【正文】 .....................24 A/D與單片機(jī)接口電路 ............................................................................25 PDIUSBDI2與單片機(jī)接口電路 ...............................................................25 第四章 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) ..........................................................................27 A/D轉(zhuǎn)換時(shí)序控制 ...........................................................................................27 固件的開發(fā) .....................................................................................................27 采用 PDIUSBD12的固件設(shè)計(jì) ........................................................................28 驅(qū) 動(dòng)的開發(fā)工具 ......................................................................................28 PDIUSBD12固件程序的編寫 ..................................................................29 固件結(jié)構(gòu) .........................................................................................................30 固件的編程實(shí)現(xiàn) .............................................................................................32 底層函數(shù) ..................................................................................................32 命令接口 ..................................................................................................32 中斷服務(wù)程序 ................................................................................34 主循環(huán) .............................................................................36 第五章 USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)及應(yīng)用程序設(shè)計(jì) ............................................................40 USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序 ..........................................................................................40 USB設(shè)備應(yīng)用程序設(shè)計(jì) ...................................................................................46 第六章 結(jié) 論 .............................................................................................................49 參考文獻(xiàn) .......................................................................................................................50 附錄 ................................................................................................................................51 基于 USB總線的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘要 :本文介紹了一種基于 通用串行總線 USB(Universal Serial Bus)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 檢索國 內(nèi) USB總線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 的發(fā)展動(dòng)態(tài)，分析國內(nèi)的現(xiàn)狀； 完成 USB總線數(shù)據(jù)采集 系統(tǒng)方案選擇設(shè)計(jì)； 完成系統(tǒng)中 USB總線硬件與軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)； 完成系統(tǒng)中 USB總線驅(qū)動(dòng)程序系統(tǒng)的設(shè)計(jì)； 總結(jié) USB總線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)的體會(huì)和收獲； 完成畢業(yè)論文的文稿工作，要求：總字?jǐn)?shù)不低于一萬字，使用 A4 編輯及打印裝訂成冊； 技術(shù)圖紙：控制系統(tǒng)原理圖 1張（ 0號）、控制系統(tǒng)程序流程圖 1張（ 0號）； 翻譯英文技術(shù)資料：翻譯國內(nèi) USB總線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的 （或相關(guān)課題）開發(fā)及研究的英文資料。 建議評定畢業(yè)設(shè)計(jì)成績?yōu)椋毫己?。通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，可以簡潔、通用化的硬件配合以相應(yīng)的軟件實(shí)現(xiàn)以往專用測試儀器的功能 。課題主要完成四個(gè)方面的工作 :數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)、固件設(shè)計(jì)、應(yīng)用程序及 WDM設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)。 USB支持四種傳輸類型，塊傳輸、同步傳輸、中斷傳輸和控制傳輸。 2. 主機(jī)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序 : USB外設(shè)的驅(qū)動(dòng)程序只能為 WDM(WindowsD riverM odle)形式的驅(qū)動(dòng)，課題中采用以 DDK2021為開發(fā)工具，在 ，編譯時(shí)直接在 DDK2021的 DOS窗口中編譯。 管道 管道是設(shè)備端點(diǎn)和主機(jī)控制器之間的連接，在一個(gè)傳輸發(fā)生之前，必須首先建立一個(gè)管道。 ④ NYET（ Not Yet）：表示設(shè)備是否已準(zhǔn)備好接收數(shù)據(jù)，只有高速設(shè)備使用。 中斷傳輸?shù)膫鬏斀Y(jié)構(gòu)如圖 23 所示： 圖 23 中斷傳輸結(jié)構(gòu)示意圖 同步傳輸 同步傳輸?shù)囊饬x在于每一個(gè)幀或者微幀內(nèi)必須傳輸固定數(shù)目的字節(jié)數(shù)據(jù)，它適用于固定速度或者特定時(shí)間的傳輸。A 。 端點(diǎn)描述符包含了主機(jī)用來確定一個(gè)端點(diǎn)帶寬要求的信息。 — 第 11 頁 共 56 頁 — 第三章 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 如前所述 ， USB系統(tǒng)中的通信主要由主機(jī)控制，這里的主機(jī)是指計(jì)算機(jī)硬件與軟件的結(jié)合體，不是單純的硬件。這些控制器芯片的優(yōu)點(diǎn)是開發(fā)者已經(jīng)熟悉了這些通用微控制器的結(jié)構(gòu)和指令集，所以開發(fā)起來救比較容易。 D7－ D0為數(shù)字量輸出線。 AT89C51 AT89C51是一種帶 4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（ FPEROM Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能 CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。 電壓調(diào)整器：片內(nèi)集成了一個(gè) 的調(diào)整器用于模擬收發(fā)器的供電。當(dāng) PDIUSBD12 成功地枚舉和配置后， LED 指示將一直點(diǎn)亮。 PDIUSBD12 可編程為單周期 DMA 或突發(fā)模式 DMA。 — 第 20 頁 共 56 頁 — 圖 36 PDIUSBD12與 89C51的連接電路 在該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，用 ADC0809采集 05V的電壓信號，經(jīng) A/D轉(zhuǎn)換后將數(shù)字量存入預(yù)先設(shè)定的緩沖區(qū)里，利用接口芯片 D12將數(shù)據(jù)送至 USB總線上。固件程序一般放入 MCU中，當(dāng)把設(shè)備連接到主機(jī)上時(shí)，上位機(jī)可以發(fā)現(xiàn)新設(shè)備，然后建立連接。作為配置操作的一部分，主機(jī)會(huì)設(shè)備設(shè)備的配置值，如果必要的話會(huì)選擇合適的接口備選設(shè)備。 ISR接收和保存數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中的控制傳輸并設(shè)置相應(yīng)的標(biāo)志寄存器。因此，可以將每種命令做成函數(shù)，用函數(shù)實(shí)現(xiàn)各個(gè)命令，以后直接調(diào)用函數(shù)即可。目標(biāo)文件可由 LIB51創(chuàng)建生成庫文件，也可以與庫文件一起經(jīng) C51連接定位生成絕對目標(biāo)文件(.ABS)。 PDIUSBDI2與單片機(jī)接口電路 PDIUSBD12與 89C51的連接電路如圖 。要處理任何 DMA 傳輸，本地 CPU從主機(jī)接收必要的 SETUP 信息，并對 DMA 控制器進(jìn)行正確的編程。 PDIUSBD12 在連接可以建立之前會(huì)檢測 USB 規(guī)格的 5%，但用于連接的 VSE 電壓規(guī)格仍然有足夠的余量。集合所有這些特性都為系統(tǒng)顯著節(jié)約了成本，同時(shí)使 USB功能在外設(shè)上的應(yīng)用變得容易。 （ 3）送通道的地址到 A、 B、 C端口上。 EOC為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號。從芯片大的構(gòu)架來分，市面上所有的 USB控制器芯片可以分為不需要外接微控制器的芯片和需要外接微控制 器的芯片。 wValue 為值，它根據(jù)不同的請求，以字節(jié)來定義，例如，設(shè)備請求為 Get Descriptor(06H)， wValue 為 01H 時(shí)，表明要發(fā)送設(shè)備描述— 第 10 頁 共 56 頁 — 符。配置描述符由 9 個(gè)字節(jié)組成，分為 8 個(gè)字段。 ⑤ 地址分配 當(dāng)主機(jī)接收到有設(shè)備對默認(rèn)地址（ 00H）來響應(yīng)的時(shí)候，就確認(rèn)有設(shè)備連接，主機(jī)對設(shè)備分配一個(gè)空閑的地址（如 02H），以后設(shè)備就只對 02H 地址進(jìn)行響應(yīng)。 批量傳輸 批量傳輸包含一個(gè)或者多個(gè)傳輸事務(wù)，其傳輸是單方向的，即所有的事務(wù)都必須是輸入或輸出事務(wù)。但是聯(lián)絡(luò)信號不是僅僅在聯(lián)絡(luò)數(shù)據(jù)包中，有些數(shù)據(jù)信息包中也包含聯(lián)絡(luò)信號。每個(gè) USB 設(shè)備有一個(gè)唯一的地址，這個(gè)地址是在設(shè)備連上主機(jī)時(shí)由主機(jī)分配的，而設(shè)備 中的每個(gè)端點(diǎn)在設(shè)備內(nèi)部有唯一的端點(diǎn)號，這個(gè)端點(diǎn)號是在設(shè)備設(shè)計(jì)時(shí)被給定的。配合其它輔助芯片和單片機(jī)固件完成輸入模擬信號的采集、存儲和向 PC主機(jī)的傳輸。對用戶來說，只需要等待幾秒鐘， USB外設(shè)的安裝就會(huì)完成。受計(jì)算機(jī)— 第 2 頁 共 56 頁 — 插槽數(shù)量、地址、中斷資源限制，可擴(kuò)展性差 。硬件設(shè)計(jì)主要解決的是 D12 與單片機(jī)的接口電路的設(shè)計(jì)。軟件編程主要分為三部分 :一是為滿足獲得最大傳輸速率和運(yùn)行效率的固件程序 編程 ； 二是為用戶提供的以動(dòng)態(tài)鏈接庫形式封裝的功能函數(shù) ； 三是提供演示和測試的 控制面板程序 ， 并為系統(tǒng)提供了兩個(gè)應(yīng)用實(shí)例。 論文 （設(shè)計(jì)）質(zhì)量 ，論述是否充分，結(jié)構(gòu)是否嚴(yán)謹(jǐn)合理；實(shí)驗(yàn)是否正確，設(shè)計(jì)、計(jì)算、分析處理是否科學(xué)；技術(shù)用語是否準(zhǔn)確，符號是否統(tǒng)一，圖表圖紙是否完備、整潔、正確，引文是否規(guī)范； ，有無觀點(diǎn)提煉，綜合概括能力如何； 無理論價(jià)值或?qū)嶋H應(yīng)用價(jià)值，有無創(chuàng)新之處。硬件設(shè)計(jì)主要解決了控制器與主機(jī)通信問題 ,數(shù)據(jù)采樣、模擬輸出 、 I/O擴(kuò)展等電路設(shè)計(jì)以及它們之間的接口。驅(qū)動(dòng)程 序以 WDM為模型，以 DDK為開發(fā)工具，以 IRP為消息傳播載體，來實(shí)現(xiàn)與 Windows系統(tǒng)底層核心機(jī)制相交互的功能。基于 USB的高速數(shù)據(jù)采集卡充分利用 USB總線的上述優(yōu)點(diǎn)，有效解決了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)采集卡的缺陷。USB總線傳輸距離有限 。 Philips公司提供了 PDIUSBD1 2的開發(fā)包，包括軟件和硬件兩部分。 事務(wù)、信息包和聯(lián)絡(luò)信號 每一個(gè) USB 傳輸包含一個(gè)或多個(gè)事務(wù)，每一個(gè)事務(wù)又包含一到三個(gè)信息包。端點(diǎn) 0 只可以采用控制傳送的方式。當(dāng)主機(jī)發(fā)現(xiàn)一個(gè)新的設(shè)備時(shí)，會(huì)要求集線器建立與設(shè)備的通信通道，即設(shè)備的端點(diǎn) 0，控制傳輸端點(diǎn)。但每一個(gè)設(shè)備可以有幾個(gè)配置描述符，它包含了電源管理信息以及所支持的接口號碼。 USB 規(guī)范定義了 11 種標(biāo)準(zhǔn)請求，所有設(shè)備都必須對這 11 種請求作出響應(yīng)，即使當(dāng)主機(jī)沒有給設(shè)備分配一個(gè)地址或者沒有配置設(shè)備。主要包括 5 個(gè)組成部分：中央處理器選用 AT89C51 芯片，完成各部分控制功能和 USB 傳輸協(xié)議； A/D 轉(zhuǎn)換器和接口電路主要完成數(shù)據(jù)采集，并讀入 MCU 處理；復(fù)位電路完成對MCU 的上電復(fù)位和電源電壓監(jiān)視；電源電路主要為各部分提供要求的電源；外設(shè)與主機(jī)間的通信電路采用 USB 接口。但其優(yōu)點(diǎn)是用戶可以選擇任何一種己熟悉的微控制器，而且這種芯片價(jià)格也相對便宜。 EOC: EOC為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號 ,當(dāng) EOC為高電平時(shí)，表明轉(zhuǎn)換結(jié)束；否則，表明正在進(jìn)行 A/D轉(zhuǎn)換。 這種實(shí)現(xiàn) USB接口的標(biāo)準(zhǔn)組件使得設(shè)計(jì)者可以在各