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1、C 8 0 5 1F 3 4 0 与L a b v i e w 基于A P l 的U S B 道信。西安工程大学朱磊一西安电力电子技术研究所支U 东关键词C 8 0 5 l F 3 4 0I a b v 】e wA P lu s BG u I引言u s B 无疑已经成为2 l 世纪嵌人式系统的标准外部串行接口；然而开发U s B 外设，需要面对微处理器和U S B控制器的选择，熟悉w i n d a w s 驱动程序，开发微处理器固件程序和P c 机端应用程序等诸多问题，开发工作既专业又麻烦。签于此，本文以包含片上u S B 控制器的 c 8 0 5 l F 3 4 0 单片机和进行P c 机
2、端G u l 用户应用程序开发的L a b v i e w 软件为基础，介绍一种基于A P I 实现u s B通信的开发方法，从而帮助大家了解和熟悉u s B 外设的A P I 开发方法。C 8 0 5 1 F 3 4 0 是s i l i c o nL a b o 姐t o r i c s 公司最新推出的可提供u s B 功能的混合信号微控制器。它包含高速流水线的8 0 5 1 兼容微控制器桉，运行速率可以高达4 8M I P s 6 4K B 的芯片内建闪存与53 7 6 宁节的R A M ，片上外设引脚可以软件配置，7 0 的指令可阱在1 个或2 个机器周期中执行；u s B 功能控制器
3、具有完整的u s B2 o 认证，支持全速与低速操作，可以用于大多数u s B 外设设计。另外，s l l l c o nL a b o r a t o n e s 公司还为u s B 驱动程序开发提供了u s B x p r e s s 开发套件，使得u s B 主机和从机驱动程序开发可咀快捷、高效地完成。I a b v i e w 是一个具有革命性的图形化开发环境。它内置信号采集、测量分析与数据显示功能，摒弃了传统开发工具的复杂性，为用户提供强大功能的同时还保证了系统的灵活性。L a b v l e w 将广泛的数据采集、分析与显示功能集中在了同一个环境中，让开发人员可以在自己的平台* 基
4、金项目：西安工程大学校管科研资助项目( 编号：z 0 。6 x G l 3 )上无缝地集成一套完整的应用方案。利用L a b v i e w 软件开发P C 机端U S B 应用程序，小仅可以获得具有良好人机交互的G u l 界面，而且将极大地加快开发进程。1A P I 实现u S B 通信的原理u s B 外设开发除了硬件设计外，大部分工作集中在固件编程和P c 机端驱动程序以及用户应用程序的开发上。一般利用A P I 实现u s B 通信的原理框图如图1 所示。显然，要完成u s B 通信需要P c 机端( u s B 主机) 与c 8 0 5 l F 3 4 0 单片机端( u s B
5、器件) 共同协作。在I ，c 机端需要首先建立u s B 主机驱曲程序，然后编写用户应用程序，进| j 利用A P I 函数寅现用户应用程序从u s B 主机驱动处获取u s B 数据包，井完成相应的u s B 读写操作；在单片机端，同样需要先调用u s B 器件驱动程序，然后编写应用程序，而应用程序通过u s B 器件驱动程序实现访问u s B 底层硬件。u s B 主机u s B 器件P c 帆端! 厂甭芦面甬藕j F ：单片机端t 匝垂章里固jl 口亚耍口固1 单片机与P O 机的u s B 通信原理框图由于有了s i l i c o nL a b o r a t o r i e s 公
6、司提供的u s B X p r e s s 的开发套件，卜述驱动以及应用程序的编写变得极P a p 8 r 一n e tc o Lc n ( 将其应用在飞机次结构防振动疲劳中,配有独立电源,可直接自动采集并存储飞机飞行过程中次承力结构的振动环境数据.在 飞机着陆后下载数据进行分析与处理;试验中示波器生成一组信号:频率分别为50Hz、100Hz、150Hz的正弦波、方波、三角波以及高斯噪声,幅值均为 1V,将其叠加起来;通过测试系统采集分析,系统不仅能够真实地还原时间信号,而且清晰地得到了信号的频率50Hz、100Hz、150Hz;验证结果表明:采用所 设计的系统可以获得飞机次结构在飞行中所受振
7、源的频率或频率范围,使得所设计构件的固有频率与振源频率不同,从而有效地避免了由于振动疲劳引发 的事故.4.期刊论文 朱磊.薛谦.ZHU Lei.XUE Qian 基于LabVIEW的以太网DDS信号发生器设计 -西安工程大学学报2008,22(1)将数字直接频率合成技术(DDS)同虚拟仪器技术结合可有效解决传统信号发生器体积大、携带不便、通信接口少、不具备网络功能的缺陷,以及一般 虚拟信号发生器生成高频信号困难的问题.为此,利用LabVIEW虚拟仪器软件设计上位机控制软件平台,利用DDS器件构建信号发生硬件平台.借助以太网将 软硬件平台连接起来共同构成以太网DDS信号发生器,并且以具体实例详细
8、讨论了该信号发生器软硬件平台的设计.5.学位论文 张帆 基于加速度传感器定位的输电线舞动监测装置研究 2009为了预警输电线舞动，减少因输电线舞动造成的损失，重庆大学电工技术研究所研制了基于嵌入式系统的输电线舞动监测系统。不过，该系统的硬 件成本较高、算法较复杂。因此，本文研制了一套基于加速度传感器的定位系统。该系统由加速度传感器、无线GSM模块、数据采集终端以及数据分析软 件平台组成。其中，利用加速度传感器可以准确测量物体移动的加速度，初步估算其移动的速度和位移。同时，利用GSM模块可以将测得的数据无线传输 到数据分析软件平台，通过上位机软件实现对数据的实时分析、处理和显示，并具备越限预警功
9、能。实验结果表明，研制的基于加速度传感器的定位系 统价格便宜、操作简单、结构紧凑，性能基本满足对输电线舞动状态实时监测的需要。 研究的内容和结果包括以下几个方面： (1)总结重庆大学电工技术研究所研制的基于嵌入式系统的输电线舞动系统的优缺点，分析输电线舞动的机理，提出了利用加速度传感器和GSM模块实时 监测输电线舞动的方案，并分析了该方法的原理和数学模型。 (2)选用C8051F340单片机作为MCU，选用TC35i作为无线通信模块，设计并制作了基于加速度传感器和无线通信模块的输电线舞动监测系统硬件电路板。(3)利用KEILC软件编写了下位机的程序，完成了硬件的调试。 (4)利用LabVIEW
10、编写了上位机的程序，设计了人机交流的界面，并设计了相应的算法，完成数据的图形化显示和系统自动判断预警。 (5)对开发的系统进行综合调试和测试。并在实验室进行了系统模拟运行实验，验证了系统的准确性和可靠性。6.期刊论文 朱磊.薛谦.石教雄.Zhu Lei.Xue Qian.Shi Jiaoxiong 基于LabVIEW的以太网接口数据采集器设计 -计算机测量与控制2009,17(4)针对众多网络化低成本的数据采集需求,利用混合信号微处理器C8051F340和以太网控制器CP2200,设计了一款多功能低成本的以太网接口数据采集器 ;该数据采集器具有四种工作模式.既可与PC机LabVIEW图形化人机
11、界面软件进行TCP通信,交互数据,又可脱离以太网独立运行于工业现场;该数据采集器具 有结构简单、功能多样、设置方便、体积小巧、成本低廉等特点,可满足众多工业对低成本和网络化数据采集器的需要,并已成功用于工业现场.7.学位论文 孙晓利 线天线方向图自动测量系统设计 2009天线是无线通信系统辐射和接收无线电波的重要前端器件，其性能的优劣直接影响到无线通信系统的工作性能。天线的性能由一些表征其工作特性 的电参数决定，如天线的增益、极化和匹配程度等。为了解和掌握天线的特性，最初的方法就是通过理论计算求得这些参数。但是由于理论计算时存在 很多近似和理想化处理，使得理论分析与实际结果之间总是存在一定的差
12、异。为此，天线设计好后，就要进行实际测量，以确定天线实际参数。在天线 实际测量过程中，对方向图的测量占据了最为重要的地位。通过测量天线方向图，即可计算出天线的半功率角、主瓣宽度、旁瓣电平值等特征参数，从 而更好地分析天线性能。 根据天线方向图测量原理和自动控制技术的特点，本文着眼实验室研究、教学实践活动和小型天线工程测量的需要，以线天线作为研究对象，将自动控制技术和虚拟仪器工程平台(LabVIEW)引入到天线方向图测量当中，从硬件和软件两方面设计实现了天线方向图的自动测量系统，并进行了实际测试。在硬件设计方面，以 C8051F340 集成芯片为核心，设计了步进电机驱动电路、转台归零电路和控制模
13、式切换电路，利用CC1000超高频单片机收发IC组 成的无线信号收发电路实现了无线信号的发射与接收，通过C8051F340 单片机集成的AD转换功能，将信号进行模数转换，并通过USB 接口与上位机组成 了一个完整的硬件系统。 在软件开发方面，充分利用LabVIEW 软件平台强大的仪器控制、数据处理和图形显示功能，编写了上位机用户操作界面，单片机控制程序采用C8051F系 列单片机专用程序开发环境Silicon Laboratorise IDE编写，主要包括步进电机控制程序、转台归零程序、AD转换程序、USB通信程序和无线信号收发程 序，并依托VC编程语言编写了无线信号发射模块的上位机辅助程序。
14、 从实验结果来看，该系统能够实现转台的自动控制，数据的自动读取，方向图的自动绘制和参数的自动计算，测试平台搭建方便，便于展开实际测量 ，很大程度上减少了人为因素造成的误差，提高了测量精度。8.期刊论文 朱磊.ZHU Lei 基于LabVIEW和DDS的USB接口虚拟信号发生器设计 -科学技术与工程2008,8(7)针对传统信号发生器体积大携带不便、升级困难的缺陷,以及现有虚拟信号发生器生成信号频率偏低的不足,提出了将DDS技术同虚拟仪器技术结合 ,联合D/A转换器共同实现虚拟信号发生器的设计方案,并给出了具体的系统软硬件设计.实验表明提出的虚拟信号发生器设计不仅解决了已有信号发生器 的不足,而
15、且具有成本低、扩展灵活、升级方便等优点.9.学位论文 梁亚军 采用大容量闪存的便携式心电监护仪的研究 2008心脏病是威胁人类健康的主要疾病之一，而心电图是其预防和诊断的重要依据。临床医学实践表明，对于心脏病的防治，最有效的手段是预防和保 健，而且心脏病具有突发性的特点，患者不可能长时间地静卧在医院，进行心电监护，基于长期、实时的心电监护要求，研发相应的便携式心电监护产 品就显得十分重要。本研究完成的便携式心电监护仪包括模拟心电信号采集单元和基于双C8051F单片机的数字心电信号存储单元两部分。根据心电信号特征，前端采集 采用高性能的仪表放大器INA118前置放大，并附加信号缓冲、右腿驱动、屏
16、蔽层驱动电路，进一步提高前置放大的共模抑制比，硬件陷波采用开关电容 滤波器LT1068-200组成八阶巴特沃兹工频陷波器，经二级主放大和信号调理后送入主单片机C8051F040的片上12位高分辨率ADC0，主单片机C8051F040完 成信号AD转换，数字滤波，规定储存格式，将数据写入双口RAMIDTIDT70V08S；从单片机C8051F340与大容量NAND型闪存K9F2G08UXA接口，负责信号存储 ；C8051F340片上集成USB2.0控制器，使用USB主机和器件API函数，可以方便地和Labview设计的心电信号回放与分析软件通信，简化系统通信接口设计 。论文对以上各项工作进行了详细的探讨，并制作了相应单元的实物模块，验证了设计的可行性；上位机采用Labview8.5制作了人机交互界面，实现 信号回放功能，为信号的进一步分析提供奠定了良好的基础。10.期刊论文 朱磊.ZHU Lei 基于C8051F340的低成本数据采集器设计 -国外电子元器件2008(4)针对众多低成本数据采集需求,采用带有片上USB控制器和D/A转换器的混
