基于USB总线和Aduc831单片机的数据收集系统的设计.docx

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1、基于USB总线和Aduc831单片机的数据收集系统的设计基于USB总线和Aduc831单片机的数据收集系统的设计ronggang导语：由于信息网络化的开展，经常需要将各种设备与主机相连，传统的外设与主机的通讯接口一般是基于PCI总线、ISA总线或是RS-232C串行总线由于信息网络化的开展，经常需要将各种设备与主机相连，传统的外设与主机的通讯接口一般是基于PCI总线、ISA总线或是RS-232C串行总线。PCI总线虽具有高的传输速度132Mbps即插即用功能，但其缺点是插拔费事，且扩展槽有限一般为56个。ISA总线显然存在着同样的问题。RS-232C串行总线固然连接简单，但其缺点是传输速度慢5

2、6kbps.而通用串行总线UniversalSerialBus,简称USB的出现能很好地解决以上这些冲突。我们利用新型高性能单片机Aduc831设计了基于USB总线的数据收集系统。1.USB简介1.1USB特点USB的英文全称为UniversalSerialBus,它是一种快速、双向、同步传输的廉价的并可以进展热拔插的串行接口。它的特点主要有:1速度快。USB有高速和低速两种方式，主形式为高速形式，速率为12Mbps，另外为了适应一些不需要很大吞吐量和很高实时性的设备，如鼠标等，USB还提供低速方式，速率为1.5Mb/s。2设备安装和配置轻易。安装USB设备不必再翻开机箱，加减已安装过的设备完

3、全不用关闭计算机。所有USB设备均支持热插拔，且易于扩展。3使用灵敏。USB共有4种传输形式：控制传输control、同步传输Synchronization、中断传输interrupt、批量传输bulk，以适应不同设备的需要。1.2USB总线协议USB总线属一种轮讯方式的总线，主机控制端口初始化所有的数据传输。每一总线执行动作最多传送三个数据包。按照传输前制定好的原那么，在每次传送开场时，主机控制器发送一个描绘传输运作的种类、方向，USB设备地址和终端号的USB数据包，这个数据包通常称为标志包tokenpacket。USB设备从解码后的数据包的适当位置取出属于自己的数据。数据传输方向不是从主机

4、到设备就是从设备到主机。在传输开场时，由标志包来标志数据的传输方向，然后发送端开场发送包含信息的数据包或者说明没有数据传送。接收端也要相应发送一个握手的数据包说明是否传送成功。发送端和接收端之间的USB数据传输，在主机和设备的端口之间，可视为一个通道。存在两种类型的通道：流和消息。流的数据不像消息的数据，它没有USB所定义的构造，而且通道与数据带宽、传送效劳类型，端口特性如方向和缓冲区大小有关。多数通道在USB设备设置完成后即存在。USB中有一个特殊的通道缺省控制通道，它属于消息通道，当设备一启动即存在，进而为设备的设置、查询状况和输入控制信息提供一个入口。2.硬件设计2.1Aduc831简介

5、ADuC831是一个完全综合的247k采样保持数据收集系统，在同一片中结合了高性能的自校准12位ADC多路通道，双12位DAC通道和可编程8位MCU。微处理器核心是8052,提供片内62kB非易失性闪速/电擦除程序存储器。还提供片内4kB非易失性闪速/电擦除数据存储器、256bRAM和2kB扩展RAM。ADuC831还提供额外的电源监视器,和一个高精度参考源。片内数字外围设备包括2个16位-DAC,双输出16位PWM,看门狗定时器,定时间隔计数器,3个定时器/计数器,定时器3用于波特率产生核串行接口I/OI2C,SPI和UART。并且片内提供串行下载和调试形式通过UART,并且通过EA引脚提供

6、单引脚竞争形式。ADuC831支持QuickStart和QuickStartPlus晋级系统和低本钱的软件和硬件工具。2.2USBN9603简介USBN9603是一个集成的USB端点控制器，具有增强的DMA功能。USBN9603集成了一个带有3.3V的调节器的收发器，1个SIE串行接口引擎，1个8b并行接口，1个时钟发生器和1个MICROWIRE/PLUS接口。USBN9603可以进展7个端点的数据传输，除了1个端点必须为控制传输端点以外，其他的6个端点可以被配置成中断传输端点、批量传输端点或等时传输端点;每一个端点都有一个专门的FIFO，控制端点的FIFO长度为8B，其他的为64B。8b并行

7、接口可以支持多路复用或非多路复用2种与CPU的接口方式。USBN9603的突出特点为：低EMI电磁干扰，低等待电流，24M晶振，增强的DMA功能;可使用5V或者3.3V电源;总线操纵具有异步唤醒的全速静态HALT形式;改良的3.3V电压输入的电压调节器，所有非双向端点都有64B的FIFO;外部控制器接口简单，编程方便。2.3原理图设计USB数据收集系统硬件模块主要由Aduc831芯片、USB接口芯片USBN9603组成。硬件构造简单,硬件总体构造框图如图1所示.模拟输入信号A/D转换器,转换结果存储在FIFO存储器中;一旦FIFO存满，SIE立即对数据进展处理，然后Aduc831系统将数据从F

8、IFO存储器中读出,由收发器通过数据线D+、D-送至主机。当USB控制器从USB总线检测到主机启动的某一传输恳求后，通过中断方式将此恳求通知Aduc831系统，Aduc831系统通过访问USB控制器的状态存放器和数据存放器获得与此次传输有关的各种参数，并根据详细的传输参数，对USB控制器的控制存放器和数据存放器进展相应的操纵，以完成主机的传输恳求。Aduc831与USBN9603接口电路如图2所示。3.系统软件设计系统软件主要包括:控制程序和USB设备驱动程序。3.1控制程序控制程序就是指在Aduc831中运行的程序,对USB控制器的操纵是严格按照USB协议1.1进展的。在实际开发中使用了控制

9、传输和块传输两种传输方式。控制传输主要用来完成主机对设备的各种控制操纵，也就是用来实现位于主机上的USB总线驱动程序USBD.SYS以及编写的功能驱动程序对设备的各种控制操纵。块传输主要用来完成主机和设备间的大批量数据传输以及对传输数据进展错误检测假设发生错误,它支持“重传功能。控制程序主要功能有控制A/D采样,控制USBN9603承受并处理USB驱动程序的恳求及应用程序的控制指令。由于Aduc831带有串口下载功能,所以可以很方便的通过串口将程序下载到Aduc831中,不用仿真机,不用传统的方法向EEPROM中烧制程序,所以调试起来非常方便。控制程序流程、中断处理程序如图3、4所示。3.2U

10、SB设备驱动程序设计USB设备驱动程序基于WDM。WDM型驱动程序是内核程序，与标准的Win32用户态程序不同。采用了分层处理的方法,较高级的USB设备驱动程序和较低级的USB函数层。其中USB函数层由两局部组成：较高级的通用串行总线模块USBD和较低级的主控制器驱动程序模块HCD。USB设备驱动程序不必详细对硬件编程，所有的USB命令、读写操纵通过总线驱动程序转给USB设备。但是，USB设备驱动程序必须定义与外部设备的通讯接口和通讯的数据格式，也必须定义与应用程序的接口。Windows98/2000提供了一系列的系统驱动程序，他们具有为很多标准类型设备效劳所需的所有根本功能，用户按照提示可以

11、定义设备的配置和功能，然后做功能的修改即可。可以把USB设备驱动程序的功能划分成4个不同的模块来实现：初始化模块、即插即用治理模块、电源治理模块以及I/O功能实现模块。初始化模块提供1个入口函数DriverEntry，在DriverEntry中，需要提供一个AddDevice例程，把驱动程序添加到驱动程序堆栈中去。另外，所有对各种IRPI/O恳求包的处理例程都在此入口函数中作为定义。DriverEntryINPDRIVER_OBJECTDriverObject,/驱动程序入口DriverObject-DriverExtension-AddDevice=USBAddDevice;DriverObject-DriverUnload=USBUnload;DriverObject-MajorFunctionIRP_MJ_READ=USBRead;DriverObject-MajorFunctionIRP_MJ_WRITE=USBWrite;DriverObject-MajorFunctionIRP_MJ_DEVICE_CONTROL=USBDeviceControl;RegisterForPnpNotificationDriverObject;returnstatus;