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基于USB总线的高速数据采集系统设计摘要通用串行总线USB(UniversalSerialBus)是一种新型的微机总线接口规范。随着客户对系统数据采集速度要求的不断提高,USB以其使用方便、易于扩展、速度快等优点而越来越多的应用于数据采集系统中。本文介绍了一种基于USB总线的数据采集系统的设计方法,采用PHILIPS公司的USB接口芯片PDIUSBD12与单片机AT89C51进行通信,并和PC机通信而编制出友善的设备应用程序。该系统以单片机89C51和USB接口芯片PDIUSBD12为主的数据采集系统进行了硬件设计和软件编程,并在此设计的基础上给出相应的原理图。硬件设计主要解决的是PDIUSBD12和ADC0809与单片机之间的接口电路问题,软件编程大致分为三部分:一是为满足D12在USB上的最大传输速率而编写的固件程序;二是在PC机中的Windows2000工作环境下编写USB设备驱动程序;三是充分了解D12的主要功能特点,并编写出应用程序。通过该数据采集系统,我们可以对USB协议有很深刻的理解,对D12接口芯片有很熟练的应用,能更好领悟USB接口的优势关键词USB总线,单片机,数据采集,Windows驱动程序模型,设备驱动程序1绪论1.1课题背景随着数字化的广泛应用,数据采集也越来越重要,传统的外设与主机的通信口一般采用ISA、PCI、CPCI、1394等标准,基于这些接口的产品,安装麻烦,价格昂贵,并受计算机插槽数量、地址中断资源限制,且可扩展性差,USB的出现,很好地解决了以上问题。USB作为一种新型的串口通信标准,具有较高的传输速率,可扩展性好,采用总线供电,使用灵活。它共有4种传输模式:控制传输、同步传输、中断传输、批量传输,以适应不同设备的需要。信息技术与电子技术的迅猛发展,使得计算机和外围设备也得到飞速发展和应用。过去人们单纯追求计算机与外设之间的传输速度,现在纠错能力和操作安装的简易性也成为人们关注的目标。USB通讯技术的出现,使高传输速度、强纠错能力、易扩展性、方便的即插即用,有机的结合在一起。USB设备需要依据USB协议进行数据的解包与打包,底层硬件设备与操作系统之间需要以驱动程序为桥梁。驱动程序以WDM为模型,以DDK为开发工具,以IRP为消息传播载体,来实现与Windows系统底层核心机制相交互的功能。1.2课题的提出尽管RS232是一种十分成熟且应用广泛的通讯方式,但是随着控制系统的日益复杂,所要采集的量也会越来越多。因此寻求一种高速、安全、方便的通讯形式是十分必要的。USB技术虽然出现的时间并不长,但是由于它的种种优点,被越来越多的厂商和用户所接受,出现了USB打印机、摄像头等产品。尽管目前USB接口的应用主要集中在电脑的周边外设,但是USB产品进入工控领域将是必然的趋势。采用PDIUSBD12芯片和89C51单片机设计的基于USB总线的数据采集系统,具有可靠性高、数据不丢失、抗干扰性强、便于数据传输和处理等优点,可在信号测试、信号采集场合广泛使用。所以本课题的研究是具有一定的现实意义和经济意义的。2数据采集系统的固件设计2.1固件的开发环境KeilC51是美国KeilSoftware公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统,与汇编相比,C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势,因而易学易用。KeilC51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具,全Windows界面。另外重要的一点,只要看一下编译后生成的汇编代码,就能体会到KeilC51生成的目标代码效率非常之高,多数语句生成的汇编代码很紧凑,容易理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。KeilC51的工具包中,uVision是C51forWindows的集成开发环境(IDE),可以完成编辑、编译、连接、调试、仿真等整个开发流程。开发人员可用IDE本身或其它编辑器编辑C或汇编源文件。然后分别由C51及A51编译器编译生成目标文件(.OBJ)。目标文件可由LIB51创建生成库文件,也可以与库文件一起经L51连接定位生成绝对目标文件(.ABS)。ABS文件由OH51转换成标准的Hex文件,以供调试器dScope51或tScope51使用进行源代码级调试,也可由仿真器使用直接对目标板进行调试,也可以直接写入程序存贮器如EPROM中。2.2采用PDIUSBD12的固件设计2.2.1固件编程的主要工作固件是FIREWARE的对应中文词,它实际上是单片机的程序文件,其编写语言可以采用C语言或是汇编语言.它的操作方式与硬件联系紧密,包括USB设备的连接USB协议、中断处理等,它不是单纯的软件,而是软件和硬件的结合,开发者需要对端口、中断和硬件结构非常熟悉。固件程序一般放入MCU中,当把设备连接到主机上时,上位机可以发现新设备