基于USB接口的数据采集系统设计

论文摘要

随着现代工业生产和科学研究对数据采集的要求日益提高,在瞬态信号测量、图像处理等一些高速、高精度的测量中,基于USB接口的数据采集平台的优势日益突显出来。目前基于USB的数据采集卡已经成为一种流行趋势。本文以基于USB接口的数据采集平台为研究对象,选取了通用USB接口芯片PDIUSBD12,A/D转换芯片MAX1166和89C52单片机作为系统核心芯片,设计并研制了一套基于USB接口的数据采集硬件板卡,并开发了相应的单片机板卡程序、PC机底层驱动及VC++开发环境下的用户应用程序,实现了从底层单片机到以Windows XP操作系统为基础的PC机的USB双向通信,最终构建了一个基于USB接口的数据采集平台。本文重点内容主要分为2个部分:硬件设计部分和软件开发部分。硬件电路设计部分主要论述了:基于ATEML半导体公司89C52芯片的时钟电路,电源电路,按键复位电路设计;基于PHILIPS半导体公司PDIUSBD12芯片的USB接口电路及基于MAXIM半导体公司MAX1166芯片的A/D采集电路,基于MAX232芯片的串口电路的设计,最后介绍整体硬件电路的调试过程。软件开发部分主要论述了:基于KEIL开发环境底层固件程序设计;基于MICROSOFTDDK的Windows XP WDM上位机驱动程序设计和通过使用SOFTICE工具对其调试的过程,最后介绍了基于VC++开发环境的用户应用程序设计。本文的研究设计成果为今后研究基于USB接口的测控系统及相关项目奠定了坚实的基础,达到了课题的研究目的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 前言
• 1 绪论
• 1.1 背景介绍
• 1.2 USB简介
• 1.3 USB1.1协议简介
• 1.3.1 USB系统构成
• 1.3.2 数据流动
• 1.3.3 USB标准设备请求
• 1.3.4 描述符
• 1.3.5 设备描述符
• 1.3.6 USB设备枚举过程
• 1.4 基于USB接口数据采集系统构成
• 1.5 课题内容
• 1.6 课题意义
• 2. 数据采集系统硬件电路设计
• 2.1 主要芯片介绍
• 2.1.1 PDIUSBD12简介
• 2.1.2 MAX1166简介
• 2.1.3 89C52简介
• 2.2 系统硬件电路设计
• 2.2.1 系统硬件总框图
• 2.2.2 A/D转换电路设计
• 2.2.3 USB接口电路设计
• 2.2.4 串口电路设计
• 2.3 电路调试
• 3. USB底层固件程序设计
• 3.1 固件编程思想
• 3.1.1 主要数据结构
• 3.1.2 PDIUSBD12控制字简介
• 3.2 固件编程实现
• 3.2.1 硬件提取层HAL（Hardware Application Layer）.c
• 3.2.2 PDIUSBD12命令接口D12CI.c
• 3.2.3 中断服务程序ISR.c
• 3.2.4 协议层CHAP.c程序
• 3.2.5 主循环MAINLOOP.c程序
• to程序'>3.2.6 A/D采样汇编程序AD_to程序
• 3.3 固件程序调试
• 4. USB上位机驱动程序开发
• 4.1 WDM驱动程序基本概念
• 4.1.1 WDM驱动程序五层模型
• 4.1.2 一般驱动程序所包含的例程
• 4.2 驱动程序的实现
• 4.2.1 使用DDK开发驱动程序
• 4.2.2 makefile与source文件的编写
• 4.3 USB驱动程序具体实现
• 4.3.1 USB驱动程序入口程序DriverEntry（）
• 4.3.2 AddDevice例程
• 4.3.3 PnP例程
• 4.3.4 电源管理例程
• 4.3.5 读写例程
• 4.4 上位机驱动程序的调试
• 4.5 上位机驱动程序的加载
• 5 用户应用程序的开发
• 5.1 用户应用程序与驱动程序接口的开发
• 5.1.1 打开设备
• 5.1.2 读写USB设备
• 5.2 用户应用程序的具体实现
• 5.2.1 AD采集卡的控制模块实现
• 5.2.2 文件系统模块
• 5.2.3 数据图形化的实现
• 5.3 用户应用程序主界面
• 6 系统测试
• 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录