒng)的要求，同時考慮到成本的原因。1．4課題的預期結果 本課題介紹的汽車節(jié)能裝置具有一定的特點，該裝置中的電磁閥和電磁離合器的動作不僅要依賴機械傳動機構，而且要依賴控制電路的控制。初始化時首先通過DCF—C開啟一段時間來給汽車一個啟動力矩。待完成以上工作后DCL—A電磁離合器方通電吸合，進入到制動狀態(tài)?？刂撇糠种饕葾T89C51及其外圍芯片構成。該課題在公交車上加裝一種裝置，該裝置主要由3～4個空氣壓縮機、儲氣桶、電磁閥、電磁離合器以及單片機控制電路等組成的機電一體化集成系統(tǒng)。 該課考慮的是能源的有效利用。正是基于這種現(xiàn)實問題提出的，怎么樣把這部分能量儲起來?該課題做了這樣一個設計。我想當汽車加裝了本課題設計的汽車節(jié)能裝置后，在汽車加速或重新啟動的時候，利用存儲的高壓氣驅動汽車，此時不需要燃燒燃料，這樣的話，對于降低車尾氣對環(huán)境的污染、減小環(huán)境噪聲有十分明顯的效果，說明該裝置同時還是一個、環(huán)保裝置。在描述該裝置的制動及啟動過程之前，簡單了解原理圖： 該裝置主要由電磁離合器、壓縮機和儲氣桶三部分組成，其中DCL—A為電磁離合器，DCFA為壓縮機吸氣閥，DCF～B為儲氣桶進氣閥，DCFC為儲氣桶出氣閥，ZYF—A，ZYF—B，ZYF—C為儲氣桶內部的三個自由閥。工作狀態(tài)一切正常時，當活塞運動到上止點附近，DCF—B在內外壓差作用的情況下打開，活塞運動到回程階段時，壓差不足以打開DCF—B，此時DCF—B閉合。開啟DCF—A的目的是使腔內壓強同外界保持一致，減少運動到上止點的阻力，提高系統(tǒng)的運行效率?？刂破鞯臄?shù)據(jù)采集模塊實現(xiàn)采集壓力數(shù)據(jù)、汽車速度數(shù)據(jù)、油門踏板位置數(shù)據(jù)和制動踏板位置數(shù)據(jù)。同時由于MCS一5l系列單片機具有擴展性強等特點，本系統(tǒng)采用ATMEL的AT89C51單片機。3)數(shù)據(jù)通信接口 由于單片機組成的系統(tǒng)對數(shù)據(jù)的處理能力相對較弱，同時為了對采集的數(shù)據(jù)作進一步分析處理，該裝置設計了與上位機通信的通信接口模塊，采用RS232串行通信。 整個系統(tǒng)實現(xiàn)的功能是，數(shù)據(jù)采集電路采集制動踏板的位置、油門踏板的位置信號、空氣壓縮機的壓力、離合器位置等模擬信號，而89C51把這些信號通過串行通信接口送入到上位機進行處理，上位機把處理的結果通過串行通信接口輸入到單片機中單片機根據(jù)這些處理數(shù)據(jù)來控制壓氣機電磁閥門、離合器的動作，因為USB接口通信的快速、即插即用等優(yōu)點，因而擴展了USB接口通信，把USB接口通信是作為電路的擴展部分。就國內116年應用實踐而富，單片機使用量最大的是8位單片，應用范圍最廣的也是8位單片機。由于將多功能8位CPU和快閃存儲器組合在單個芯片中，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活，高性能且價廉的方案?！駜蓚€16位定時器／計數(shù)器。30H一59H地址單元，主要用來存放一些程序數(shù)據(jù)；在本系統(tǒng)中，主要用來臨時存放儲氣桶中壓力數(shù)據(jù)、汽車速度數(shù)據(jù)、油門踏板數(shù)據(jù)、制動踏板數(shù)據(jù)；60H一7FH地址單元，是用來作為堆棧使用。2)程序存儲器程序存儲器一般采用E2PROM，E2PROM是電擦除可編程只讀存儲器，其突出優(yōu)點是在線擦除和改寫，無需像EPROM那樣必須用紫外線照射才州+擦除，較新的∥PROM產品在寫入時能夠自動完成擦除。其特點是：●逐次逼近寄存器；轉換時間(正。ADC0809共有八路模擬輸入端，能夠完成對八路輸入的分時AD轉換，其23～25三只引腳ADDC、ADDB、ADDA接入經鎖存器74LS373鎖存后輸出的地址，它的不同取值可選通八路模擬輸入，起到模擬開關的作用。X245由美國Xicor公司生產，兼有看門狗定時器、復位定時器和EEPROM三種，45具體操作方法如下：(1電復位電并且超過一個閾值電壓時，X25045的內部復位電路將會提供一個200ms的復位脈沖，讓處理器能夠正常復位。由于通信接口與設備制造廠商都生產與RS一232c兼容的通信設備，因此它已成為微機串行通信接口中廣泛采用的一種標準。2) 其它電器參數(shù)RS一232c終端一側的旁路電容C不應超過2500pF(包括電纜電容在內)。rCL232與AT89C5l的接口電路如下圖2．7所示：2．8 USB接口部分 如圖2．7串口通信接電路圖在考慮到今后電路板設計的通用性、系統(tǒng)要求高速數(shù)據(jù)傳輸速率，本課題所設計電路板作為一個通用控制板使用，在整個電路中加入了US8總線,這種嶄新的微機總線接口規(guī)范，成為最近幾年在Pc領域廣為應用的新型接口技術。USB要比標準串行口快得多，其數(shù)據(jù)傳輸可達每秒4Mb12Mb(而老式的串行口最多是每秒115Kb，在最新的USB2．0規(guī)范中速率更高)。自從1994年11月11同發(fā)表了USB VO7以后，USB接口經歷了六年的發(fā)展，發(fā)展到了1998年的USB l．1和現(xiàn)在的2．0版本。USB可消除某些外設對體積較大的電源適配器的需求，因為它可識別一個設備所需的電力，并可自動把這一電力提供給這一設備(最高可達500毫安)。3)PHILIPS串行接口引擎(PSIE)PSIE實現(xiàn)了全部的USB協(xié)議層，且完全由硬件實現(xiàn)而不需耍固件的參與