【導(dǎo)讀】他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后。本人授權(quán)省級(jí)優(yōu)秀學(xué)士學(xué)位論文評(píng)選機(jī)構(gòu)將本學(xué)位論文的全部。發(fā)展日趨完善，這一平臺(tái)的出現(xiàn)也使得工廠的管理實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)化、集成化和信息化。于Inter無處不在的觸角，基于Inter的遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)測(cè)控平臺(tái)使得測(cè)控范圍有了質(zhì)的飛躍。的限制，該平臺(tái)僅適用于小范圍內(nèi)的測(cè)控任務(wù)。該協(xié)議將處于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的所有測(cè)控對(duì)象分為三類即模擬量、數(shù)字量和開關(guān)量。為保證測(cè)控任務(wù)的成功執(zhí)行，該協(xié)議約定測(cè)控指令的發(fā)送、錯(cuò)誤檢查和確認(rèn)機(jī)制，本文所設(shè)計(jì)的測(cè)控平臺(tái)的硬件結(jié)構(gòu)以PC機(jī)為核心、以無線發(fā)送和接收站點(diǎn)為下位機(jī)，能單元與SPI功能單元特性、USB與SPI協(xié)議、nRF905的工作流程等。本文簡(jiǎn)要介紹了這些封裝庫(kù)函數(shù)的名。稱、形參、返回值和實(shí)現(xiàn)的功能。最后，本文簡(jiǎn)要介紹了該系統(tǒng)的具體測(cè)試方法和測(cè)試效果并提出了幾點(diǎn)改進(jìn)意見。

　　

【正文】 5 個(gè)寄存器 ，各個(gè)寄存器的功能如表 33 所示。 表 33 寄存器及其功能 寄存器 功能 RF 配置寄存器 用于配置模塊地址、工作頻率、輸出功率和時(shí)鐘頻率等 發(fā)送地址寄存器 接收方的地址 發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器 欲發(fā)送給接收方的數(shù)據(jù) 接收數(shù)據(jù)寄存器 接收到的數(shù)據(jù) 狀態(tài)寄存器 工作狀態(tài)的標(biāo) 志 讀寫以上寄存器具有專門的命令，主設(shè)備需通過 SPI接口傳送這些命令后再對(duì)寄存器進(jìn)行讀或?qū)憽? 16/48 基于 USB 的無線測(cè)控平臺(tái)的設(shè)計(jì) 第 四 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)從模塊化軟件思想出發(fā)， 對(duì)各硬件模塊的軟件進(jìn)行封裝，通過編寫其 API，封裝操作底層功能單元的各個(gè)子函數(shù)，提供易于調(diào)用的接口函數(shù)庫(kù)， 力爭(zhēng) 做到應(yīng)用層對(duì)底層硬件模塊的透明化操作。 167。 系統(tǒng)整體軟件構(gòu)成 系統(tǒng)整體軟件由 主機(jī)端軟件和從機(jī)端軟件兩大部分構(gòu)成，其中主機(jī)端軟件結(jié)構(gòu)如圖41 所示。 圖 41 主機(jī)端軟件結(jié)構(gòu) 在主機(jī)端軟件結(jié)構(gòu)中，包含 PC機(jī)端應(yīng)用程序 LabVIEW Application 和無線主站應(yīng)用程序 C8051F340 Application。 USBXpress DLL、 USBXpress Driver 和 USB Firmware Library 則是 USBXpress 提供的 USB 主機(jī)和從設(shè)備接口庫(kù)。本設(shè)計(jì)自 行 編寫了 C8051F340 上 SPI功能單元的應(yīng)用編程接口 SPI API，對(duì)其相關(guān)操作 函數(shù) 進(jìn)行了封裝，方便用戶透明的操作 SPI接口。 此外， nRF905 API是自行編寫的 在 SPI API 基礎(chǔ)上建立起來的用戶編程接口，封裝了 nRF905 諸如初始化、配置操作、命令與 數(shù)據(jù)讀寫、發(fā)送與接收等操作。 Application Layer Protocol API是自行編寫的應(yīng)用層協(xié)議 API庫(kù)， 實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用層協(xié)議的相關(guān)約定， 用于數(shù)據(jù)幀的組裝、拆分和解析等操作。 從機(jī)端軟件結(jié)構(gòu)如圖 42 所示。 其中， DAC API、 ADC API 和 I/O API 是三種測(cè)控對(duì) 17/48 象的應(yīng)用編程接口庫(kù)。 圖 42 從機(jī)端軟件結(jié)構(gòu) 167。 USBXpress 開發(fā)工具的 API 函數(shù)庫(kù) 主機(jī)接口動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù) USBXpress 開發(fā)工具的 USBXpress DLL 的文件為 ， 共包含 13 個(gè)適用于 以 USBXpress Driver 作為設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序 的接口函數(shù) [9]， 這些函數(shù)包含了對(duì) USB 的各種操作， 函數(shù)名和功能如表 41 所示。 表 41 序號(hào) 函數(shù)名 功能 1 SI_GetNumDevice() 獲得已連接上的 USB 設(shè)備個(gè)數(shù) 2 SI_GetProductString() 獲得 USB 設(shè)備描述字符串 3 SI_Open() 打開由其實(shí)參指定的 USB 設(shè)備 4 SI_Close() 關(guān)閉由其實(shí)參指定的 USB 設(shè)備 5 SI_Read() 讀取接收隊(duì)列的數(shù)據(jù)包 6 SI_Write() 向 USB 設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)包 7 SI_FlushBuffers() 清空發(fā)送與接收緩沖區(qū) 8 SI_SetTimerouts() 設(shè)置讀寫數(shù)據(jù)包超時(shí)時(shí)間 9 SI_GetTimerouts() 獲取讀寫數(shù)據(jù)包超時(shí)時(shí)間 10 SI_CheckRXQueue() 檢測(cè)接收區(qū)隊(duì)列的字節(jié)數(shù) 11 SI_DeviceIOControl() 允許發(fā)送低電平命令至 USB 設(shè)備 12 SI_GetDllVersion() 獲取 USBXpress DLL 版本 18/48 基于 USB 的無線測(cè)控平臺(tái)的設(shè)計(jì) 以上 諸函數(shù)中均有一些形參和返回值，具體請(qǐng)參見 Silicon Laboratories 公司的 AN169號(hào) 文檔 USBXpress Programmer’s Guide。 設(shè)備固件 接口函數(shù) 庫(kù) USBXpress 開發(fā)工具提供的 USBXpress Firmware Library API 的文件名為USBX_F34X..LIB，只適用于 Silicon Laboratories 公司的 USB 設(shè)備控制器。 該接口函數(shù)庫(kù)共 包含 10 個(gè)函數(shù)，其函數(shù)名和功能如表 42 所示。 表 42 [9] 序號(hào) 函數(shù)名 功能 1 USB_Clock_Start() USB 時(shí)鐘使能 2 USB_Init() USB 接口初始化并使能 3 Block_Write() 向 USB 主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)包 4 Block_Read() 讀取 USB 主機(jī)發(fā)送來的數(shù)據(jù)包 5 Get_Interrupt_Source() 獲得 發(fā)生 API 中斷的原因 6 USB_Int_Enable() 使能 API 中斷 7 USB_Int_Disable() 禁止 API 中斷 8 USB_Disable() 禁止 USB 接口 9 USB_Suspend() USB 設(shè)備掛起 10 USB_Get_Library_Version() 獲取 USBXpress Firmware Library 版本 以上諸函數(shù)中均有一些形參和返回值，具體請(qǐng)參見 Silicon Laboratories 公司的 AN169號(hào)文檔 USBXpress Programmer’s Guide。 該設(shè)備固件庫(kù)使 C8051F340 上的 USB 功能單元工作于全速方式，調(diào)用USB_Clock_Start()將會(huì)使能 4倍時(shí)鐘乘法器， C8051F340 內(nèi)核 工作于 48MHz 時(shí)鐘頻率，故而欲使系統(tǒng)時(shí)鐘恢復(fù)到 12MHz 則應(yīng)修改相應(yīng)寄存器。 [15] USBXpress Firmware Library 虛擬了 17 號(hào)中斷 (API中斷 )，用于 USB 從設(shè)備控制 USB功能單元的行為，故而在利用該接口進(jìn)行 USB 從設(shè)備應(yīng)用程序 開發(fā)時(shí)，應(yīng)使能全局中斷并為 17 號(hào)中斷編寫相應(yīng)服務(wù)程序。 引起 17 號(hào) API 中斷的原因眾多，可以通過調(diào)用Get_Interrupt_Source()來確定發(fā)生 API 中斷的原因以決定 USB 功能單元下一步的行為。 19/48 167。 USB 接口軟件設(shè)計(jì) LabVIEW 調(diào)用動(dòng) 態(tài)鏈接庫(kù) USBXpress 開發(fā)工具提供的編程接口文件為 ，是以動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)的形式給出的 ，利用 LabVIEW 的 調(diào)用庫(kù)函數(shù)節(jié)點(diǎn)函數(shù)來與之建立連接并通信以實(shí)現(xiàn) LabVIEW 應(yīng)用程序與 USB 底層驅(qū)動(dòng)程序之間的通信 [10]。 整個(gè)測(cè)控平臺(tái)的 后面板框圖參見附錄五。 未加載任何動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)的調(diào)用庫(kù)函數(shù)節(jié)點(diǎn)函數(shù)如圖 43 所示。 圖 43 調(diào)用動(dòng)態(tài)連接庫(kù)函數(shù)節(jié)點(diǎn)函數(shù) 雙擊該圖標(biāo)后出現(xiàn)如圖 44 所示的對(duì)話框。 圖 44 調(diào)用動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)函數(shù)節(jié)點(diǎn)對(duì)話框 在庫(kù)名和 路徑一欄選擇 作為要鏈接的動(dòng)態(tài)庫(kù)，設(shè)置完成后，函數(shù)名一欄的下拉列表將會(huì)顯示該動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)包含的所有函數(shù)接口，本例選擇 SI_GetNumDevices()作為示例，選擇該函數(shù)后的對(duì)話框狀態(tài)如圖 45 所示。 調(diào)節(jié)圖 45 的“函數(shù)”選項(xiàng)卡至“參20/48 基于 USB 的無線測(cè)控平臺(tái)的設(shè)計(jì) 數(shù)”選項(xiàng)卡，在該對(duì)話框左側(cè)列表框上的“ return type”為返回參數(shù)，不要修改該參數(shù)，只在右邊諸選項(xiàng)中設(shè)置其類型等屬性即可。由于 SI_GetNumDevices()需要一個(gè)形參，則可點(diǎn)擊中間的“加號(hào)”按鈕添加這個(gè)形參并在右邊設(shè)置屬性即可， 對(duì)話框狀態(tài)如圖 46 所示。 圖 45 選擇函數(shù)后的對(duì)話框狀態(tài) 圖 46 參數(shù)設(shè)置完成后的對(duì)話框狀態(tài) 21/48 完成這些操作后調(diào)用 里面的 SI_GetNumDevices()的操作基本完成，在后續(xù)編程中可以像調(diào)用其他 LabVIEW 的函數(shù)一樣調(diào)用該節(jié)點(diǎn) [11]。 該節(jié)點(diǎn)此時(shí)狀態(tài)如圖 47所示。 圖 47 已添加函數(shù)接口的調(diào)用動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)函數(shù)節(jié)點(diǎn) 主機(jī) USB通信 軟件流程 主機(jī) USB 通信的軟件流程如圖 48 所示。 圖 48 主機(jī) USB通信軟件流程 如圖 48 所示，主機(jī) USB 通信從調(diào)用 SI_GetNumDevices()函數(shù)開始， 該函數(shù)將返回已連接的 USB 設(shè)備并對(duì)這些設(shè)備以第一個(gè)為 0號(hào)開始進(jìn)行編號(hào) ，以后操作這些 USB 設(shè)備將22/48 基于 USB 的無線測(cè)控平臺(tái)的設(shè)計(jì) 以此次編號(hào)區(qū)別欲操作的 USB 從設(shè)備目標(biāo) 。隨后，以欲操作的 USB 從設(shè)備的編號(hào)為實(shí)參調(diào)用 SI_GetProductString()、 SI_Open()、 SI_SetTimeouts()分別來實(shí)現(xiàn)獲取該 USB 從設(shè)備的信息、打開該 USB 從設(shè)備和設(shè)置發(fā)送接收超時(shí)時(shí)間 [12]。 打開 該 USB 設(shè)備后即可進(jìn)行讀寫操作。首先檢查 USB 接收區(qū)隊(duì)列是否存在數(shù)據(jù)若存在則執(zhí)行接收操作，若不存在則執(zhí)行發(fā)送操作 ，這樣一次發(fā)送或接收數(shù)據(jù)操作完成，應(yīng)用程序可決定是否關(guān)閉該設(shè)備 [13]。 從 設(shè)備 USB通信 軟件 流程 從設(shè)備 USB 通信軟件流程如圖 49 所示。 圖 49 從設(shè)備 USB通信軟件流程 從設(shè)備在進(jìn)行 USB 通信之前，必須先 對(duì) USB 時(shí)鐘初始化，然后再對(duì) USB 接口初始化包括設(shè)置 PID、 VID、設(shè)備描述信息等，隨之使能 USB API虛擬中斷 [14]。設(shè)置完成之后可以隨時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)，接收到數(shù)據(jù)之后也可以引起 API 中斷轉(zhuǎn)而到中斷服務(wù)程序中處理。 23/48 167。 nRF905 無線模塊的控制軟件設(shè)計(jì) 微控制器 C8051F340 通過 SPI接口與 nRF905 通信，本設(shè)計(jì)從軟件模塊化、代碼可重用性出發(fā)，自行編寫了 C8051F340 上的 SPI 接口函數(shù)庫(kù)即圖 41和圖 42 中的 SPI API，在此基礎(chǔ)上開發(fā)了 nRF905 應(yīng)用編程接口即圖 41和圖 42中的 nRF905 API。 這兩個(gè) API組成了 C8051F340 控制 nRF905 進(jìn)行無線通信的軟件基礎(chǔ)。 在這兩個(gè)庫(kù)的基礎(chǔ)上可以方便的進(jìn)行二次開發(fā)，在很大程度上提高了開發(fā)效率。 SPI API 的 設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)中 SPI API只適用于 C8051F340 這種型號(hào)的 SPI 功能模塊。 該 API 庫(kù) 共包含 5個(gè)接口函數(shù)如表 43 所示 ， 具體實(shí)現(xiàn)代碼可參看附錄三。 表 43 SPI API函數(shù) [15] 序號(hào) 函數(shù)名 形參 返回值 功能 1 spi_init void void SPI 功能單元初始化，SPI時(shí)鐘工作于 2MHz。 2 spi_Tx_Byte unsigned char Tx_DAT代表 待發(fā)送的字符 void SPI 主機(jī) 向從機(jī) 發(fā)送一個(gè)字 節(jié) 3 spi_Rx_Byte void unsigned char 返回接收到的字符 SPI 主機(jī) 讀取從從機(jī)發(fā)送來的 一個(gè)字節(jié) 4 spi_Tx_DataBag unsigned char* Tx_BUFF 代表發(fā)送緩沖區(qū)指針 unsigned char Tx_NUM 代表 發(fā)送緩沖區(qū)字節(jié)個(gè)數(shù) void SPI 主機(jī)向從設(shè)備發(fā)送多個(gè)字節(jié) 5 spi_Rx_DataBag unsigned char* Rx_BUFF 代表接收緩沖區(qū)指針 unsigned char Rx_NUM 代表接收緩沖區(qū)字節(jié)個(gè)數(shù) void SPI 讀取從從機(jī)發(fā)送來的多個(gè)字符串 24/48 基于 USB 的無線測(cè)控平臺(tái)的設(shè)計(jì) nRF905 API 的設(shè)計(jì) 在第 3 章 表 33 中列出了操 作 nRF905 無線模塊的五個(gè)寄存器 ，讀寫這五個(gè)寄存器和控制相關(guān)引腳電平則可實(shí)現(xiàn) nRF905 的全部行為。 本設(shè)計(jì)編寫的 nRF905 API 對(duì)操作這 五個(gè)寄存器的命令進(jìn)行了重新定義以便更加方便的使用，如表 44 所示。 表 44 nRF905 API的 nRF905控制命令 [15] 序號(hào) 重定義符號(hào) 實(shí)際值 功能 1 WC 0x00 寫配置寄存器命令 2 RC 0x10 讀配置寄存器命令 3 WTP 0x20 寫發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器命令 4 RTP 0x21 讀發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器命令 5 WTA 0x22 寫發(fā)送地址寄 存器命令 6 RTA 0x23 讀發(fā)送地址寄存器命令 7 RRP 0x24 讀接收數(shù)據(jù)寄存器命令 本設(shè)計(jì)編寫的 nRF905 API 是在 SPI API的基礎(chǔ)上編寫的，調(diào)用了 SPI API 中的相關(guān)函數(shù)。該 nRF905 API 共