【正文】 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。 后臺 ISR中斷服務(wù)程序和前臺主程序循環(huán)之間的數(shù)據(jù)交換通過事件標(biāo)志和數(shù)據(jù)緩沖區(qū)來實現(xiàn)，例如 PDIUSBD12的批量輸出端點可使用循環(huán)的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，當(dāng) PDIUSBD12從 USB收到一個數(shù)據(jù)包，那么就對 CPU產(chǎn)生一個中斷請求， CPU立即響應(yīng)中斷在 ISR中固件將數(shù)據(jù)包從 PDIUSBD12內(nèi)部緩沖區(qū)移到循環(huán)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，并在隨后清零PDIUSBD12的內(nèi)部緩沖區(qū)，以使能接收新的數(shù)據(jù)包 CPU可以繼續(xù)它當(dāng) 前的前臺任務(wù)直到完成然后返回到主循環(huán)檢查循環(huán)緩沖區(qū)內(nèi)是否有新的數(shù)據(jù)并開始其它的前臺任務(wù)。這樣，在發(fā)送配置聯(lián)合描述表時，主機(jī) USBD可以根據(jù)描述類型標(biāo)識區(qū)分各種分描述表。作為配置操作的一部分，主機(jī)會設(shè)備設(shè)備的配置值，如果必要的話會選擇合適的接口備選設(shè)備。因此，可以將每種命令做成函數(shù)，用函數(shù)實現(xiàn)各個命令，以后直接調(diào)用函數(shù)即可。 單片機(jī)與 PDIUSBD12的通信主要是靠單片機(jī)給 PDIUSBD12發(fā)命令和數(shù)據(jù)來實現(xiàn)的。單片機(jī)作它的前臺工作，等待中斷。固件程序一般放入 MCU中，當(dāng)把設(shè)備連接到主機(jī)上時，上位機(jī)可以發(fā)現(xiàn)新設(shè)備，然后建立連接。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)。在開發(fā)大型軟件時更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。在軟件編程時，令 =0， A0、 A A2 給出被選擇的模擬通道地址和啟動 A/D 轉(zhuǎn)換；執(zhí)行一條輸入指令，讀取 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果。 — 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。 PDIUSBDI2與單片機(jī)接口電路 PDIUSBD12與 89C51的連接電路如圖 。如果一直亮或者一直暗，表示 USB 接口有問題，如果 D12 掛起，則 LED關(guān)閉。 — 第 19 頁 共 56 頁 — 接口硬件電路設(shè)計 由 D12 接口組成的通信電路原理如圖 所示。 PDIUSBD12 可編程為單周期 DMA 或突發(fā)模式 DMA。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。 并行和 DMA 接口：一個普通的并行接口定義成易于使用，快速而且可以主流的微控制器直接連接的接口。作為一個診斷工具它對隔離故障的設(shè)備是很有用的。當(dāng) PDIUSBD12 成功地枚舉和配置后， LED 指示將一直點亮。 PDIUSBD12 在連接可以建立之前會檢測 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。 SoftConnectTM： SoftConnectTM與 USB 的連接是通過 上拉電阻將 D＋（用于高速 USB 器件）設(shè)置為高實現(xiàn)的。 PLL 的工作不需要外部元件。 電壓調(diào)整器：片內(nèi)集成了一個 的調(diào)整器用于模擬收發(fā)器的供電。集合所有這些特性都為系統(tǒng)顯著節(jié)約了成本，同時使 USB功能在外設(shè)上的應(yīng)用變得容易。同樣地， PDIUSBD12理想地適用于許多外設(shè)，例如：打印機(jī)、掃描儀、外部的存儲設(shè)備、 Zip驅(qū)動器和數(shù)碼相機(jī)等等，它使得當(dāng)前使用 SCSI的系統(tǒng)可以立即降低成本。它還支持本地的 DMA傳輸。 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)。 （ 3）送通道的地址到 A、 B、 C端口上。 OE端控制輸出鎖存器的三態(tài)門。在時鐘脈沖頻率為 640kHz時， START脈寬應(yīng)大于100ns200ns 。 D7－ D0為數(shù)字量輸出線。 EOC為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號。 A， B和 C為地址輸入線，用于選通 IN0－ IN7上的一路 — 第 13 頁 共 56 頁 — 圖 32 ADC0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu) 模擬量輸入。如果選擇了這種設(shè)計方按，那么必須再選擇一個微控制器 芯片，這樣就增加了設(shè)備的體積。這些控制器芯片的優(yōu)點是開發(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。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。上述過程遵循 協(xié)議。 硬件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 基于 USB 總線的實時數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件組成包括模擬開關(guān)、 A/D 轉(zhuǎn)換器、單片機(jī)、 USB接口芯片，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn) 8 路數(shù)據(jù)自動采集，系統(tǒng)的組成框圖如圖 所示。 — 第 11 頁 共 56 頁 — 第三章 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件設(shè)計 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)是指計算機(jī)硬件與軟件的結(jié)合體，不是單純的硬件。 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，表明要發(fā)送設(shè)備描述— 第 10 頁 共 56 頁 — 符。 所有的 USB 總線設(shè)備以缺省控制管道響應(yīng)主機(jī)發(fā)出的請求，這些請求是通過控制傳輸來完成的，請求及請求的參數(shù)通過 Setup 包發(fā)向設(shè)備，由主機(jī)負(fù)責(zé)設(shè)置 Setup 包內(nèi)的每個域的值。 USB 請求 USB 規(guī)范定義了 3 種請求，分別是標(biāo)準(zhǔn)請求（ Standard Request）、類請求（ Class Request）和廠商請求（ Vendor Request）。 端點描述符包含了主機(jī)用來確定一個端點帶寬要求的信息。配置描述符由 9 個字節(jié)組成，分為 8 個字段。設(shè)備描述符總共有 18 個字節(jié)，分為 14 個字段。設(shè)備描述符包含了整個設(shè)備的信息以及設(shè)備支持 的配置號碼，每一個設(shè)備只能由一個設(shè)備描述符。A 。 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)的時候，就確認(rèn)有設(shè)備連接，主機(jī)對設(shè)備分配一個空閑的地址（如 02H），以后設(shè)備就只對 02H 地址進(jìn)行響應(yīng)。 總線枚舉的過程如下： ① 設(shè)備 連接 USB 設(shè)備通過 USB 總線與主機(jī)相連。 USB 集線器負(fù)責(zé)監(jiān)測設(shè)備的連接情況，而 USB 主機(jī)會通過集線器輪詢地查詢設(shè)備。 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間的傳輸。 批量傳輸 批量傳輸包含一個或者多個傳輸事務(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)。所有的數(shù)據(jù)階段里的事務(wù)都必須有相同的方向（即全部輸入或全部輸出）。下面分別介紹一下 4 種 USB 傳輸類型的傳輸結(jié)構(gòu)： 控制傳輸 控制傳輸用于在設(shè)備初次連接時對器件進(jìn)行配置，以及對設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行實時檢測，還有在設(shè)備配置完成后用于特殊傳輸目的。 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。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。每個階段又可以分為一個或幾個相位（ Phase），相位包含幾個或兩個事務(wù)信息包。控制傳輸是唯一使用雙向消息管道的傳輸，其他傳輸都是使用單方向的流管道。 管道 管道是設(shè)備端點和主機(jī)控制器之間的連接，在一個傳輸發(fā)生之前，必須首先建立一個管道。每個 USB 設(shè)備有一個唯一的地址，這個地址是在設(shè)備連上主機(jī)時由主機(jī)分配的，而設(shè)備 中的每個端點在設(shè)備內(nèi)部有唯一的端點號，這個端點號是在設(shè)備設(shè)計時被給定的。但系統(tǒng)應(yīng)用的潛力并不局限與 此，比如在增加與被測信號相適應(yīng)的傳感器、采樣保持、濾波和隔離電路后系統(tǒng)可以方便的應(yīng)用于家庭醫(yī)療護(hù)理方面，可以用于對人體的心率、脈搏、體溫等參數(shù)的測試。具體的采樣數(shù)值也可以寫入 “記事本 ”文件中，進(jìn)而可以用其它專門軟件進(jìn)行處理。 2. 主機(jī)設(shè)備驅(qū)動程序 : USB外設(shè)的驅(qū)動程序只能為 WDM(WindowsD riverM odle)形式的驅(qū)動，課題中采用以 DDK2021為開發(fā)工具，在 ，編譯時直接在 DDK2021的 DOS窗口中編譯。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。 — 第 3 頁 共 56 頁 — 本課題旨在對 USB總線的結(jié)構(gòu)、協(xié)議和系統(tǒng)體系進(jìn)行充分研究的基礎(chǔ)上，完成一個實際的 USB數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)軟硬件的構(gòu)架。 當(dāng)然 ,USB總線還存在許多缺陷，比如 480Mb/s速率不及 IEEE1394的六分之一 。 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。對用戶來說，只需要等待幾秒鐘， USB外設(shè)的安裝就會完成。用戶也可以在任何時候斷開 USB設(shè)備，而不管計算機(jī)是否正在運(yùn)行，這都不會損壞計算機(jī)。該總線接口具有安裝方便、高帶寬、易于擴(kuò)展等優(yōu)點，已逐漸成為現(xiàn)代數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌l(fā)展趨勢。課題主要完成四個方面的工作 :數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件設(shè)計、固件設(shè)計、應(yīng)用程序及 WDM設(shè)備驅(qū)動程序設(shè)計。受計算機(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 。這些單片機(jī)芯片優(yōu)勢在于價格低廉、結(jié)構(gòu)簡單、接口擴(kuò)展能力強(qiáng)等，但是其數(shù)字運(yùn)算能力較差，所以目前出現(xiàn)了許多以 DSP芯片作為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)控制器的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。 USB設(shè)備需要依據(jù) USB協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)的解包與打包，底層硬件設(shè)備與操作系統(tǒng)之間需要以驅(qū)動程序為橋梁。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)的軟件實現(xiàn)以往專用測試儀器的功能 。硬件設(shè)計主要解決的是 D12 與單片機(jī)的接口電路的設(shè)計。三是提供演示和測試的控制面板程序 ,并為系統(tǒng)提供了兩個應(yīng)用實例。該系統(tǒng)采用 USB總線取代傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集總線 ,通過對 USB協(xié)議和設(shè)備構(gòu)架的理解 ,對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行了硬件設(shè)計和軟件設(shè)計。 建議評定畢業(yè)設(shè)計成績?yōu)椋毫己?。軟件編程主要分為三部?: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)提供了兩個應(yīng)用實例。本論文所闡述的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用了集成了微處理器的 USB 接口芯片 PDIUSBDI2 來完成采樣控制并與 PC 機(jī)應(yīng)用程序完成系統(tǒng)通信功能 。 能力 、綜合歸納資料的能力； ； 、研究方法和手段的運(yùn)用能力； ； 。 檢索國 內(nèi) USB總線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 的發(fā)展動態(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； 完成系統(tǒng)中 USB總線硬件與軟件系統(tǒng)的設(shè)計； 完成系統(tǒng)中 USB總線驅(qū)動程序系統(tǒng)的設(shè)計； 總結(jié) USB總線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計的體會和收獲； 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。 論文 （設(shè)計）質(zhì)量 ，論述是否充分，結(jié)構(gòu)是否嚴(yán)謹(jǐn)合理；實驗是否正確，設(shè)計、計算、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； ，有無觀點提煉，綜合概括能力如何； 無理論價值或?qū)嶋H應(yīng)用價值，有無創(chuàng)新之處。 由應(yīng)用程序完成 用戶命令及數(shù)據(jù)的顯示。除此之外 ， 論文還介紹了設(shè)備驅(qū)動程 序的開發(fā) ， 并在文章結(jié)尾對 USB 的應(yīng)用前景進(jìn)行了探索。 指導(dǎo)教師： 年 月 日 答辯簡要情況及評語 答辯小組： 年 月 日 答辯委員會意見 答辯委員會主任： 年 月 日 目 錄 第一章 緒論 ..................................................................................................................5 課題背景 .......