【正文】 I_FlushBuffers（） 清楚USB器件讀和寫(xiě)隊(duì)列中的數(shù)據(jù)SI_Set Timeouts（） 設(shè)置USB讀寫(xiě)延時(shí)SI_Get Timeouts（） 獲取USB讀寫(xiě)延遲SI_CheckRXQueue（） 獲取器件讀隊(duì)列中的數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)在Labview軟件編寫(xiě)GUI程序是可通過(guò)Labview軟件中的CLF節(jié)點(diǎn)(Labview 高級(jí)子模板中的調(diào)用庫(kù)函數(shù)節(jié)點(diǎn))調(diào)用USBXpress提供的USB主機(jī)API，以達(dá)到訪問(wèn)USB底層硬件的目的。本次設(shè)計(jì)程序框圖如下:圖36后面板框圖一 一般，Iabview 的上層應(yīng)用程序通過(guò)調(diào)用USBXpress提供的USB主機(jī)API函數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)下層USB硬件訪問(wèn)的程序流程如圖37所示。它包括前面板上的控件和控件的連線端子，還有一些前面板上沒(méi)有，但編程必須有的東西，例如函數(shù)、結(jié)構(gòu)和連線等。它的功能是對(duì)前面板上的控件進(jìn)行定義、操作和連線以實(shí)現(xiàn)虛擬儀器的功能，是LabVIEW程序設(shè)計(jì)的核心。這一界面上有用戶輸入和顯示輸出兩類對(duì)象，具體表現(xiàn)有開(kāi)關(guān)、旋鈕、圖形以及其他控制和顯示對(duì)象。 } } AD0INT = 0。 AD_flag1=0。 num++。 AD_flag2=1。 if(num=1500) { num=0。具體程序如下：void Adc_ConvComplete_ISR(void) interrupt 10{ if(AD_flag1==0) { Out_Packet1[num] = ADC0H。最后改為采樣一組數(shù)據(jù)再發(fā)送，以上程序就是為此設(shè)計(jì)。 else Block_Write(Out_Packet2, 1500)。具體程序如下： while (1) { if(AD_flag2==1) { AD_flag2=0。 （1）端口初始化 Port_IO_Init1()。 將引腳分配給要使用的外設(shè)（XBR0、XBRXBR2）。 用端口輸出方式寄存器（PnMDOUT）選擇所有端口引腳的輸出方式（漏極開(kāi)路或推挽）。 本設(shè)計(jì)主要有端口初始化，定時(shí)器初始化，ADC初始化，時(shí)鐘初始化。 器件時(shí)鐘的初始化：通過(guò)將特殊寄存器OSCICN的IFCN1和IFCN0位都置‘1’ 設(shè)置內(nèi)部晶振為最高頻率；通過(guò)將特殊寄存器CLKMUL的MULEN位置‘1’使能時(shí)鐘乘法器，然后延時(shí)等待時(shí)鐘乘法器準(zhǔn)備好。圖34 C8051F340初始化流程圖看門(mén)狗定時(shí)器的初始化：通過(guò)對(duì)特殊寄存器PCA0MD的WDTE位將看門(mén)狗定時(shí)器使能，如果該位被置“1”，PCA模塊4被用作看門(mén)狗定時(shí)器，若為‘0’看門(mén)狗定時(shí)器被禁止。調(diào)用AN169USB通信庫(kù)函數(shù)USB_Int_Enable()。RSTSRC |= 0x02。完成初始化USB總線時(shí)鐘USB_Init(USB_VID,USB_PID,USB_MfrStr,USB_ProductStr,USB_SerialStr,USB_MaxPower,USB_PwAttributes,USB_bcdDevice)。 2. 處理USB總線的程序代碼USB_Clock_Start()。具體流程如下:圖33下位機(jī)程序流程圖主程序重要相關(guān)代碼注釋如下：1. 禁止看門(mén)狗的程序代碼PCA0MD amp。再進(jìn)行對(duì)信號(hào)的采樣和發(fā)送程序部分，本次設(shè)計(jì)主要采用的是采樣一組數(shù)據(jù)發(fā)送一組數(shù)據(jù)的流程。下位機(jī)部分主要實(shí)現(xiàn)的功能是對(duì)信號(hào)的采樣，主要兩部分，初始化，信號(hào)采樣并通過(guò)USB發(fā)送到PC機(jī)。主要是下位機(jī)的信號(hào)采樣和發(fā)送和上位機(jī)我頻譜顯示和分析程序框圖。 這里其實(shí)是本設(shè)計(jì)的最重要部分，在上位機(jī)上主要是利用LabVIEW的強(qiáng)大功能實(shí)現(xiàn)對(duì)波形的顯示和頻率的分析。 這里其實(shí)是一個(gè)中間環(huán)節(jié)，是將上位機(jī)和下位機(jī)連接到一塊的中介，通過(guò)對(duì)USB端口的設(shè)計(jì)將采樣后的信號(hào)發(fā)送到PC機(jī)上。由于在下位機(jī)部分我們主要實(shí)現(xiàn)的功能是完成對(duì)信號(hào)的采樣和發(fā)送，所以我們利用C8051F340主要實(shí)現(xiàn)，本次設(shè)計(jì)我們采用的是采樣一組發(fā)送一組進(jìn)行傳輸。根據(jù)系統(tǒng)功能要求，系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)可分為兩大模塊：下位機(jī)信號(hào)的采樣及發(fā)送部分和上位機(jī)對(duì)信號(hào)的分析部分，具體功能描述如下。 詳圖見(jiàn)附錄II。 系統(tǒng)整體PCB圖設(shè)計(jì) 由于本設(shè)計(jì)單片機(jī)C8051F340的原理圖采用Altium Designer Summer 09軟件繪制。最后，當(dāng)原理圖畫(huà)完之后我們還要仔細(xì)檢查，只有確認(rèn)沒(méi)有錯(cuò)誤之后才生成PCB圖，然后在檢查過(guò)程中可以用軟件自帶的電氣規(guī)則進(jìn)行合理的配置。其次， 在設(shè)計(jì)系統(tǒng)原理的圖時(shí)，最好能把系統(tǒng)分成幾個(gè)小模塊，分開(kāi)去設(shè)計(jì)。在畫(huà)器件原理圖符號(hào)時(shí)沒(méi)必要把所有的管腳都一一畫(huà)出來(lái)，只要把用到的引腳畫(huà)出來(lái)則可。 原理圖的設(shè)計(jì)是整個(gè)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，它決定了后面整個(gè)工作的進(jìn)展。圖27 最小系統(tǒng)電源電路圖27中，CC8的容值大小均參考數(shù)據(jù)手冊(cè)上的典型電路；USB的1引腳接單片機(jī)的REGIN引腳。與自制的變壓器產(chǎn)生的5V供電系統(tǒng)相比，由USB供出的5V電壓電路安全而且簡(jiǎn)單易得，最大輸出電流為500mA，電壓一般為5V177。圖26 USB通信電路圖26中C1~C6的容值大小均參考數(shù)據(jù)手冊(cè)上的典型電路；USB的3引腳分別接單片機(jī)的D+引腳和D引腳。圖25JTAG電路 USB通信與供電電路 USB通信電路USB采用四線電纜，其中兩根是用來(lái)傳送數(shù)據(jù)的串行通道，另兩根為下游設(shè)備提供電源。 JTAG電路當(dāng)系統(tǒng)調(diào)試時(shí)，需要把在計(jì)算機(jī)上編譯并生成執(zhí)行的代碼下載到單片機(jī)芯片上，實(shí)現(xiàn)在線調(diào)試硬件和軟件。按鍵閉合時(shí)，電容通過(guò)R6可進(jìn)行放電，使電容的壓降為0，當(dāng)按鍵斷開(kāi)時(shí)，電容充電的過(guò)程與上電復(fù)位類似。圖24 復(fù)位電路 圖24所示電路中，在上電瞬間，由于電容的兩端電壓不可能突變，電阻R5對(duì)電容進(jìn)行充電，充電得時(shí)間常數(shù)一般由電容和電阻的乘積來(lái)決定，要求大于5個(gè)外部時(shí)鐘周期，有時(shí)為防止復(fù)位不完全，這些參數(shù)可選大一些，在本設(shè)計(jì)中采用1181。根據(jù)上述要求，本設(shè)計(jì)R23=10K，C值取10181。當(dāng)單片機(jī)上電后，因?yàn)殡娙輧啥说碾妷翰荒芡蛔兙蜁?huì)使RST端瞬間產(chǎn)生一個(gè)大約為+5V的電壓，而CMOS單片機(jī)最小輸入高電平電壓Umin=，因此RST接收高電平進(jìn)行初始化。s，要求加在Reset引腳的正脈寬不小于2181。設(shè)計(jì)復(fù)位電路的要求就是確定電阻電容值，使其時(shí)間常數(shù)達(dá)到2個(gè)機(jī)器周期的復(fù)位最小正脈寬要求。為可靠完成復(fù)位，單片機(jī)要求Reset引腳施加的正脈沖脈寬不小于2個(gè)機(jī)器周期（2181。單片機(jī)正常工作期間，復(fù)位引腳Reset需要一直保持低電平。單片機(jī)復(fù)位引腳Reset接收高電平進(jìn)行初始化；接收低電平，開(kāi)始工作。其原理框圖如圖23所示。圖22 C8051F340原理圖一般的電源適配器提供的都是5V的電壓。 單片機(jī)最小系統(tǒng)該部分主要是為了實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的采樣，進(jìn)而通過(guò)USB發(fā)送到PC機(jī)上進(jìn)行波形的顯示和頻譜的分析。 硬件總體設(shè)計(jì)根據(jù)系本功能要求，需要完成以下設(shè)計(jì)：以C8051F340為核心的信號(hào)采樣系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)過(guò)程如圖21。下位機(jī)C8051F340單片機(jī)主要作為對(duì)數(shù)據(jù)的采集。根據(jù)第一章系統(tǒng)方案，首先需要進(jìn)行整個(gè)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，硬件的設(shè)計(jì)主要根據(jù)系統(tǒng)所要達(dá)到的功能而進(jìn)行。其中測(cè)試系統(tǒng)硬件的詳細(xì)設(shè)計(jì)主要是C8051F340單片機(jī)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)進(jìn)行詳細(xì)介紹。第2章 硬件設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我們將系統(tǒng)功能分為硬件與軟件來(lái)分別實(shí)現(xiàn)。第四章是系統(tǒng)的調(diào)試與分析，這章主要對(duì)調(diào)試的過(guò)程作了詳盡的描述，并對(duì)調(diào)試過(guò)程中產(chǎn)生的問(wèn)題進(jìn)行了分析。第三章是系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)，在這章里將會(huì)對(duì)系統(tǒng)軟件的功能、總體設(shè)計(jì)和各個(gè)部分的具體設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)作詳細(xì)的介紹。 論文章節(jié)安排本論文共分為五章，具體介紹如下：第一章是緒論，主要介紹了數(shù)據(jù)通信，USB通信，LabVIEW軟件設(shè)計(jì)基本原理和相關(guān)軟件的介紹。驗(yàn)證被測(cè)信號(hào)功能被測(cè)信號(hào)是本次設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部分，是我們應(yīng)該首先保證的環(huán)節(jié)，通過(guò)示波器我們首先要保證三種被測(cè)信號(hào)的正常使用，為后面信號(hào)分析形成對(duì)比部分。 測(cè)試方案本設(shè)計(jì)首先是利用Keil C51軟件編譯寫(xiě)好的程序代碼，無(wú)誤后通過(guò)Keil的下載功能將編譯好的目標(biāo)文件下載到搭建好的測(cè)試系統(tǒng)中，并運(yùn)行一段時(shí)間后，檢測(cè)程序的正誤。LabVIEW編程主要是用簡(jiǎn)單、直觀、易懂的框圖來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的程序代碼，并且其編程過(guò)程和思維過(guò)程很相似?；贙eil C51的所有這些優(yōu)點(diǎn)，在本設(shè)計(jì)中選用其作為軟件設(shè)計(jì)環(huán)境[8]。 Keil C51軟件提供豐富的庫(kù)函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開(kāi)發(fā)調(diào)試工具，全Windows界面。與匯編相比，C語(yǔ)言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上都有明顯的優(yōu)勢(shì)，易學(xué)易用。示波器由示波管和電源系統(tǒng)、同步系統(tǒng)、X軸偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)、Y軸偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)、延遲掃描系統(tǒng)、標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源組成。示波器工作原理 :示波器是利用電子示波管的特性，將人眼無(wú)法直接觀測(cè)的交變電信號(hào)轉(zhuǎn)換成圖像，顯示在熒光屏上以便測(cè)量的電子測(cè)量?jī)x器。常用的電子測(cè)量?jī)x器有萬(wàn)用表、邏輯筆、普通示波器、存儲(chǔ)示波器、邏輯分析儀等。 圖15 C8051F340的原理圖圖16 C8051F340的引腳圖示波器示波器是一種使用非常廣泛，且使用相對(duì)復(fù)雜的儀器。端口I/O和/RST引腳都容許5V的輸入信號(hào)電壓。必須使用內(nèi)部穩(wěn)壓器。兩個(gè)C2接口引腳可以與用戶功能共享，使在系統(tǒng)調(diào)試功能不占用封裝引腳。調(diào)試邏輯支持觀察和修改存儲(chǔ)器和寄存器，支持?jǐn)帱c(diǎn)、單步、運(yùn)行和停機(jī)命令。用戶軟件對(duì)所有外設(shè)具有完全的控制，可以關(guān)斷任何一個(gè)或所有外設(shè)以節(jié)省功耗。 具有片內(nèi)上電復(fù)位、VDD監(jiān)視器、電壓調(diào)整器、看門(mén)狗定時(shí)器和時(shí)鐘振蕩器的C8051F340/1/2/3/4/5/6/7器件是真正能獨(dú)立工作的片上系統(tǒng)。 片內(nèi)上電復(fù)位、VDD監(jiān)視器和時(shí)鐘丟失檢測(cè)器。 硬件實(shí)現(xiàn)的SMBus/ I2C、增強(qiáng)型UART（最多兩個(gè)）和增強(qiáng)型SPI串行接口 4個(gè)通用的16位定時(shí)器。 多達(dá)64KB的片內(nèi)FLASH存儲(chǔ)器。 片內(nèi)電壓比較器（兩個(gè)）。真正10位200 ksps的單端/差分ADC，帶模擬多路器。 通用串行總線（USB）功能控制器，有8個(gè)靈活的端點(diǎn)管道，集成收發(fā)器和1K FIFO RAM。高速、流水線結(jié)構(gòu)的8051兼容的微控制器內(nèi)核（可達(dá)48MIPS）。圖13系統(tǒng)機(jī)構(gòu)框架圖 器件選擇 單片機(jī)器件選擇本次設(shè)計(jì)主要運(yùn)用了C8051F340,具體介紹如下:圖14 C8051F340的內(nèi)部結(jié)構(gòu)C8051F340/1/2/3/4/5/6/7器件是完全集成的混合信號(hào)片上系統(tǒng)型MCU。為了實(shí)現(xiàn)低頻模擬信號(hào)波形顯示器的設(shè)計(jì)，本設(shè)計(jì)主要分為上位機(jī)和下位機(jī)兩部分，下位機(jī)主要是利用C8051F340單片機(jī)對(duì)信號(hào)采樣并將得到的信號(hào)通過(guò)USB接口發(fā)送給PC機(jī)，上位機(jī)主要是由PC機(jī)端的GUI界面進(jìn)行波形顯示、頻譜分析，而且PC機(jī)端的GUI界面主要利用LabVIEW來(lái)實(shí)現(xiàn)。 系統(tǒng)方案 本設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)主要由硬件部分和軟件部分組成。 將采樣得到的數(shù)據(jù)通過(guò)USB接口發(fā)送給PC機(jī)。這些選板的詳細(xì)功能及用法通過(guò)不斷的學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)VI的過(guò)程逐漸地掌握。LabVIEW的強(qiáng)大功能歸因于它的層次化結(jié)構(gòu)，用戶可以把創(chuàng)建的VI程序當(dāng)作子程序調(diào)用，以創(chuàng)建更復(fù)雜的程序，而這種調(diào)用的層次是沒(méi)有限制[6]。 VI具有層次化和結(jié)構(gòu)化的特征，一個(gè)VI可以作為子程序，這里稱為子VI，被其他VI調(diào)用。如果將VI與標(biāo)準(zhǔn)儀器相比較，那么前面板上的東西就是儀器面板上的東西，而流程圖上的東西相當(dāng)于儀器箱內(nèi)的東西。在程序框圖中存在著對(duì)VI編程，以控制和操縱