【正文】 載有多種類型的設(shè)備驅(qū)動程序，如果木系統(tǒng)的開發(fā)使用的驅(qū)動程序Windows操作系統(tǒng)己經(jīng)有的，就沒有必要自己重新開發(fā)了，只需要根據(jù)這個驅(qū)動程序和構(gòu)建的系統(tǒng)規(guī)范來進行硬件和相應(yīng)的固件開發(fā)就可以了。而本系統(tǒng)開發(fā)的USB數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，并沒有在WindowS操作系統(tǒng)中有現(xiàn)成的驅(qū)動程序，所以既要開發(fā)系統(tǒng)的固件程序也要開發(fā)主機上的設(shè)備驅(qū)動程序。固件程序運行在接口芯片上:，使主機能訪問控制USB端口，仁機由此來間接控制與該芯片連接的功能設(shè)備，完成相應(yīng)的工作。USB固件一般可以分為兩部分，即通用的列舉配置部分和類協(xié)議部分。通用列舉配置部分的主要作用是，在USB設(shè)備連接到主機后，使牡機能識別出設(shè)備的接入，了解設(shè)備的功能，并給設(shè)備分配資源。類協(xié)議部分是固件中根據(jù)硬件電路結(jié)構(gòu)具體完成設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸功能的。當設(shè)備進行數(shù)據(jù)的收發(fā)時，把USB功能設(shè)備連接到主機土，主機檢測到設(shè)備后，就進行列舉，獲得外部設(shè)備的信息，根據(jù)固件程序中的VID和PID進行配置。配置完成后就可以進行數(shù)據(jù)傳輸了，數(shù)據(jù)以包的形式進行傳輸，送入到器件的緩沖區(qū)(FIFO Buffer)，(或者數(shù)據(jù)傳輸完畢)，外部設(shè)備設(shè)置數(shù)據(jù)準備完畢標志，主機獲得這個標志后，進入到準備接收數(shù)據(jù)的狀態(tài)，并對外部功能設(shè)備發(fā)出讀令牌包，進行端點類型的判斷，并等待設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)響應(yīng)請求，完成數(shù)據(jù)的傳輸，之后由握手包完成整個通信過程。對USB設(shè)備列舉階段的程序開發(fā)，要先了解USB設(shè)備的列舉過程，其具體過程大致如一下:(l)當設(shè)備連接到HUB或根HUB的下行端口上時，HUB會通知卞機有設(shè)備接入，主機會向相應(yīng)的端口提供電流，同時禁止該端口其他屬性，以利于主機要進行的操作。(2)主機向HUB發(fā)出一系列查詢命令，以確定連接的細節(jié)情況。(3)在確定了設(shè)備接入的端口后，主機等待100ms，以便接入的設(shè)備達到穩(wěn)定的狀態(tài)，隨后主機便激活該端口，發(fā)送復位命令。(4)HUB在接入的端口上保持10ms的復位命令后，設(shè)備進入缺省狀態(tài)，可以獲得最大100mA的電流，設(shè)備的寄存器均復位，并通過端點0與主機通信。(5)主機得到設(shè)備的描述符，獲取缺省管道的一系列信息。(6)主機給設(shè)備分配一個總線地址，在以后的通信中，該設(shè)備始終使用這個地址，直到其與主機斷開。(7)主機獲取設(shè)備的配置描述符。(8)主機得到描述符后，給設(shè)備分配配置值，這樣，所有端點和接口的屬性均得到了主機的確認，設(shè)備可以提出所需要的電流值，并開始完成自己的任務(wù)。 CYPRESS公司為了降低其生產(chǎn)芯片的開發(fā)難度，使設(shè)計人員在使用USB芯片時更加容易上手，隨USB芯片提供了開發(fā)固件編程的卞程序框架及相關(guān)的部分文件，使用戶固件編程的難度大大降低，只需要修改各增加部分代碼就可以完成固件編程。這是一種對提高開發(fā)效率是行之有效的。 CYPRESS公司隨芯片提供的部分文件如下: :8051頭文件，由KEIL提供 :庫函數(shù)申明，以及變量、宏定義，數(shù)據(jù)類型定義。 :FX2寄存器頭文件。 :固件框架源文件。 :用戶任務(wù)調(diào)度函數(shù)文件。 :USB描述符列表。 :EZUSB庫文件。 :中斷跳轉(zhuǎn)函數(shù)目標文件。 幾個任務(wù)調(diào)度函數(shù)，是需要用戶進行改寫的，以針對所要開發(fā)的設(shè)備，設(shè)置好需要完成的功能。在開發(fā)中需要完成一系列的工作，對此分別進行討論。 (l)設(shè)置初始狀態(tài)變量 主程序運行時，最先進行狀態(tài)變量的初始設(shè)置，在固件程序中，這些狀態(tài)變量主要包括: Sleep:表示休眠模式。其值為真時，USB進入休眠狀態(tài)，處理器不對usB設(shè)備進行任何處理。在USB總線上3ms沒有檢測到傳輸事務(wù)，就會產(chǎn)生中斷，置該標志為真，進入休眠模式。在這里設(shè)置其值為假。 Rwuen:表示遠程喚醒。其值為真時，允許遠程喚醒，否則禁止遠程喚醒。 Selfpwr:表示自供電情況。為真時，采用自供電的模式。 GotSUD:表示端點0是否接收到設(shè)置數(shù)據(jù)。為真時，表示收到了數(shù)據(jù)，主機要進行分析和處理。 (2)TDINIT() Void TD_Init(void):在列舉后最先調(diào)用，在USB上電的時候僅執(zhí)行一次，以便于進行寄存器和全局變量的初始化工作。主要完成遠程喚醒、設(shè)置CPU運行頻率以及配置寄存器等任務(wù)，隨后定向USB設(shè)備的描述符，完成初始化的整個過程。 (3)開中斷 使USB設(shè)備的各種中斷可以使用。 (4)重列舉 初始化后，中斷打開了，固件程序要檢測是否收到Setup包，若沒有收到就延遲一秒鐘，在延遲期間軟件模擬設(shè)備的斷開和重新接入，再進行檢測，如此下去，直到收到Setup包為止。如果固件程序是從EEPROM加載的，列舉位已經(jīng)設(shè)置好了，沒有必要再進行重列舉了。 (5)任務(wù)調(diào)度 以上工作結(jié)束后，程序進入主循環(huán)，完成任務(wù)調(diào)度，Void TD_Poll(void)在主程序的主循環(huán)中，該函數(shù)會被反復調(diào)用，以便于添加執(zhí)行任務(wù)函數(shù)。BOOL TD_suspend(void):在USB設(shè)備進入掛起前調(diào)用，在此函數(shù)中可添加進入掛起前需要進行的準備工作，其返回值如果為真，則設(shè)備掛起，否則不會被掛起。A/D轉(zhuǎn)換控制子函數(shù)主要任務(wù)是完成一單次A/D轉(zhuǎn)換，同時將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)通過USB接口送達給主機。在本程序中，是通過USB的端點0控制請求來實現(xiàn)的。在程序中，首先為MAX197寫入命令字節(jié)，然后查詢MAX197的中斷輸出，判斷A/D轉(zhuǎn)換是否完成。如果完成A/D轉(zhuǎn)換，則讀取轉(zhuǎn)換后的結(jié)果，并通過EP0BUF(當然也可以通過其它端點進行數(shù)據(jù)的塊傳輸，以提高傳輸速率)把數(shù)據(jù)傳遞給主機。其程序代碼如下:BOOL DR_Single AD(void) //單次A/D轉(zhuǎn)換{OEB=0xFF。 //PB定義為輸出端口 WR=0。 IOB=0x40。 //寫入命令字節(jié)WR=l。OEB=0x00。 //PB定義為輸入端口While(ADINT!=0) //查詢MAX197的中斷輸出，判斷是否完成轉(zhuǎn)換{HBEN=0。 //首先置HBEN=0，即先讀低位}CHDataL=IOB。 //讀取A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果的低位HBEN=l。 //設(shè)置HBEN=l，再讀高位CHDataH=IOB。 //讀取A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果的高位HBEN=0。 //重置HBEN=0EP0BUF[0]=0xA1。EP0BuF[l]=cHDataL。 //返回低位數(shù)據(jù)EP0BuF[2]=cHDataH。 //返回高位數(shù)據(jù)EP0BCH=0。EP0BCL=3。 //長度EP0CS=bmHSNAK: //握手Return(TRUE)。}Void TD_Resume(void):有喚醒事件時，調(diào)用此函數(shù)。BOOL DR_Get Descriptor(void):在得到設(shè)備描述符的USB標準請求之前調(diào)用該函數(shù)，若返回值為真，則執(zhí)行請求操作，否則不處理該操作。在windows操作系統(tǒng)中，有多種驅(qū)動程序，如圖9所示。圖9 Windows設(shè)備驅(qū)動程序的分類 其中，VDD即虛擬設(shè)備驅(qū)動程序，是一個用戶模式的部件，可以使用DOS下的應(yīng)用程序來訪問硬件。 內(nèi)核模式驅(qū)動程序，是windows中很大的一類驅(qū)動，它又分為如下幾類: (1)顯示驅(qū)動程序，用于顯示類設(shè)備的驅(qū)動程序，如顯示器和打印機等。 (2)到遺留設(shè)備驅(qū)動程序，是早期版本的驅(qū)動程序，可以不用修改直接在新的操作系統(tǒng)中使用。(3)PnP驅(qū)動程序，是即插即用協(xié)議的內(nèi)核模式驅(qū)動程序，WDM驅(qū)動程序是其中重要的一個，在WDM驅(qū)動程序中又可以分為Class Driver(類驅(qū)動程序)和Minidriver(微小驅(qū)動程序)。 (4)文件系統(tǒng)驅(qū)動程序，用于組織管理本地的文件系統(tǒng)模型。 WDM(windowsdrivermodel)是Microsoft主推的全新驅(qū)動程序模式，這種模式提供了靈活的方式以簡化驅(qū)動程序的開發(fā)，并提供了對新型硬件的支持，降低了所要開發(fā)的驅(qū)動程序難度，減少了所要完成任務(wù)的工作量。 WDM驅(qū)動程序?qū)儆趦?nèi)核模式，在主機應(yīng)用程序和物理設(shè)備之間采用了分層驅(qū)動方式。不同層之間的驅(qū)動程序完成不同的操作，不同層之間可以相互調(diào)用。分層方式又使WDM驅(qū)動程序應(yīng)用范圍更加廣泛了?？? 結(jié) 本文從電力諧波分析入手，提出了數(shù)據(jù)采集的需要，再對計算機數(shù)據(jù)采集常用的接口進行分析后，選擇USB總線作為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的傳輸通道。并據(jù)此設(shè)計了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，實現(xiàn)電力諧波數(shù)據(jù)采集的任務(wù)。在本課題中，完整的完成了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)從分析到實現(xiàn)的整個過程，主要完成的工作是: 對電力諧波的各項指標進行了深入的分析，獲得了研究電力諧波所需要的數(shù)據(jù)的要求，為后面的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計做好了充分的準備。 對數(shù)據(jù)采集處理技術(shù)進行了更為深入的學習，在掌握了數(shù)據(jù)采集的基木理論和概念的基礎(chǔ)上，進一步掌握了系統(tǒng)誤差分配和估算的方法，進行了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的總體設(shè)計，并根據(jù)系統(tǒng)要求，在電路設(shè)計中采用了能夠減小誤差的電中結(jié)構(gòu)，為數(shù)據(jù)采集的準確性打下了基礎(chǔ)。 分析了USB的體系結(jié)構(gòu)和特點，并與傳統(tǒng)的計算機接口進行了比較，在此基礎(chǔ)上研究設(shè)計了基于USB的電力諧波數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，完成了硬件設(shè)計和軟件編程的工作，使系統(tǒng)達到了設(shè)計的功能。 在硬件設(shè)計中，對傳感器、A/D轉(zhuǎn)換電路和USB控制芯片進行了分析選擇，在木課題中A/D轉(zhuǎn)換器選用了MAX197芯片，USB控制芯片選擇了CY7C68013系列的56引腳芯片，并根據(jù)芯片的需要進行了外圍電路的設(shè)計，以滿足硬件電路所要實現(xiàn)的功能。并對制作印刷電路板提出了工藝要求。 隨著USB技術(shù)的不斷進步，USB的使用范圍越來越廣，USB自身的優(yōu)勢日益明顯，更使其應(yīng)用得到了更進一步的推廣。然而，我們對USB的認識還有很大的局限性，對USB協(xié)議的學習還很不夠，使USB技術(shù)還不能最大程度的發(fā)揮作用。通過木課題的實踐，感覺還有很多方面可以進一步提高。 參考文獻[1][M].北京:中國電力出版社，1998[2][M].西安:西安交通大學出版社，2005[3]孫廣俊 [M].數(shù)據(jù)采集與處理，1999[4]胡曉軍 [M].西安:西安電子科技大學出版社，2005[5]周立功PDIUSBD12USB固件編程與驅(qū)動開發(fā)[M]，北京:北京航空航天大學出版社，2003致 謝 論文完成之際，回顧這兩年的學習與生活，不禁感慨萬千。在這里，有收獲的喜悅，有對校園的眷戀，有對未來的向往，更多的是對給予我無私幫助的老師和同學的無限感激之情。 在這里特別感謝我的導師鄭寬磊老師這兩年來，他從學業(yè)上和生活上都一直給予我悉心的指導和關(guān)心。在學習上，孜孜不倦的傳授理論和技術(shù)知識，引導我獲取最新的信息，以及如何做更深的思考和探索。鄭老師嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度、豐富的實踐經(jīng)驗以及務(wù)實的工作作風，使我立身處世獲益良多。申老師為我的課題研究提供了良好的環(huán)境，在課題研究的每一個關(guān)鍵階段，申老師細心周到的指導給我極大鞭策和啟發(fā)。 感謝鄭老師在我的畢業(yè)設(shè)計期間對我的指導和不斷的督促，以及在論文的選題、寫作方面給予的指導和建議。我也將以此的結(jié)束為另一個新的開始，能在將來在自動化的領(lǐng)域有更多自己的見解。