【正文】 業(yè)論文 V 芯片性能介紹 ................................................... 17 CY7C68013 的性能特點 ........................................ 17 CY7C68013 的枚舉和重枚舉 ................................... 19 A/D 轉換芯片 MAX125 的介紹 .................................. 20 USB 控制器電路設計 ............................................. 21 A/D 采樣通道設計 ................................................ 22 電源轉換電路設計 ............................................... 24 +5V 電源設計 ................................................ 24 5V 電源設計 ................................................ 24 + 電源設計 .............................................. 25 EEPROM 電路設計 ................................................. 25 4 數據采集系統(tǒng)的固件程序設計 ........................................ 27 固件開發(fā)環(huán)境 ................................................... 27 固件程序的功能和架構 ........................................... 27 固件的功能 ................................................. 27 FX2 固件典型架構 ........................................... 28 設備端點的配置 ................................................. 31 端點緩沖區(qū)的分配 ........................................... 31 端點寄存器的設置 ........................................... 32 GPIF 接口的固件設計 ............................................ 34 GPIF 簡介 ................................................... 34 GPIF 波形設計 ............................................... 35 GPIF 程序的生成 ............................................. 37 數據采集程序設計 ............................................... 37 固件下載 ....................................................... 39 5 設備驅動程序設計 ................................................... 41 河南師范大學本科畢業(yè)論文 VI WDM 驅動程序 ................................................... 41 設備驅動程序的組成 ............................................. 42 驅動程序的入口例程 ......................................... 43 創(chuàng)建設備 ................................................... 44 IRP 分發(fā)與處理例程 .......................................... 44 USB 設備驅動程序的開發(fā) ......................................... 45 INF 文件 ....................................................... 47 WIN32 程序接口 .................................................. 49 啟動 USB 設備 ............................................... 49 讀取設備數據 ............................................... 50 關閉 USB 設備 ............................................... 51 應用程序界面設計及其功能 ....................................... 51 應用程序開發(fā)環(huán)境 ........................................... 51 應用程序功能的實現(xiàn) ......................................... 52 7 結論與展望 ........................................................ 53 論文的結論 ..................................................... 53 展 望 .......................................................... 54 參考文獻 ............................................................. 55 致 謝 ................................................................ 57 附錄 ................................................................. 58 河南師范大學本科畢業(yè)論文 VII 前 言 在工業(yè)生產和科學研究等行業(yè)中，常常需要利用 PC 或工控機對各種數據進行采集處理，如液位、溫度和壓力等。文中首先深入研究了 USB 的體系結構，然后結合提出的方案，較為全面地介紹了系統(tǒng)的硬件和軟件設計。論文基于課題的研究內容，給出了一種用 總線技術解決數據采集系統(tǒng)接口問題的實施方案。Function driver is the bridge between hardware and host software, and the design process of the WDM (Windows Driver Mode) driver for the USB was introduced here。 總之，采用這些傳統(tǒng)接口的數據采集設備存在以下缺陷：安裝麻煩；價格昂貴；受計算機插槽數量、地址、中斷資源的限制，可擴展性差 [2]；在一些電磁干擾性強的測試現(xiàn)場，可能無法專門對其作電磁屏蔽，從而導致采集的數據失真。 因此研究設計一種基于 接口技術的數據采集系統(tǒng)具有十分重要的實用價值。 于 20xx 年 4 月發(fā)表，是一種高速模式的版本，它把數據傳輸速度提高到了 480Mbps，在保持了 優(yōu)點的前提下，保證了向下的兼容性，可以完全支持各種 的產品 [4]。 系統(tǒng)硬件支持 在數據采集系統(tǒng)中應用 接口總線，首先計算機系統(tǒng)要支持 協(xié)議，也就是說主機要有 的主控制器及其相應的驅動程序來支持 的設備。高速設備電纜的下行端的上拉電阻位于 D+線上，而低速設備電纜的下行端的上拉電阻位于 D線上。相反，那些有另外電源的設備稱作“自供電”設備。每段線路都是主機與集線器或功能設備之間，或者集線器與另一個集線器或功能設備之間的點對點連接。通過將 USB 功能設備的各種通信流分離， USB 能更好地全面利用總線。 USB 設備和功能層在他們的層內都有一個邏輯通信的情況，但是實際上他們是 通過 USB 總線接口層完成數據傳輸的。 圖 26 USB 通信流 河南師范大學本科畢業(yè)論文 7 圖 26 所示為通信流在端點與主機端的存儲器緩沖區(qū)之間的管道傳輸。而輸入端點，存放的是要從 USB 設備傳到主機的數據，這些數據對主機來說是要輸入的，所以就稱為輸入端點，盡管它在設備上。有兩種相互獨立的管道通信模式 [11]： 1. 流：在管道中傳輸的數據沒有 USB 定義的結構。 IRP 可以要求多數據有效載荷在總線上傳輸客戶數據。 幀和微幀 USB 工作在全速 /低速狀態(tài)時，主機控制器每隔 1 毫秒發(fā)送一幀數據；而工作在高速狀態(tài)時，主機 控制器每隔 125 微秒就發(fā)送一幀數據。 當主機準備接收批量數據時，它發(fā)出一個 IN 令牌包。 3） STALL：如果端點被停止，則返回 STALL 以告訴主機不要重試傳輸，因為設備上有錯誤條件。收到 SETUP 包的設備必須接收 SETUP 的數據并用 ACK 應答，但是如果數據損壞，則丟 棄數據并且不返回握手信息。圖 210 說明了控制傳輸事務讀寫順序以及數據時序位和控制讀寫序列的數據 PID 類型。如果中斷端點的停止特征被設置了，設備將返回 STALL 握手包。在全速模式時，對于每個端點，一幀中只有一個同步包；在高速模式時，對于每個端點，一個微幀中就可 以包含多個同步包。接下來，編碼后的數據被放入 USB 數據線，這是由差分驅動程序完成的。在 NRZI 編碼之前，數據流上每出現(xiàn)六個連續(xù)的 1 之后都要插入一個 0，迫使在 NIZR 數據流上有一個跳變。數據采集系統(tǒng)的硬件部分主要包括芯片的選擇、數據采集和傳輸電路以及電源轉換電路等。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據。選擇 A/D 轉換芯片需要考慮 器件本身的性能和具體的應用要求。該系列的芯片有四種封裝類型，分別為： 128pinTQFP、 100pin TQFP、 56pin QFN 和 56pin SSOP，其中河南師范大學本科畢業(yè)論文 18 56 腳的功耗最低。 CPU 是具有快速的執(zhí)行時間和更多特點的增強型 8051，它把內部 RAM 用作程序和數據存儲。另外， GPIF 還可以通過采樣引腳 RDY 上的外部信號來等待外部事件的發(fā)生，決定是產生中斷還是進行下一步操作。 ② 設備用固件下載之前的 PID 響應主機的要求。下載完成后，當下一次設備訪問時，該設備就作為信息中所定義的完全不同 USB 外設來處理。由于 CY7C68013 集成了多重功能，所以外部電路就顯得不是很復雜，減少了一般電路復雜的外部數據線和信號線的連接，提高了整個數據采集系統(tǒng)的 可靠性。 RESERVED 引腳通過一個 10KΩ電阻接地，否則不能正確找到 USB 設備。如圖所示，本設計將 MAX125 的D[0:7]同 CY7C68013 的 PB[0:7]相連， D[8:13]同 PD[0:5]相連；將 MAX125 的CONVST 、 WR 和 RD分別同 CY7C68013 的 CTL0、 CTL1 和 CTL2 相連，由 GPIF 的波形描述符所產生的時序控制 MAX125 的采集時序 。出廠時頻率已校準，而且有應用方便、頻率穩(wěn)定和電磁輻射少等特點。 河南師范大學本科畢業(yè)論文 25 圖 38 5V 電源轉換電路圖 NCP1729 是 CMOS 電荷泵電壓反相器 [19]，輸入電壓范圍 ～ ，輸出電流50mA，工作電流僅為 122μ A，且提供節(jié)省功率的關斷輸入，進一步將電流降至 μ A 。 24LC64 是 8K字節(jié)的電可擦除的 PROM，其工作電壓范圍為 。本設計所涉及到的固件，主要完成了初始化、數據傳輸、掛起和恢復等工作。另外重要的一點，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會到 Keil C51 生成的目標代碼效率非常之高，多數語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。當把設備連接到主機上 (USB 設備連接到主機上的集線器上 )時，上位機可以發(fā)現(xiàn)新設備，然后建立連接。 2) 主函數：包括完成符合設備特定要求的代碼。 3) 如果發(fā)現(xiàn) USB 空閑置位，則調用 TD_Suspend()掛起函數，調用成功則內核掛起；隨后 USB 將會測試是否出現(xiàn)遠程喚醒信號，如果有就調用 TD_Resume()，內核喚醒重新進入 while 循環(huán)。 // 設置端點 1OUT 有效，批量傳輸 EP1INCFG = 0xA0。 EP2BCL = 0