【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ..................................................................................................... 19 圖 工作時(shí)序 ....................................................................................................... 21 圖 AT89C5131 與 A/D 轉(zhuǎn)換器和存儲(chǔ)器芯片的連接電路 ............................................ 22 圖 PLL 結(jié)構(gòu)內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 ............................................................................................. 24 圖 固件設(shè)計(jì)流程圖 ........................................................................................................... 27 圖 描述符存放順序 ........................................................................................................... 28 圖 USB 初始化程序流程圖 ............................................................................................... 32 圖 端點(diǎn) 2 中斷處理程序流程圖 ....................................................................................... 35 圖 獲得描述符請(qǐng)求處理程序流程圖 ............................................................................... 38 圖 設(shè)置地址請(qǐng)求處理程序流程圖 ................................................................................... 39 圖 設(shè)置配置請(qǐng)求處理程序流程圖 ................................................................................... 40 圖 獲得配置請(qǐng)求處理程序流程圖 ................................................................................... 41 圖 讀取 A/D 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)程序流程圖 .................................................................................. 43 圖 數(shù)據(jù)發(fā)送程序流程圖 ................................................................................................. 44 圖 WDM 驅(qū)動(dòng)程序和設(shè)備對(duì)象的層次結(jié)構(gòu) .................................................................. 45 圖 USBDI 與 USB 驅(qū)動(dòng)程序棧 ....................................................................................... 46 圖 找到新硬件 (未知 USB 設(shè)備 ) ..................................................................................... 49 圖 指定 INF 安裝文件的保存路徑 ................................................................................. 49 圖 驅(qū)動(dòng)程序安裝完成 ..................................................................................................... 50 圖 找到 LJSB 設(shè)備 .......................................................................................................... 50 圖 數(shù)據(jù)采集界面 ............................................................................................................. 52 李彥君： 基于 USB 接口的數(shù)據(jù)采集器設(shè)計(jì) 4 表格清單 表 USB 標(biāo)準(zhǔn)請(qǐng)求類型 ......................................................................................................... 8 表 標(biāo)準(zhǔn) USB 描述符數(shù)值 ................................................................................................... 9 表 端點(diǎn)配置和 USB 寄存器對(duì)應(yīng)關(guān)系 ............................................................................. 17 表 USB 中斷優(yōu)先級(jí)設(shè)置 ................................................................................................... 19 表 地址碼與輸入通道對(duì)應(yīng)關(guān)系 ....................................................................................... 21 表 引腳說明 ........................................................................................................ 23 表 典型分頻值設(shè)置 ........................................................................................................... 25 表 設(shè)備描述符格式 ........................................................................................................... 29 表 配置描述符格式 ........................................................................................................... 30 表 接口描述符格式 ........................................................................................................... 30 表 端點(diǎn)描述符格式 ........................................................................................................... 30 表 PLLCON 寄存器（ PLL 控制寄存器，地址 A3H） ................................................... 33 表 PLLDIV寄存器（ PLL 分頻寄存器，地址 A4H） .................................................... 33 安徽工程大學(xué)本科生畢業(yè)論文 1 引 言 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展對(duì)外部總線速度的要求越來越高。通用串行總線(Universal Serial Bus，即 USB 總線 )憑借其即插即用、熱插拔以及較高的傳輸速率等優(yōu)點(diǎn)，成為 PC 機(jī)與外設(shè)連接的普遍標(biāo)準(zhǔn)。在許多便攜式電腦上，已經(jīng)找不到 RS232 接口。迄今為止，常用的 USB 總線標(biāo)準(zhǔn)有 1998 年發(fā)布的 版本和 2020 年發(fā)布的 版本。其中 版本支持兩種傳輸速率： 和 12Mbps，主要應(yīng)用在低速傳輸要求的場(chǎng)合；而 版本面向高數(shù)據(jù)率傳輸?shù)膱?chǎng)合，支持 480Mbps 的傳輸速度，并向下完全兼容 協(xié)議。在實(shí)際應(yīng)用中，通常會(huì)遇到一些突發(fā)信號(hào)，需要對(duì)其進(jìn)行高 速采集，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行高速傳輸，所以 USB2． 0 標(biāo)準(zhǔn)自然成為首選。 本文針對(duì)高速數(shù)據(jù)采集器的需要，設(shè)計(jì)了基于 USB 的數(shù)據(jù)采集器。設(shè)計(jì)工作包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩部分，硬件部分本系統(tǒng)選用了 ATMEL 公司的單片機(jī) AT89C5131 作為微控制器，負(fù)責(zé)接收由 A/D轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字量數(shù)據(jù)，并通過其內(nèi)置的 USB 控制器實(shí)現(xiàn)單片機(jī)和 PC 機(jī)之間的 USB 數(shù)據(jù)通信 。 AT89C5131 是 ATMEL 公司推出一款新型帶有 USB 微控制器的芯片。有較快的處理速度和較大的存儲(chǔ)容量 ,有在系統(tǒng)可編程的功能 ,是 USB 接口設(shè)計(jì)的理想選擇。 李彥君： 基于 USB 接口的數(shù)據(jù)采集器設(shè)計(jì) 2 第 1 章 緒 論 課題研究意義 現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域和科學(xué)研究中往往都需要采集數(shù)據(jù)，并對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理。隨著科技的發(fā)展特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)的逐漸成熟，數(shù)據(jù)采集器的應(yīng)用已經(jīng)非常廣泛，同時(shí)對(duì)于數(shù)據(jù)采集的要求也越來越高，特別是在一些高實(shí)時(shí)性要求（如動(dòng)態(tài)圖像數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸）的場(chǎng)合，往往需要進(jìn)行高速數(shù)據(jù)采集才能保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性。 傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集方式包括：安裝數(shù)據(jù)采集板卡、并口采集數(shù)據(jù)、串口采集數(shù)據(jù)等。其中常用的是安裝數(shù)據(jù)采集板卡的方法，其缺點(diǎn)在于：安裝麻煩，每次都需要關(guān)機(jī)后打開機(jī)箱 才能插入板卡；受到計(jì)算機(jī)插槽數(shù)量和地址、中斷資源的限制，不能外接很多設(shè)備；機(jī)箱環(huán)境的干擾可能導(dǎo)致通訊過程中產(chǎn)生錯(cuò)誤。隨著現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，通用計(jì)算機(jī)的外設(shè)接口發(fā)生了很大變化，并口、串口等傳統(tǒng)接口已逐漸不再使用，從而上述的傳統(tǒng)采集方式已經(jīng)過時(shí)。 USB（通用串行總線， Universal Serial Bus）近年來開始在計(jì)算機(jī)外設(shè)中得到普及，并逐漸成為計(jì)算機(jī)標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)，它的出現(xiàn)使傳統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的問題可以得到很好的解決。相對(duì)于傳統(tǒng)的串行、并行接口， USB 的優(yōu)勢(shì)在于：即插即用，支持熱插拔；傳輸速度快， 提供最高達(dá) 480Mbps 的傳輸率；最多可連接 127 個(gè)設(shè)備；電源可從計(jì)算機(jī)或集線器獲得，不需要外加電源。 USB 設(shè)備在 PC 領(lǐng)域的應(yīng)用目前已經(jīng)非常普遍，如 USB 數(shù)碼照相機(jī)、 USB 攝像頭、 USB 打印機(jī)等；而考慮到 USB 的各種優(yōu)勢(shì)，基于 USB 總線的數(shù)據(jù)采集器也正逐漸成為工控領(lǐng)域的應(yīng)用熱點(diǎn)。目前國(guó)內(nèi)外都已開發(fā)出了一些成熟的 USB數(shù)據(jù)采集設(shè)備產(chǎn)品，可見基于 USB 的數(shù)據(jù)采集器具有廣闊的應(yīng)用前景，因此本課題的研究具有現(xiàn)實(shí)意義。 課題背景 目前市場(chǎng)上雖然已經(jīng)有許多針對(duì)不同應(yīng)用場(chǎng)合的 USB 數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品，但對(duì)于一些特殊的應(yīng) 用（特別是工業(yè)上的高速數(shù)據(jù)采集），事實(shí)上還需要自行開發(fā)應(yīng)用系統(tǒng)。同時(shí)考慮到 USB 規(guī)范仍在不斷完善，因此 USB 接口的相關(guān)產(chǎn)品也還需要不斷發(fā)展。 USB 數(shù)據(jù)采集的方案并不唯一， USB 控制器芯片的選擇、 A/D 轉(zhuǎn)換芯片的選擇等因素都會(huì)使設(shè)計(jì)的產(chǎn)品性能有很大差異。目前許多公司推出的 USB 數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品在設(shè)計(jì)上同樣是五花八門，并且都存在著一些不足之處，需要不斷地改進(jìn)和完善?；谝陨媳尘?，本文自行設(shè)計(jì)了基于 USB的數(shù)據(jù)采集器，實(shí)現(xiàn)將采集的數(shù)據(jù)通過 USB 總線傳輸?shù)?PC機(jī)處理。 另外，目前大多數(shù)的 USB 接口產(chǎn)品都是以 PC 機(jī)作為 USB主機(jī)；而在嵌入式系統(tǒng)中，需要以 MCU/DSP 等作為主機(jī)，開發(fā)這樣的嵌入式 USB 數(shù)據(jù)采集器的難度更大，且目前還沒有很成熟的技術(shù)和產(chǎn)品。本文對(duì)此也做了初步的嘗試，根據(jù)最新的 USBOTG 規(guī)范，可進(jìn)一步設(shè)計(jì)嵌入式 USB主機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，將微控制器作為 USB 主機(jī)，通過 USB 控制器芯片連接 USB 接口的數(shù)據(jù)采集設(shè)備（如： USB 攝像頭）完成對(duì)外部數(shù)據(jù)（如： US