【正文】 該 nRF905 API 共包含 1。 本設(shè)計編寫的 nRF905 API 對操作這 五個寄存器的命令進行了重新定義以便更加方便的使用，如表 44 所示。 表 43 SPI API函數(shù) [15] 序號 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時鐘工作于 2MHz。 SPI API 的 設(shè)計 本設(shè)計中 SPI API只適用于 C8051F340 這種型號的 SPI 功能模塊。 這兩個 API組成了 C8051F340 控制 nRF905 進行無線通信的軟件基礎(chǔ)。 23/48 167。 圖 49 從設(shè)備 USB通信軟件流程 從設(shè)備在進行 USB 通信之前，必須先 對 USB 時鐘初始化，然后再對 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]。首先檢查 USB 接收區(qū)隊列是否存在數(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，應用程序可決定是否關(guān)閉該設(shè)備 [13]。隨后，以欲操作的 USB 從設(shè)備的編號為實參調(diào)用 SI_GetProductString()、 SI_Open()、 SI_SetTimeouts()分別來實現(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)送接收超時時間 [12]。 圖 47 已添加函數(shù)接口的調(diào)用動態(tài)鏈接庫函數(shù)節(jié)點 主機 USB通信 軟件流程 主機 USB 通信的軟件流程如圖 48 所示。 圖 45 選擇函數(shù)后的對話框狀態(tài) 圖 46 參數(shù)設(shè)置完成后的對話框狀態(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 [11]。 調(diào)節(jié)圖 45 的“函數(shù)”選項卡至“參20/48 基于 USB 的無線測控平臺的設(shè)計 數(shù)”選項卡，在該對話框左側(cè)列表框上的“ return type”為返回參數(shù)，不要修改該參數(shù)，只在右邊諸選項中設(shè)置其類型等屬性即可。 圖 43 調(diào)用動態(tài)連接庫函數(shù)節(jié)點函數(shù) 雙擊該圖標后出現(xiàn)如圖 44 所示的對話框。 整個測控平臺的 后面板框圖參見附錄五。 19/48 167。 [15] USBXpress Firmware Library 虛擬了 17 號中斷 (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行 USB 從設(shè)備應用程序 開發(fā)時，應使能全局中斷并為 17 號中斷編寫相應服務程序。 表 42 [9] 序號 函數(shù)名 功能 1 USB_Clock_Start() USB 時鐘使能 2 USB_Init() USB 接口初始化并使能 3 Block_Write() 向 USB 主機發(fā)送數(shù)據(jù)包 4 Block_Read() 讀取 USB 主機發(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，具體請參見 Silicon Laboratories 公司的 AN169號文檔 USBXpress Programmer’s Guide。 設(shè)備固件 接口函數(shù) 庫 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。 USBXpress 開發(fā)工具的 API 函數(shù)庫 主機接口動態(tài)鏈接庫 USBXpress 開發(fā)工具的 USBXpress DLL 的文件為 ， 共包含 13 個適用于 以 USBXpress Driver 作為設(shè)備驅(qū)動程序 的接口函數(shù) [9]， 這些函數(shù)包含了對 USB 的各種操作， 函數(shù)名和功能如表 41 所示。 其中， DAC API、 ADC API 和 I/O API 是三種測控對 17/48 象的應用編程接口庫。 Application Layer Protocol API是自行編寫的應用層協(xié)議 API庫， 實現(xiàn)了應用層協(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。本設(shè)計自 行 編寫了 C8051F340 上 SPI功能單元的應用編程接口 SPI API，對其相關(guān)操作 函數(shù) 進行了封裝，方便用戶透明的操作 SPI接口。 圖 41 主機端軟件結(jié)構(gòu) 在主機端軟件結(jié)構(gòu)中，包含 PC機端應用程序 LabVIEW Application 和無線主站應用程序 C8051F340 Application。 167。 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 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寄存器進行讀或?qū)憽? 表 31 nRF905管腳說明 管腳 名稱 管腳功能 1 VCC 電源， ++ 2 TX_EN 數(shù)字輸入，工作 模式選擇信號 3 TRX_CE 數(shù)字輸入，工作模式選擇信號 4 PWR_UP 數(shù)字輸入，芯片上電信號 5 uCLK 時鐘輸出，在該模塊廢棄不用 6 CD 載波檢測信號 7 AM 地址匹配信號 8 DR 接收或發(fā)送數(shù)據(jù)完成信號 9 MISO SPI 接口，數(shù)據(jù)輸出 10 MOSI SPI 接口，數(shù)據(jù)輸入 11 SCK SPI 時鐘信號輸入 12 CSN 從設(shè)備片選信號，數(shù)字輸入 1 14 GND 地 該模塊工作模式由 TX_EN、 TRX_CE、 PWR_UP 信號決定，三個引腳對應關(guān)系如表32 所示。最高工作速率 100kps，內(nèi)置 CRC 檢錯和點對多通信地址控制，自身地址可以軟件設(shè)置，支持軟件可設(shè)置的重發(fā)模式 ，最大發(fā)射功率 10dBm，工作電壓在 ，可以工作于四種模式即掉電模式 、 SPI 編程模式、 15/48 接收模式和發(fā)送模式 [8]。 C8051F340 的 SPI功能單元串行時鐘信號最高為系統(tǒng)時鐘二分頻。 C8051F340 的 SPI 功能單元數(shù)據(jù)的發(fā)送與接受寄存器共用 ，通過寫該寄存器啟動 SPI 發(fā)送，當數(shù)據(jù)發(fā)送完成后則置位對應中斷標志，該標志同時也是 SPI 接收 完一個數(shù)據(jù)字節(jié)的標志，當允許 SPI 中斷時即可在中斷服務程序中讀取接收到的數(shù)據(jù) ，也可通過查詢該標志后讀取數(shù)據(jù) 。因此在時鐘極性的配置上一定要 認清 從設(shè)備是在時鐘的上升沿還是下降沿 采樣 數(shù)據(jù)，是在時鐘的下降沿還是上升沿輸出數(shù)據(jù) [7]。不同的 SPI 設(shè)備的實現(xiàn)方式不盡相同，主要是數(shù)據(jù)改變和采集 的時間不同，在時鐘信號上沿或下沿采集有不同定義 。也就是說，主設(shè)備通過對 SCK 時鐘線的控制可以完成對通 信 的控制。同樣，在一個基于 SPI的設(shè)備中，至少有一個主控設(shè)備。在至少 8次時鐘信號的改變（上沿和下沿為一次） 后 ，就可以完成 8 位數(shù)據(jù)的傳輸。 由 SCK 提供時鐘脈沖， MISO， MOSI 則基于此脈沖完成數(shù)據(jù)傳輸。 SPI 總線 協(xié)議 SPI（ Serial Peripheral interface，串行外設(shè)接口）是一種四線制高速、全雙工、完全同步通信接口 ，主要應用于 EEPROM、 FLASH、 實時時鐘、 AD 轉(zhuǎn)換器、數(shù)字信號處理器與14/48 基于 USB 的無線測控平臺的設(shè)計 數(shù)字信號解碼器等與主控 芯片的通信。 基于 nRF905 模塊的無線 通信 通道 的搭建 C8051F340 依靠 SPI 總線與 nRF905 接口， nRF905 具有豐富的控制引腳， C8051F340通過這些引腳可以 靈活的控制發(fā)射和接收的整個過程。 在使用 USBXpress 時， 由于其設(shè)備固件庫對于一些系統(tǒng)資源如時鐘、中斷等進行了適合于 USB 功能控制器正常工作的配置，因而在編寫上層用戶程序的時候應 圖 34 USBXpress文件結(jié)構(gòu) 該避免改變這些相關(guān)寄存器內(nèi)容， 在 文檔 USBXpress Programmer’s Guide 中的附錄 A中給出了這些不能被用戶應用程序修改的所有寄存器。主機接口函數(shù)庫以動態(tài)鏈接庫（ 擴展名為 .DLL） 的形式給出。在該開發(fā)工具中，一個簡單、高效的主機軟件和設(shè)備固件應用編程接口 搭建了一個完整的 USB 連接方案。為使該 USB 功能控制單元工作于全速方式， USB 時鐘必須為 48MHz，當系統(tǒng)時鐘為 12MHz 時，使能 4倍時鐘乘法器即可獲得 48MHz 時鐘 。訪問該功能單元的寄存器必須借助于間接地址寄存器和 USB0數(shù)據(jù)寄存器來實現(xiàn)。其結(jié)構(gòu)圖如圖 33 所示。 C8051F340 的 USB控制單元的特性 C8051F340 片上 集成了一個完整的全速 /低速 USB 功能控制器，用于實現(xiàn) USB 外部設(shè)備（該控制器不能作為 USB 主設(shè)備）。 C8051F340 對 8051 內(nèi)核中斷源進行擴展形成了 16 個中斷源。C8051F340 模擬和數(shù)字資源十分豐富，包括 4個通用 16 位定時計數(shù)器、帶有 5 通道比較捕捉模塊和看門狗定時器的可編程計數(shù)器陣列、 10 位 200ksps 的 16 通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器和比較器。 C8051F340 具有高速、流水線指令結(jié)構(gòu)的 8051 兼容的微控制器內(nèi)核，內(nèi)部集成高精度 12MHz 時鐘振蕩器、 4 倍時鐘乘法器和時鐘丟失檢測器， 其 內(nèi)核 時鐘 頻率可以高達 48MHz。 圖 32 從機端硬件結(jié)構(gòu) 12/48 基于 USB 的無線測控平臺的設(shè)計 167。 I/O 單元作為開關(guān)量的輸入與輸出。 C8051F340 內(nèi)置 16 路雙極性 ADC 模塊，可以通過該ADC 通道采集被控對象參數(shù)值。 具體電路參見附錄一 。主機端硬件結(jié)構(gòu)如圖 31 所示，主要由 PC 機、微控制器和無 線主站 組成。 11/48 第 三 章 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計 167。當 ESTATUS=0x00 時，表示上次傳送后沒有接收到返回的狀態(tài)信息，此時 SADDR 為無效字節(jié)。 ，其格式如下： 字節(jié) 1 2 3 4 5 6 7 8 值 0xf4 DATAH DATAL DADDRH DADDRL KSTATUS SADDR 意義 查詢狀態(tài)幀特征字 保留 字節(jié) 數(shù)據(jù) 字節(jié) 數(shù)據(jù) 字節(jié) 設(shè)備 地址 設(shè)備 地址 查詢 狀態(tài) 子站 地址 其中， KSTATUS表示了查詢操作是否成功，當 KSTATUS=0x00 時，表示查詢操作失敗，此時 DATAH 和 DATAL 為無效字節(jié)；當 KSTATUS=0xff 時，表示查詢操作成功，此時 DATAH 和 DATAL 為 有 效字節(jié)，當 DADDRH 的最高位為 1 時表示被查詢設(shè)備為 開關(guān)量，則只有 DATAL 的最低位為有效位并指 示開關(guān)量狀態(tài)，當 DADDRH 最高位為 0 是則表示該查詢對象為 模擬量， DATAH 和 DATAL 為由 ADC 轉(zhuǎn)換而來的 16 位數(shù)碼。 DADDRH 和 DADDRL 則表示查詢設(shè)備的地址。當CSTATUS=0xff時表示該次控制行為實現(xiàn)；當 CSTATUS=0x00時即表示該次控制行為失敗。當 DADDRH 最高位為 0 是 則表示該被控對象為 模擬量，則 DATAH 和 DATAL 為送入 DAC 的 16 位數(shù)碼。 制命令幀，其格式如下： 字節(jié) 1 2 3 4 5 6 7 8 值 0x02 DATAH DATAL DADDRH DADDRL SADDR 意義 控制幀特征字 保留 字節(jié) 數(shù)據(jù) 字節(jié) 數(shù)據(jù) 字節(jié) 設(shè)備 地址 設(shè)備 地址 保留 字節(jié) 子站 地址 其中， SADDR 為被控設(shè)備所在無線子站的地址， DADDRH 為欲控制設(shè)備的高 8 位地址， DADDRL 為欲控制設(shè)備的低 8位地址。 根據(jù)命令與狀態(tài)的類型，存在 以 下幾種數(shù)據(jù)幀類型： ，其