【正文】 業(yè)論文 V 芯片性能介紹 ................................................... 17 CY7C68013 的性能特點(diǎn) ........................................ 17 CY7C68013 的枚舉和重枚舉 ................................... 19 A/D 轉(zhuǎn)換芯片 MAX125 的介紹 .................................. 20 USB 控制器電路設(shè)計(jì) ............................................. 21 A/D 采樣通道設(shè)計(jì) ................................................ 22 電源轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì) ............................................... 24 +5V 電源設(shè)計(jì) ................................................ 24 5V 電源設(shè)計(jì) ................................................ 24 + 電源設(shè)計(jì) .............................................. 25 EEPROM 電路設(shè)計(jì) ................................................. 25 4 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的固件程序設(shè)計(jì) ........................................ 27 固件開發(fā)環(huán)境 ................................................... 27 固件程序的功能和架構(gòu) ........................................... 27 固件的功能 ................................................. 27 FX2 固件典型架構(gòu) ........................................... 28 設(shè)備端點(diǎn)的配置 ................................................. 31 端點(diǎn)緩沖區(qū)的分配 ........................................... 31 端點(diǎn)寄存器的設(shè)置 ........................................... 32 GPIF 接口的固件設(shè)計(jì) ............................................ 34 GPIF 簡(jiǎn)介 ................................................... 34 GPIF 波形設(shè)計(jì) ............................................... 35 GPIF 程序的生成 ............................................. 37 數(shù)據(jù)采集程序設(shè)計(jì) ............................................... 37 固件下載 ....................................................... 39 5 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì) ................................................... 41 河南師范大學(xué)本科畢業(yè)論文 VI WDM 驅(qū)動(dòng)程序 ................................................... 41 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的組成 ............................................. 42 驅(qū)動(dòng)程序的入口例程 ......................................... 43 創(chuàng)建設(shè)備 ................................................... 44 IRP 分發(fā)與處理例程 .......................................... 44 USB 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的開發(fā) ......................................... 45 INF 文件 ....................................................... 47 WIN32 程序接口 .................................................. 49 啟動(dòng) USB 設(shè)備 ............................................... 49 讀取設(shè)備數(shù)據(jù) ............................................... 50 關(guān)閉 USB 設(shè)備 ............................................... 51 應(yīng)用程序界面設(shè)計(jì)及其功能 ....................................... 51 應(yīng)用程序開發(fā)環(huán)境 ........................................... 51 應(yīng)用程序功能的實(shí)現(xiàn) ......................................... 52 7 結(jié)論與展望 ........................................................ 53 論文的結(jié)論 ..................................................... 53 展 望 .......................................................... 54 參考文獻(xiàn) ............................................................. 55 致 謝 ................................................................ 57 附錄 ................................................................. 58 河南師范大學(xué)本科畢業(yè)論文 VII 前 言 在工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究等行業(yè)中，常常需要利用 PC 或工控機(jī)對(duì)各種數(shù)據(jù)進(jìn)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(jié)構(gòu)，然后結(jié)合提出的方案，較為全面地介紹了系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)。論文基于課題的研究?jī)?nèi)容，給出了一種用 總線技術(shù)解決數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)接口問題的實(shí)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(shù)據(jù)采集設(shè)備存在以下缺陷：安裝麻煩；價(jià)格昂貴；受計(jì)算機(jī)插槽數(shù)量、地址、中斷資源的限制，可擴(kuò)展性差 [2]；在一些電磁干擾性強(qiáng)的測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)，可能無(wú)法專門對(duì)其作電磁屏蔽，從而導(dǎo)致采集的數(shù)據(jù)失真。 因此研究設(shè)計(jì)一種基于 接口技術(shù)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有十分重要的實(shí)用價(jià)值。 于 20xx 年 4 月發(fā)表，是一種高速模式的版本，它把數(shù)據(jù)傳輸速度提高到了 480Mbps，在保持了 優(yōu)點(diǎn)的前提下，保證了向下的兼容性，可以完全支持各種 的產(chǎn)品 [4]。 系統(tǒng)硬件支持 在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中應(yīng)用 接口總線，首先計(jì)算機(jī)系統(tǒng)要支持 協(xié)議，也就是說(shuō)主機(jī)要有 的主控制器及其相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序來(lái)支持 的設(shè)備。高速設(shè)備電纜的下行端的上拉電阻位于 D+線上，而低速設(shè)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(shè)備稱作“自供電”設(shè)備。每段線路都是主機(jī)與集線器或功能設(shè)備之間，或者集線器與另一個(gè)集線器或功能設(shè)備之間的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接。通過將 USB 功能設(shè)備的各種通信流分離， USB 能更好地全面利用總線。 USB 設(shè)備和功能層在他們的層內(nèi)都有一個(gè)邏輯通信的情況，但是實(shí)際上他們是 通過 USB 總線接口層完成數(shù)據(jù)傳輸?shù)摹? 圖 26 USB 通信流 河南師范大學(xué)本科畢業(yè)論文 7 圖 26 所示為通信流在端點(diǎn)與主機(jī)端的存儲(chǔ)器緩沖區(qū)之間的管道傳輸。而輸入端點(diǎn)，存放的是要從 USB 設(shè)備傳到主機(jī)的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)對(duì)主機(jī)來(lái)說(shuō)是要輸入的，所以就稱為輸入端點(diǎn)，盡管它在設(shè)備上。有兩種相互獨(dú)立的管道通信模式 [11]： 1. 流：在管道中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)沒有 USB 定義的結(jié)構(gòu)。 IRP 可以要求多數(shù)據(jù)有效載荷在總線上傳輸客戶數(shù)據(jù)。 幀和微幀 USB 工作在全速 /低速狀態(tài)時(shí)，主機(jī)控制器每隔 1 毫秒發(fā)送一幀數(shù)據(jù)；而工作在高速狀態(tài)時(shí)，主機(jī) 控制器每隔 125 微秒就發(fā)送一幀數(shù)據(jù)。 當(dāng)主機(jī)準(zhǔn)備接收批量數(shù)據(jù)時(shí)，它發(fā)出一個(gè) IN 令牌包。 3） STALL：如果端點(diǎn)被停止，則返回 STALL 以告訴主機(jī)不要重試傳輸，因?yàn)樵O(shè)備上有錯(cuò)誤條件。收到 SETUP 包的設(shè)備必須接收 SETUP 的數(shù)據(jù)并用 ACK 應(yīng)答，但是如果數(shù)據(jù)損壞，則丟 棄數(shù)據(jù)并且不返回握手信息。圖 210 說(shuō)明了控制傳輸事務(wù)讀寫順序以及數(shù)據(jù)時(shí)序位和控制讀寫序列的數(shù)據(jù) PID 類型。如果中斷端點(diǎn)的停止特征被設(shè)置了，設(shè)備將返回 STALL 握手包。在全速模式時(shí)，對(duì)于每個(gè)端點(diǎn)，一幀中只有一個(gè)同步包；在高速模式時(shí)，對(duì)于每個(gè)端點(diǎn)，一個(gè)微幀中就可 以包含多個(gè)同步包。接下來(lái)，編碼后的數(shù)據(jù)被放入 USB 數(shù)據(jù)線，這是由差分驅(qū)動(dòng)程序完成的。在 NRZI 編碼之前，數(shù)據(jù)流上每出現(xiàn)六個(gè)連續(xù)的 1 之后都要插入一個(gè) 0，迫使在 NIZR 數(shù)據(jù)流上有一個(gè)跳變。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件部分主要包括芯片的選擇、數(shù)據(jù)采集和傳輸電路以及電源轉(zhuǎn)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(shù)據(jù)。選擇 A/D 轉(zhuǎn)換芯片需要考慮 器件本身的性能和具體的應(yīng)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(xué)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(shí)間和更多特點(diǎn)的增強(qiáng)型 8051，它把內(nèi)部 RAM 用作程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。另外， GPIF 還可以通過采樣引腳 RDY 上的外部信號(hào)來(lái)等待外部事件的發(fā)生，決定是產(chǎn)生中斷還是進(jìn)行下一步操作。 ② 設(shè)備用固件下載之前的 PID 響應(yīng)主機(jī)的要求。下載完成后，當(dāng)下一次設(shè)備訪問時(shí)，該設(shè)備就作為信息中所定義的完全不同 USB 外設(shè)來(lái)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(fù)雜，減少了一般電路復(fù)雜的外部數(shù)據(jù)線和信號(hào)線的連接，提高了整個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的 可靠性。 RESERVED 引腳通過一個(gè) 10KΩ電阻接地，否則不能正確找到 USB 設(shè)備。如圖所示，本設(shè)計(jì)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(chǎn)生的時(shí)序控制 MAX125 的采集時(shí)序 。出廠時(shí)頻率已校準(zhǔn)，而且有應(yīng)用方便、頻率穩(wěn)定和電磁輻射少等特點(diǎn)。 河南師范大學(xué)本科畢業(yè)論文 25 圖 38 5V 電源轉(zhuǎn)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(guān)斷輸入，進(jìn)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(shè)計(jì)所涉及到的固件，主要完成了初始化、數(shù)據(jù)傳輸、掛起和恢復(fù)等工作。另外重要的一點(diǎn)，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會(huì)到 Keil C51 生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語(yǔ)句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。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。 2) 主函數(shù)：包括完成符合設(shè)備特定要求的代碼。 3) 如果發(fā)現(xiàn) USB 空閑置位，則調(diào)用 TD_Suspend()掛起函數(shù)，調(diào)用成功則內(nèi)核掛起；隨后 USB 將會(huì)測(cè)試是否出現(xiàn)遠(yuǎn)程喚醒信號(hào)，如果有就調(diào)用 TD_Resume()，內(nèi)核喚醒重新進(jìn)入 while 循環(huán)。 // 設(shè)置端點(diǎn) 1OUT 有效，批量傳輸 EP1INCFG = 0xA0。 EP2BCL = 0