【正文】 所以，USB 協(xié)議允許一個供應(yīng)商為它的設(shè)備自定義特殊的請求，此類請求稱為廠商請求。Setup 包格式如表 所示。bRequest 表示 USB 設(shè)備請求值，標(biāo)準(zhǔn)請求有 11 個命令。wLength 表示長度，如果傳輸?shù)氖且唤M數(shù)據(jù)，則這個長度的值表示要傳輸數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)。本章為本設(shè)計下面內(nèi)容的展開奠定了基礎(chǔ)。主要包括 5 個組成部分：中央處理器選用 AT89C51 芯片，完成各部分控制功能和 USB傳輸協(xié)議；A/D 轉(zhuǎn)換器和接口電路主要完成數(shù)據(jù)采集，并讀入 MCU 處理；復(fù)位電路完成對 MCU 的上電復(fù)位和電源電壓監(jiān)視；電源電路主要為各部分提供要求的電源；外設(shè)與主機間的通信電路采用 USB 接口。一旦存滿，串行接口引擎 SIE 立刻對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，包括同步模式識別、并／串轉(zhuǎn)換、位填充/不填充、CRC 校驗、PID 確認(rèn)、地址識別以及握手鑒定，處理完畢后數(shù)據(jù)由模擬收/發(fā)器通過 D+、D 發(fā)送至 PC。MCUU S B接口芯片P C機A/D轉(zhuǎn)換器多路模擬開關(guān)圖 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件組成框圖 芯片選擇 ADC0809ADC0809允許的最大時鐘頻率為1280kHz，主要管腳功能如下:地址輸入和控制線：4條 ALE為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。A，B和C為地址輸入線，用于選通 IN0－IN7上的一路模擬量輸入。 ：安徽工程大學(xué)畢業(yè)論文 13 E O CD 0D 1D 2D 3D 5D 6D 78路模擬量開關(guān)地址鎖存與譯碼器8 路A / D轉(zhuǎn)換器S T C L KV R E F ( + )V R E F ( )三態(tài)輸出鎖存器D 4O E ADC0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)通道選擇表如下表所示。EOC為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號。OE 為輸出允許信號，用于控制三條輸出鎖存器向單片機輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。D7－D0為數(shù)字量輸出線。趙瓊：基于單片機和 USB 接口的數(shù)據(jù)采集器系統(tǒng)設(shè)計 14 CLOCK: 時鐘輸入信號線。在時鐘脈沖頻率為640kHz時，START脈寬應(yīng)大于100ns200ns 。D7DO: 轉(zhuǎn)換所得八位輸出數(shù)據(jù)，D7 是最高位，而DO是最低位。OE 端控制輸出鎖存器的三態(tài)門。 ADC0809應(yīng)用說明:（1）ADC0809內(nèi)部帶有輸出鎖存器，可以與AT89C51單片機直接相連。 （3）送通道的地址到A、B、C端口上。 （5）是否轉(zhuǎn)換完畢，我們根據(jù)EOC信號來判斷。 AT89C51AT89C51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。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL 的AT89C51 是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。它還支持本地的DMA傳輸。這種靈活性減小了開發(fā)的時間風(fēng)險以及費用，從而用最快捷的方法實現(xiàn)最經(jīng)濟的USB外設(shè)的解決方案。同樣地，PDIUSBD12理想地適用于許多外設(shè)，例如：打印機、掃描儀、外部的存儲設(shè)備、Zip驅(qū)動器和數(shù)碼相機等等，它使得當(dāng)前使用SCSI 的系統(tǒng)可以立即降低成本。低的操作功耗可以應(yīng)用于使用總線供電的外設(shè)。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。PDIUSBD12 內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 所示： 安徽工程大學(xué)畢業(yè)論文 17 3 . 3 V1 . 5 k ?D +模擬收發(fā)器電壓調(diào)整器D + D 串行接口引擎位時鐘恢復(fù)電路P L L 鎖相環(huán)6 M H Z存儲管理單元內(nèi)部 R A M并口和 D M A接口圖 PDIUSBD12 內(nèi)部結(jié)構(gòu)說明：模擬收發(fā)器：集成的收發(fā)器接口可通過終端電阻直接與 USB 電纜相連。該電壓還作為輸出連接到外部 的上拉電阻。PLL 鎖相環(huán)：片內(nèi)集成了 6MHz 時鐘乘法 PLL，這樣就可使用低成本的 6MHz晶振，EMI 也隨之降低。位時鐘恢復(fù)：位時鐘恢復(fù)電路使用 4X 過采樣規(guī)則，從進(jìn)入的 USB 數(shù)據(jù)流中恢復(fù)時鐘，能跟蹤 USB 規(guī)定范圍內(nèi)的抖動和頻漂。該模塊的功能包括：同步模式的識別；并行/串行轉(zhuǎn)換；位填充/解除填充；CRC 校驗/產(chǎn)生；PID 校驗/產(chǎn)生；地址識別和握手評估 /產(chǎn)生。 上拉電阻集成在 PDIUSBD12 片內(nèi)，默認(rèn)狀態(tài)下不與 VCC 相連，其連接的建立是通過外部／系統(tǒng)微控制器發(fā)送命令來實現(xiàn)的。USB 總線連接可以重新初始化而不需要拔出電纜。SoftConnect TM 是 PHILIPS 半導(dǎo)體一項尚未獲批準(zhǔn)的專利技術(shù)。在枚舉中，LED 指示根據(jù)通信的狀況間歇閃爍。隨后與 PDIUSBD12 之間成功的傳輸（帶應(yīng)答）將關(guān)閉 LED。該特性為 USB 器件，集線器和 USB 通信狀態(tài)提供了用戶友好的指示。該特性降低了現(xiàn)場支持和熱線的成本。這就允許微控制器以其自己的速率對 USB 信息包進(jìn)行讀寫。對一個微控制器而言，PDIUSBD12 看起來就像一個帶８位數(shù)據(jù)總線和一個地址（占用２個位置）的存儲器件，PDIUSBD12 支持多路復(fù)用和非復(fù)用的地址和數(shù)據(jù)總線；支持主端點與本地共享 RAM 之間直接讀取的 DMA 傳輸；還支持單周期和突發(fā)模式的 DMA 傳輸。使用 DMA 控制器，PDIUSBD12 的主端點和本地共享存儲器間的數(shù)據(jù)傳輸可自主進(jìn)行，而不需要本地 CPU 的干預(yù)。典型的，對DMA 控制器的傳輸模式，字節(jié)計數(shù)寄存器和地址計數(shù)器進(jìn)行正確的編程。在 DMA 控制器編程之后，本地 CPU 在初始化傳輸時，將 PDIUSBD12 中的 DMA 使能位置位。在單周期 DMA 中，DMREQ 在每單個應(yīng)答后直到被 DMACK_N 重新激活之前保持無效。該過程持續(xù)到 PDIUSBD12 通過EOT_N 接收到一個 DMA 終止信息，這時產(chǎn)生一個中斷指示本地 CPU，DMA 操作已經(jīng)完成。x25045 引腳如圖 所示。當(dāng)它低電平時，寫操作被禁止；vss：地；vcc：電源電壓；reset：復(fù)位輸出。表 x25045 指令及其含義指令名 指令格式 操作WREN 00000110 設(shè)置寫使能鎖存器（允許寫操作）WRDI 00000100 復(fù)位寫使能鎖存器（禁止寫操作）RDSR 00000101 讀狀態(tài)寄存器WRSR 00000001 寫狀態(tài)寄存器READ 0000A8011 把開始于所選地址的存儲器中的數(shù)據(jù)讀出WRITE 0000A8010 把數(shù)據(jù)寫入開始于所選地址的存儲器 單片機最小系統(tǒng) 單片機的時鐘電路時鐘電路 [6]用于產(chǎn)生單片機工作所需的時鐘信號，單片機本身就如同一個復(fù)雜的同步時序電路，為了保證同步工作電路應(yīng)在唯一的時鐘信號控制下嚴(yán)格的按規(guī)定時序工作。XTAL1 為振蕩器反相放大器和時鐘發(fā)生電路的輸入，XTAL2 為反相放大器的輸出。當(dāng)使用晶體諧振器時 CC2=（30 10）pF，當(dāng)使用陶瓷諧振器時 CC2=（40?10） pF。在設(shè)計電路板時晶振和電容等應(yīng)盡可能的靠近芯片以減小分布電容，保證振蕩器振蕩的穩(wěn)定性。除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化之外，當(dāng)由于程序運行出錯或操作錯誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時，為了擺脫困境也需要按復(fù)位鍵以重新啟動。單片機在 RESET 為高電平控制下程序計數(shù)器（PC）和特殊功能寄存器的復(fù)位如表3－2 所示。在復(fù)位有效期間內(nèi) ALE﹑PSEN 將輸出高電平。圖 34 為兼有上電復(fù)位與按鈕復(fù)位的電路。 若運行過程中需要程序從頭開始執(zhí)行這只需按圖 34 中的按鈕即可。 在實際應(yīng)用系統(tǒng)中有些外圍芯片也需要復(fù)位，如果這些復(fù)位端的復(fù)位電平要求與安徽工程大學(xué)畢業(yè)論文 21 單片機的要求一致則可以與之相連。通過 MCS51 單片機的復(fù)位引腳 RST 引腳加上持續(xù)兩個機器周期(即 24 個振蕩周期)的高電平即可使器件復(fù)位，只要 RST 一直保持高電平那么 CPU 就一直處于復(fù)位狀態(tài)。單片機的復(fù)位都是靠外部電路實現(xiàn)的，手動按鍵復(fù)位如圖 34 所示。VC CVC CR S TR 1 1 K2 2 181。市電 220V 經(jīng)過變壓器 T1 變壓為 9V交流電壓 通過 4 只二極管 1N4004 全橋整流，再經(jīng)過電容 C 濾波后得到光滑的直流電壓 經(jīng)過三端穩(wěn)壓 7805 穩(wěn)壓后得到穩(wěn)定的+5V 電壓給各器件供電。2 2 0 V ~2 2 0 V ~9 VT 11234D 1 ~ D 4I N 4 0 0 7 * 4R 13 . 9 K ?L E D 1+C 11 0 0 0 181。I N + 5 VG N D127 8 0 5C 30 . 0 1 181。 F1 6 V++ 5 VC 51 0 181。 F圖 電源電路 看門狗電路在由單片機構(gòu)成的微型計算機系統(tǒng)中,由于單片機的工作常常會受到來自外界電磁場的干擾,造成程序的跑飛,而陷入死循環(huán),程序的正常運行被打斷,由單片機控制的系趙瓊：基于單片機和 USB 接口的數(shù)據(jù)采集器系統(tǒng)設(shè)計 22 統(tǒng)無法繼續(xù)工作,會造成整個系統(tǒng)的陷入停滯狀態(tài),發(fā)生不可預(yù)料的后果,所以出于對單片機運行狀態(tài)進(jìn)行實時監(jiān)測的考慮,便產(chǎn)生了一種專門用于監(jiān)測單片機程序運行狀態(tài)的芯片,俗稱看門狗。本文用 x25045 芯片設(shè)計了一種新的看門狗電路，具有體積小、占用 i/o 口線少和編程方便的特點，可廣泛應(yīng)用于儀器儀表和各種工控系統(tǒng)中。x25045 芯片內(nèi)包含有一個看門狗定時器，可通過軟件預(yù)置系統(tǒng)的監(jiān)控時間。圖 電路中，cpu 的復(fù)位信號共有 3 個：上電復(fù)位(cr2)，人工復(fù)位(s、rr2)和 watchdog 復(fù)位(cr3)，通過或門綜合后加到 reset 端。 P 1 . 3P 1 . 2P 1 . 18 9 C 5 1P 1 . 0R E S E T≥ 17 4 L S 3 2C SS OW PVS SV C CR E S E TS C KS I1X 2 5 0 4 52345678VC CC 2 0 . 1 181。 FR 21 0 K ?R 31 0 K ?圖 2 x25045 看門狗電路硬件連接圖看門狗定時器的預(yù)置時間是通過 x25045 的狀態(tài)寄存器的相應(yīng)位來設(shè)定的。表 x25045 狀態(tài)寄存器D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0安徽工程大學(xué)畢業(yè)論文 23 X X WD1 WD0 BL1 BL0 WEL WIPwd1＝0，wd0=0，預(yù)置時間為 。wd1＝1，wd0=0，預(yù)置時間為 。看門狗電路的定時時間長短可由具體應(yīng)用程序的循環(huán)周期決定，通常比系統(tǒng)正常工作時最大循環(huán)周期的時間略長即可。當(dāng)系統(tǒng)跑飛，用軟件陷阱等別的方法無法捕捉回程序時，則看門狗定時時間很快增長到預(yù)置時間，迫使系統(tǒng)復(fù)位。多路地址 /數(shù)據(jù)總線 ALE 接單片機的 ALE 腳，這樣使用傳送指令可以與 D12 接口，對 D12 操作就象對 D12 操作一樣，此時忽略 A0（命令口和數(shù)據(jù)口地址線）的輸入。INT_N 是 USB 中斷請求腳，發(fā)出 USB 中斷請求；GL_N 是 GooDLink 指示燈，在調(diào)試過程中非常有用，在通信時會不停閃爍。 CLKOUT 是 D12 的時鐘輸出，可以通過固件編程改變其頻率，在調(diào)試固件時，可作為參考。編程時注意啟動AD0809后，EOC在一定時間才能變成低電平。89C51的ALE和PD12的ALE 相接，表示采用單獨地址和數(shù)據(jù)總線配置。此外89C51的多位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用總線PO 可直接與PDIUSBD12的數(shù)據(jù)總線相連，CLKOUT時鐘輸出為89C51提供時鐘輸入。設(shè)備應(yīng)用程序從緩沖區(qū)里取數(shù)據(jù)顯示，通過數(shù)值來說明USB接口的采集速率比一般的串行總線速度高。第 4 章 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)軟件設(shè)計 A/D 轉(zhuǎn)換時序控制 采用延時等待 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束方式，分別對 8 路模擬信號輪流采樣一次，并依次把結(jié)果存入存儲器。趙瓊：基于單片機和 USB 接口的數(shù)據(jù)采集器系統(tǒng)設(shè)計 26 指向通道 0 地址啟動 A / D 轉(zhuǎn)換延時等待 A / D 轉(zhuǎn)換結(jié)束讀 A / D 轉(zhuǎn)換值 ， 存內(nèi)存指向下一個通道地址8 個通道轉(zhuǎn)換 ？繼續(xù)Y E SN O 圖 A/D 轉(zhuǎn)換程序流程圖 固件的開發(fā)Keil C51是美國Keil Software公司出品的51系列兼容單片機 C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學(xué)易用。另外重要的一點，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會到Keil C51生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。Keil C51的工具包中， uVision是C51 for Windows的集成開發(fā)環(huán)境(IDE)，可以完成編輯、編譯、連接、調(diào)試、仿真等整個開發(fā)流程。然后分別由C51及A51編譯器編譯生成目標(biāo)文件(.OBJ)。ABS文件由OH51轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的Hex 文件，以供調(diào)試器dScope51 或tScope51 使用進(jìn)行源代碼級調(diào)試，也可由仿真器使用直接對目標(biāo)板進(jìn)行調(diào)試，也可以直接寫入程序存貯器如EPR