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1、毕业设计（论文）说明书摘 要通用串行总线USB(Universal Serial Bus)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。该系统用传统的USB总线取代了RS232串行总线，通过对USB协议和设备构架的充分理解，对以单片机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
2、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Windows 2000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；单片机；数据采集；固件38ABSTRACTUniversal Serial Bus is a new specification for microcomput
3、er bus interface. With the continuing advance of the clients demand for the speed of a data collection system, USB is more and more widely used in data collection system for its advantages such as convenience, expanding port with ease and high speed etc.This paper presents a USB-based data acquisiti
4、on system design methods, PHILIPS companies using the USB interface chip with PDIUSBD12 Progressive AT89C51 OK communication, and communication and PC. The system using traditional USB replace the RS232 serial bus, Through the USB framework agreement and equipment with the full understanding, right
5、to 89 C51 microcontroller and USB interface chip PDIUSBD12-based data acquisition system for the hardware pieces of software design and programming, and in this design is given on the basis of the corresponding diagram. The main solution of Hardware design is the Connection between PDIUSBD12 and ADC
6、0809 with the interface between the microcontroller circuit,The software programme mainly includes: the fireware code in need of D12s maximum transmission rate; USB device driver and client application under the circustance of Win2000 operation system in computer. After this data collection system,w
7、e can understand the USB protocol profoundly and apply the interface chip-PDIUSBDI2 proficiently. In all, the advantages of this interface technique may helps to your design arrangement.KEY WORDS：USB；data collection；MCU；firmware目 录1 绪论11.1 课题背景11.2 课题的提出11.3 本论文的结构安排32 USB1.1协议42.1 USB传输要件42.2 事务、信息
8、包和联络信号42.3 USB的传输结构52.3 USB总线枚举过程82.5 USB的设备描述符92.6 USB请求103 数据采集系统的硬件设计123.1 硬件系统的结构123.2 芯片选择123.2.1 ADC0809123.2.2 AT89C51143.2.3 PDIUSBD12163.3 接口硬件电路设计193.3.1 A/D与单片机接口电路193.3.2 PDIUSBDI2与单片机接口电路204 数据采集系统软件设计214.1 A/D转换时序控制214.2 固件的开发214.3 采用PDIUSBD12的固件设计224.3.1 固件编程的主要工作224.3.2 PDIUSBD12固件程序
9、的编写234.4 固件结构244.5 固件的编程实现264.5.1 底层函数264.5.2 命令接口274.5.3 中断服务程序ISR.C284.5.4 主循环MAINLOOP.C315 USB设备驱动及应用程序设计355.1 USB设备驱动程序355.2 USB设备应用程序设计366 结 论39参考文献41致 谢42附 图431 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、C PCI、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
10、。 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
11、，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
12、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。下面对USB的性能做简单的介绍。表1.2.1 USB使用分类表性能应用特性低速交互设备10-20kb/s键盘、鼠标、游戏棒低价格、热插拔、易用性中速电话、音频、压缩视频500kb/s-10Mb/sISBN、PBX、POTS低价格、易用性、动态插拔、限定带宽和延迟高速音频、磁盘25-500Mb/s音频、磁盘高带宽、限定延迟、易用性 通用串行总线(Universal Serial Bus，简称USB)是康柏、微软、IBM， DEC等公司为了解传统总线的不足推出的一种新型串行总线接口规范， 自1995年在Comdex上亮相以来至今己
13、广泛地为各PC厂家所支持。现在生产的PC机几乎都配备了，USB接口，Microsoft的windows98， NT以及MacOS， Linux， FreeBSD等流行操作系统都增加了对USB的支持。USB的主要特点如下：1. 速度快。USB 有全速和低速两种方式，主模式为全速模式，速率为12Mbps，从而使一些要求高速数据的外设，如：高速硬盘、摄像头等，都能统一到同一个总线框架下。另外为了适应一些不需要很大吞吐量但是有很高实时性要求的设备，如鼠标、键盘、游戏杆等，USB还提供低速方式，速率为1.5Mbps。如表1.2.1所示。新推出的USB2.0协议提供最高达480Mbps的数据传输速率可以适
14、应各种不同类型的外设。2. 支持热插拔和即插即用。 所有的USB 设备可以随时的插入和拔离系统，USB 主机能够动态的识别设备的状态，并自动给接入的设备分配地址和配置参数，添加、删除设备完全不用关闭计算机，也不必像过去那样需要手动跳线和拨码开关来设置新的外设。3. 易于扩展。USB使用的是一种易于扩展的树状结构，通过使用USB Hub扩展可连接多达127个外设。标准USB电缆长度为3米(低速为5米)。通过Hub或中继器可以使外设距离达到30米。4. 使用灵活。 USB共有4种传输模式：控制传输(control)，同步传输(synchronization)、中断传输(interrupt)、批量传
15、输(bulk)，适应不同设备的需要。5. 能够采用总线供电。 普通使用串口、并口的设备都需要单独的供电系统，而USB设备则不需要，因为USB接口提供了内置电源eUSB电源能向低压设备提供最大5V， 500mA 的电源，从而降低了这些设备的成本并提高了性价比。6. 实现成本低。 USB对系统与PC的集成进行了优化，适合于开发低成本的外设。本文设计的基于USB总线的数据采集系统正是充分地利用了USB 总线的上述优点，从而有效地解决了传统数据采集系统的缺陷。很方便地就能够实现低成本、高可靠性、实时的数据采集，适用于对瞬态信号进行采集和处理。1.3 本论文的结构安排本论文所设计的数据采集系统是在单片机89051控制下进行数据采集，并通过PHILIPS公司的USB接口芯片PDIUSBDI2上传给PC机进行分析、显示和存盘。该系统用传统的USB总线取代了RS232串行总线，通过对USB协议和设备构架的充分理解，对以单片机89C51和USB接口芯片D12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D12与单片机的接口电路的设计。软件设计可分为三部分：一是充分了解D12的主要功能特点，为满足D12在USB上的最大传输速率而编写固件程序，用C51语言编写：二是了解USB的设备驱动程序与
