基于USB總線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計與實現(xiàn)畢業(yè)設計.doc

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1、基于USB總線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計與實現(xiàn)專業(yè)：機電一體化年級：姓名：完成日期：年月日摘要本文介紹了一種基于通用串行總線USB(UniversalSerialBus)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計。隨著用戶對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)要求的不斷提高,USB接口以其簡單易用、速度快而被廣大用戶所接受。本論文所闡述的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用了集成了微處理器的USB接口芯片PDIUSBDI2來完成采樣控制并與PC機應用程序完成系統(tǒng)通信功能,由應用程序完成用戶命令及數(shù)據(jù)的顯示。該系統(tǒng)采用USB總線取代傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集總線,通過對USB協(xié)議和設備構架的理解,對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進行了硬件設計和軟件設計。硬件設計

2、主要解決了控制器與主機通信問題,數(shù)據(jù)采樣、模擬輸出、I/O擴展等電路設計以及它們之間的接口。軟件編程主要分為三部分:一是為滿足獲得最大傳輸速率和運行效率的固件程序編程;二是為用戶提供的以動態(tài)鏈接庫形式封裝的功能函數(shù);三是提供演示和測試的控制面板程序,并為系統(tǒng)提供了兩個應用實例。除此之外,論文還介紹了設備驅動程序的開發(fā),并在文章結尾對USB的應用前景進行了探索。關鍵詞：USB總線；單片機；數(shù)據(jù)采集；固件；Windows驅動程序模型；設備驅動程序目錄第一章緒論51.1課題背景51.2課題的提出51.3USB串行總線優(yōu)勢61.4本課題研究的內容和意義7第二章U

3、SB概要設計92.1USB傳輸要件92.2事務、信息包和聯(lián)絡信號92.3USB的傳輸結構102.4USB總線枚舉過程132.5USB的設備描述符142.6USB請求15第三章數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件設計173.1硬件系統(tǒng)的結構173.2芯片選擇173.2.1ADC0809183.2.2AT89C51203.2.3PDIUSBD12213.3接口硬件電路設計243.3.1A/D與單片機接口電路253.3.2PDIUSBDI2與單片機接口電路25第四章數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)軟件設計274.1A/D轉換時序控制274.2固件的開發(fā)274.3采用PDIUSBD12的固件設計28

4、4.3.1驅動的開發(fā)工具284.3.2PDIUSBD12固件程序的編寫294.4固件結構304.5固件的編程實現(xiàn)324.5.1底層函數(shù)324.5.2命令接口324.5.3中斷服務程序ISR.C344.5.4主循環(huán)MAINLOOP.C36第五章USB設備驅動及應用程序設計405.1USB設備驅動程序405.2USB設備應用程序設計46第六章結論49參考文獻50附錄51第一章緒論本次畢業(yè)設計的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是在單片機AT89C51控制下進行數(shù)據(jù)采集，并通過PHILIPS公司的USB接口芯片PDIUSBDI2上傳給PC機進行分析、顯示和存盤。該系統(tǒng)用傳統(tǒng)的USB

5、總線取代了RS232串行總線，通過對USB協(xié)議和設備構架的充分理解，對以單片機89C51和USB接口芯片D12為主的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進行了硬件設計和軟件編程，并在此設計的基礎上給出相應的原理圖。硬件設計主要解決的是D12與單片機的接口電路的設計。軟件設計可分為三部分：一是充分了解D12的主要功能特點，為滿足D12在USB上的最大傳輸速率而編寫固件程序，用C51語言編寫：二是了解USB的設備驅動程序與應用。1.1課題背景現(xiàn)代工業(yè)生產和科學研究對數(shù)據(jù)采集的要求日益普遍，在瞬態(tài)信號測量、圖像處理等一些測量中，都需要進行數(shù)據(jù)采集?，F(xiàn)在通用的數(shù)據(jù)采集卡一般多是利用微機

6、機箱內的PCI插槽或ISA插槽進行擴展。通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，可以簡潔、通用化的硬件配合以相應的軟件實現(xiàn)以往專用測試儀器的功能;完成“軟件既儀器”的理念.信息技術與電子技術的迅猛發(fā)展，使得計算機和外圍設備也得到飛速發(fā)展和應用。過去人們單純追求計算機與外設之間的傳輸速度，現(xiàn)在糾錯能力和操作安裝的簡易性也成為人們關注的目標。USB通訊技術的出現(xiàn)，使高傳輸速度、強糾錯能力、易擴展性、方便的即插即用，有機的結合在一起。USB設備需要依據(jù)USB協(xié)議進行數(shù)據(jù)的解包與打包，底層硬件設備與操作系統(tǒng)之間需要以驅動程序為橋梁。驅動程序以WDM為模型，以DDK為開發(fā)工具，以IRP

7、為消息傳播載體，來實現(xiàn)與Windows系統(tǒng)底層核心機制相交互的功能。1.2課題的提出對于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)而言有兩個關鍵性問題:一是控制A/D轉換和數(shù)據(jù)傳輸?shù)目刂破?，一是采集系統(tǒng)與上位機PC的傳輸方式。其中控制器一般采用通用的單片機，包括4位、8位、16位以至32位的各類單片機;這些單片機芯片優(yōu)勢在于價格低廉、結構簡單、接口擴展能力強等，但是其數(shù)字運算能力較差，所以目前出現(xiàn)了許多以DSP芯片作為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)控制器的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。本課題為簡化開發(fā)難度，充分利用現(xiàn)有的工作環(huán)境采用較常用的AT89C52單片機作為系統(tǒng)控制器。對于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與上位機的通訊方式，現(xiàn)行的

8、常用方式是利用PC機箱內的PCI,ISA插槽進行擴展:其傳輸速度分別為132M/